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1.LE SYSTEME COMMON RAIL DE SIEMENS a)Fonctionnement du système d’injection Com

1.LE SYSTEME COMMON RAIL DE SIEMENS a)Fonctionnement du système d’injection Common Rail b)La pompe haute pression 1)La partie haute pression 2)Le régulateur de débit 3)Le régulateur de pression c)La rampe commune (Common Rail) d)L’injecteur piézoélectrique 1)L’effet piézoélectrique 2)Principe de fonctionnement de l’injecteur piézoélectrique e)Le calculateur f)Les principaux capteurs 1)Capteur de Pression rail et atmosphérique 2)Capteur régime moteur 3)Capteur référence cylindre (phase arbre à came) 4)Capteur position pédale accélérateur 5)Capteur de température de l’eau et de gazole 6)Débitmètre 2.FONCTIONNEMENT 1)Principe de fonctionnement de la commande injecteur 2)Admission de carburant 3.ETUDE DE LA COMBUSTION 1. LE SYSTEME COMMON RAIL DE SIEMENS En 2001, Siemens arrive sur le marché avec son système Common rail dit de deuxième génération avec une technique révolutionnaire : l’injecteur piézoélectrique. Les éléments piézo-électriques sont des éléments d'origine céramique qui ont la particularité de se déformer sous l'action du passage d'un courant en quelques millisecondes. Le système HDI siemens se caractérise par :  Des injecteurs commandés par porte injecteur piézoélectrique  La présence d’un régulateur de débit  Une pression de rail pouvant atteindre 1500 bars. Le système HDI de Siemens permet de :  Générer et réguler la pression d’injection indépendamment du régime moteur  Choisir librement le début et la durée de l’injection  Commander, pour chaque injecteur, plusieurs injections sur un même cycle moteur (1 ou 2 injections pilotes, 1 injection principale, 1 post injection). a)Fonctionnement du système d’injection Common Rail Schéma 1 : principe de fonctionnement Le carburant est prélevé du réservoir par la pompe de gavage, passe par un filtre, puis arrive dans la pompe haute pression qui comprime le carburant (circuit bleu : basse pression) et le refoule vers l’accumulateur haute pression appelé « Rail » (rampe). Le carburant est injecté dans les chambres de combustion en temps et en quantité exacts par les injecteurs pilotés piézoélectriquement (circuit rouge : haute pression). Chaque injecteur est commandé directement et indépendamment par le calculateur en fonction de différents paramètres tels que le régime moteur, l’accélération, la présence d’un turbo, les températures d’eau et d’air (circuit jaune : électrique). b)La pompe haute pression Schéma 2 : photo de la pompe haute pression Elle est spécifique au système et possède trois pistons radiaux décalés de 120 degrés. Les pistons sont commandés par un excentrique via un pignon intermédiaire (de rapport de réduction k=½) entraîné par la courroie de distribution. La pompe haute pression alimente la rampe commune, le débit est bien sur lié a la vitesse du moteur, toute la haute pression sera dirigée vers la rampe commune, elle sera ensuite régulée par un régulateur de pression. Schéma 3 : pompe haute pression La pompe haute pression regroupe quatre éléments :  Une pompe d’alimentation  Trois éléments haute pression  Un régulateur de débit carburant  Un régulateur de pression carburant. La pompe d’alimentation est une pompe volumétrique à palettes. 1)La partie haute pression Schéma 4 : création de la pompe haute pression Phase d'inspiration : La pompe de gavage débite le carburant au travers du clapet d'aspiration. La came tourne jusqu'au point mort bas. Le ressort repousse le piston sur la came. Le piston crée une dépression dans la chemise. Le carburant est donc aspiré dans la chemise. Phase de refoulement : Quand le piston est au point mort bas et la chemise pleine de gazole, il y a équilibre des pressions, le ressort de rappel ferme la soupape d’aspiration : le carburant est bloqué dans la chambre. Le piston remonte grâce à l'arbre à came ce qui comprime le carburant. Le carburant est refoulé vers la rampe commune par la soupape d’échappement. La haute pression est ainsi créée. 2)Le régulateur de débit Le régulateur de débit carburant modifie le débit du carburant allant de la pompe d’alimentation vers la partie haute pression. Cette régulation de débit permet de ne comprimer que la quantité de carburant nécessaire à la combustion dans le cylindre, d’où une diminution de l’échauffement du carburant et de la puissance consommée par la pompe haute pression. Schéma 5 : régulateur de débit carburant Le calculateur pilote le régulateur en boucle ouverte, en lui appliquant une intensité modulable sous la forme de RCO (rapport cyclique d’ouverture). exemple de RCO : Schéma 6 : schéma bloc du régulateur de débit Ce RCO est proportionnel à la quantité de carburant dont le système a besoin. Schéma 7 : caractéristique du régulateur de débit La caractéristique du régulateur est quasi linéaire. Le régulateur de pression se comporte donc comme un gain pur. Le principe de fonctionnement du régulateur est simple : Schéma 8 : régulateur non commandé (RCO=0%) Le piston repoussé par la pression du ressort ferme la connexion entre les conduits a et b. Schéma 9 : régulateur commandé (RCO>0%) Lorsque le calculateur décide de modifier la quantité de carburant à comprimer, il envoie un courant sous forme de RCO vers le régulateur de débit. Le bobinage de ce dernier induit un champ magnétique qui repousse le piston contre le ressort. De cette façon, l’ouverture (s) est proportionnelle au courant électrique. 