A la recherche des ions perdus
habillage
banniere_haut

A la recherche des ions perdus

Afin de mesurer la qualité de la combustion à l'intérieur du moteur, équipementiers et constructeurs analysent l'infiniment petit : les ions, des atomes modifiés lors de la transformation du mélange air et carburant en énergie.

Par Stéphane Guilbaud
Publié le

La technique d'injection directe avec une rampe d'alimentation en carburant commune - mieux connue sous le nom de - a bouleversé la conception des moteurs Diesel. Arrivée à maturité sous sa forme actuelle, cette solution va connaître de nouveaux développements avec ce que l'on appelle déjà les systèmes de deuxième génération.

Ces d'un nouveau genre devraient être encore moins polluants et plus économes en carburant, grâce notamment à l'utilisation de pressions plus élevées (de l'ordre de 2 000 bars) et à l'analyse en temps réel de la qualité de la combustion. L'amélioration des performances n'est pas le seul objectif des constructeurs et des équipementiers engagés dans la mise en oeuvre de tels systèmes. Même si aucun ne l'avoue, tous ont en tête de déloger Bosch de l'insolente première place qu'il occupe depuis qu'il a acheté à Magneti Marelli la licence exclusive Unijet.

Le premier point fort de ces systèmes d'injection sera donc leur capacité à ajuster en permanence la quantité de carburant envoyée dans la chambre de combustion en fonction des besoins de chaque cylindre. On utilisera pour cela la capture du courant d'ions, un phénomène qui se produit dans le cylindre pendant la combustion.

Delphi et Beru sont les deux premiers à avoir annoncé leurs travaux dans le domaine. Le premier arrivera sur le marché avec une solution complète en 2003. Le second fournira à deux constructeurs allemands une bougie instrumentée capable de « lire » la qualité de la combustion. Côté constructeurs, on sait qu'Audi sera le premier à proposer, dès l'an prochain, son imposant V8 Diesel avec un capteur d'ions.

Comment marche l'analyse du courant d'ions ? Lorsque le carburant pénètre dans la chambre de combustion, il est finement pulvérisé grâce à la haute pression qui le force à passer par les minuscules perforations du nez de l'injecteur. Le mélange air carburant est ensuite comprimé par le mouvement ascendant du piston. La phase suivante est la combustion. C'est durant cette étape que le mélange d'oxygène - contenu dans l'air -, d'hydrogène et de carbone - contenus dans le carburant - va fournir de l'énergie. Sous l'effet de la chaleur et de la pression, certains composants vont produire des ions. Il s'agit d'atomes ou de groupes d'atomes qui, sous l'effet de la chaleur et de la pression, perdent ou gagnent des électrons et se chargent électriquement.

Le mouvement de ces ions dans la chambre de combustion peut être détecté par un capteur doté d'une anode et d'une cathode. Il suffit alors de connaître la production d'ions pour un volume de carburant donné, et de comparer cette information avec une base informatique mémorisée dans un calculateur pour déterminer si la combustion s'est bien déroulée. Si quelque chose n'a pas fonctionné correctement, on obtiendra un courant d'ions trop faible. Le calculateur de gestion du moteur interviendra alors sur la quantité de mélange injecté dans le cylindre défectueux afin de tenter de résoudre le problème. S'il n'arrive toujours pas à rétablir une production d'ions correspondant aux valeurs entrées dans la base de données de son calculateur, le système alertera le conducteur qu'il y a probablement un problème grave au niveau de l'injecteur. On évitera ainsi des dommages irréparables au moteur.

L'ajustement en temps réel de la quantité de carburant envoyé dans chacun des cylindres permet surtout de consommer exactement la quantité de carburant nécessaire et pas une goutte de plus. Le capteur est placé dans la culasse. Il s'agit, pour l'instant, d'un capteur dédié chez Delphi, et d'une bougie de préchauffage modifiée afin d'accueillir sa propre électronique de gestion chez Beru. L'intégration à la bougie de préchauffage permet de limiter le nombre d'orifices dans une culasse déjà percée de toutes parts par l'injecteur et par les soupapes.

Avec la capture d'ions viendra, chez Delphi, un rail inédit capable de s'accommoder de pressions plus élevées que les systèmes actuels. Aucun ne travaille aujourd'hui à plus de 1 350 bars. Or une pression élevée est synonyme d'une pulvérisation plus fine et, donc, d'une meilleure combustion. Le principal écueil technique est la difficulté à maintenir une pression constante dans toute la longueur de la rampe d'alimentation en carburant (le rail). De forme tubulaire, il engendre des différences de pression interne pouvant aller jusqu'à 50 bars. D'où une difficulté à piloter finement des injecteurs ne disposant pas tous de la même pression.

Pour résoudre ce problème, Delphi travaille à un rail qui ne serait plus un cylindre, mais dont la section varierait avec la longueur afin de maintenir une pression constante sur toute la longueur. Ce rail permettrait d'obtenir une pression constante d'environ 2 000 bars, donc très proche de celle des injecteurs pompes ou de la pompe à pistons radiale.

Étiquettes
Soyez le premier à réagir
Envoi en cours