Bon, la porte de garage est posée, j'attaque l'injection directe.
Moteurs à injection directe
Ce terme recouvre les moteurs Diesel où l'injection et la combustion ont lieu dans un volume unique situé directement au dessus du piston.
Comme l'injection a lieu directement dans le cylindre il est primodial de faire très attention que le jet liquide de gasoil n'atteigne aucune paroi sous peine comme on l'a déjà vu de grosses émissions d'imbrûlés polluants. Le fait que l'injection directe soit apparue il y a plusieurs dizaines d'années dans le gros moteurs alors qu'elle se répand depuis quelques années seulement dans les véhicules de tourisme vient de deux raisons :
- la première est que sur des moteurs marins ou industriels de très grosse cylindrée avec des pistons de plusieurs dizaines de centimètres de diamètre la distance entre l'injecteur et les parois est très grande et limite naturellement les risques de voir le gasoil liquide atteindre la paroi.
- la deuxième raison est que les petits moteurs tournent à des régimes bien supérieurs aux très grosses cylindrées (environ 4500 tours pour un véhicule de tourisme, 2000 tours pour un poids lourd et 500 tours pour un moteur marin), donc le temps qui est laissé au gasoil dans un moteur rapide pour être injecté, vaporisé puis brûlé est très court, le délai d'autoinflammation étant toujours présent il est très difficile de ne pas avoir du gasoil encore liquide qui atteint les parois.
Autre soucis, il est nécessaire comme on l'a vu de faire monter très haut la température pour que le gasoil s'enflamme rapidement, donc il est nécessaire de comprimer fortement l'air avant d'injecter le gasoil, donc au point mort haut (PMH, le moment où le piston est tout en haut de sa course et fait demi tour), l'espace entre la culasse et le piston est très restreint et une injection dans ces conditions envoie à coup sûr le gasoil sur le piston, il est donc nécessaire de creuser le piston en forme de coupole (on l'appelle le bol) dans la trajectoire de l'injection pour éloigner la paroi de l'injecteur. Pour choisir la meilleure trajectoire à l'injection on choisit des injecteurs avec plusieurs trous qui injectent du centre vers les bords du cylindre et légèrement vers le bas pour ne pas être trop près de la culasse. Si le jet est trop vertical il impacte le piston, s'il est trop horizontal la faible pression qu'on a déjà vue dans le jet fait coller celui-ci à la paroi de la culasse.
Malgré cette précaution de donner le bon angle à l'injection et de creuser le piston pour éloigner les parois du jet, la vitesse d'injection est telle (environ 650 m/s à 4000 tours) que le jet liquide atteindrait encore le piston si on ne créait pas un tourbillon dans le cylindre pour emmener avec lui le jet et le dévier des parois, ce tourbillon est appelé
swirl. Le swirl a l'avantage de dévier les jets pour qu'ils n'impactent pas les parois et d'améliorer les différences de vitesse entre l'air et les vapeurs de gasoil, donc d'améliorer leur mélange et les conditions de combustion.
Le swirl est créé directement au moment de l'admission de l'air en donnant une géométrie particulière au conduit d'admission ou aux soupapes (conduit qui arrive tangent à la paroi du cylindre, en hélice autour de la soupape, ou encore soupape avec un petit rebord sur le dessus pour dévier l'air et initier la rotation).
Autre effet qui améliore le mélange de l'air et des vapeurs de gasoil, c'est l'effet de
chasse, quand l'air qui se retrouve coincé entre la face supérieure du piston sur son pourtour, et la culasse (de l'ordre du millimètre). Cet air est chassé violemment là où il y a encore de la place, c'est à dire dans le bol. Inversement quand le piston redescend il se crée un appel d'air dans cette zone entre la culasse et la face supérieure du piston, c'est la chasse inverse.
Maintenant qu'on sait tout ce qui est à disposition on peut imaginer les problèmes de réglage optimisé.
Pour obtenir une combustion correcte sur toute la plage de fonctionnement du moteur il faut adapter la vitesse d'injection en fonction du régime et de la charge (la charge est la résistance appliquée au moteur : frottement de l'air, monter une côte, accélération forte...). Or la pression de tarage des injecteurs fixe les pressions et vitesses minimales d'injection. Donc dans les faits l'injection ne couvre pas une plage aussi étendue que le nécessiterait le régime, là encore avante aux moteurs lents avec une plage de régime restreinte (la palme d'or au groupe électrogène qui tourne toujours au même régime, lui tout le monde l'adore
)
Bon mais alors du coup notre swirl qui est censé améliorer la combustion et tout et tout....ben à bas régime la vitesse d'admission de l'air est très faible et le swirl est trop faible pour dévier suffisamment le jet liquide des parois ; alors qu'à très hauts régimes le swirl est tellement important qu'il dévie les jets d'injection en les entrainant les uns sur les autres, créant des zones trop riches en gasoil et trop pauvres en air.
Que la vie est duuuure pour les motoristes