3) Le régulateur de pression Le régulateur de pression permet de réguler la pression dans le rail en créant une fuite modulable vers le circuit de retour. Schéma 10 : le régulateur de pression Le calculateur pilote le régulateur en boucle fermée par le capteur de pression rail. Schéma 11 : schéma bloc du régulateur de débit Le calculateur commande le régulateur par une intensité modulable sous la forme de RCO. Schéma 12 : caractéristique du régulateur de pression Le principe de fonctionnement est similaire au régulateur de débit. Schéma 13 : bilan des forces Schéma 14 : régulateur de pression non commandé (RCO=0%) La haute pression régnant dans le rail étant supérieure à la force de rappel du ressort, la bille du clapet s’ouvre et le carburant retourne dans le réservoir par la sortie pression retour. Schéma 15 : régulateur de pression commandé (RCO>0%) Lorsque le calculateur décide de modifier la pression dans le rail, il envoie un courant sous la forme de RCO vers le régulateur de pression. Le bobinage de ce dernier induit un champ magnétique. La bille du clapet sera ouverte uniquement si la force engendrée par la haute pression est supérieure aux efforts conjugués du champ magnétique et du ressort. c)La rampe commune (Common Rail) Il s'agit d'un tube de forte épaisseur en acier forgé pouvant résister à de très hautes pressions, portant à son extrémité le capteur de pression. Cette dernière alimente en permanence les injecteurs toujours sous pression. Schéma 16 : rampe commune d)L’injecteur piézoélectrique L’injecteur lui-même est similaire à l’injecteur électromagnétique. En revanche, le porte injecteur est surmonté d’un actuateur piézoélectrique de commande. Celui-ci est composé de plusieurs centaines de couches de Quartz. Ce cristal à la propriété de se déformer lorsqu’il reçoit une impulsion électrique, c’est l’effet piézo inversé. La commande par piézoélectrique permet d’obtenir des temps de commutation très courts. Cette commande rapide et précise permet de doser très précisément la quantité de carburant injectée afin d’assurer une combustion plus douce et plus précise. Schéma 17 : injecteur piézoélectrique 1)L’effet piézoélectrique Les matériaux avec effet piézoélectrique ont été découverts par Pierre et Marie Curie en 1880. Ce sont des cristaux qui produisent un courant électrique lorsqu’ils sont déformés. Inversement, lorsqu’une tension électrique est appliquée sur le cristal, une déformation a lieu (Lippmann 1881). Plus précisément, si l’on exerce une compression ou une traction sur certaines faces d’un cristal, on constate l’apparition de charges électriques de signes contraires sur les faces du cristal opposées. Inversement, si l’on crée une différence de potentiel, donc un champ électrique, entre deux faces du cristal, celui-ci se déforme, c’est l’effet piézoélectrique inverse. L’effet piézoélectrique s’explique par la capacité de certains matériaux à se polariser lorsqu’ils sont contraints mécaniquement, la charge apparaissant à leur face est proportionnelle à la déformation engendrée (modification des barycentres). Schéma 18 : principe de l’effet piézoélectrique Ne présentant pas de centre de symétrie au repos (a), lorsqu’ils sont soumis à une compression en (b), les centres de gravité des charges positives et négatives, initialement confondus se séparent créant un dipôle électrique. L’effet piézoélectrique apparaît. Schéma 19 : illustration de l’effet piézo Une fois déformé, le cristal a besoin d’une nouvelle impulsion de sens inverse pour retrouver son état initial. Donc, en appliquant un courant alternatif, le cristal se comprime et s’étire. Ce sont ces oscillations qui vont produire le son dans une application d’avertisseur (buzzer). Dans le cas des injecteurs les deux effets sont combinés : Une première couche de Quartz est alimentée par le calculateur (70V), la déformation engendrée va contraindre mécaniquement à son tour la couche adjacente, cette dernière déformée va fournir une tension. Cette tension va s’ajouter à la tension d’alimentation, ainsi le phénomène va se reproduire environs 200 fois. De ce fait on passe d’une tension de 70V à140V et on obtient une déformation d’environs 50µm. Schéma 20 : schéma de l’injecteur piézo 2)Principe de fonctionnement de l’injecteur piézoélectrique Schéma 21 : bilan des forces L’aiguille de l’injecteur est uploads/Litterature/ cours-commun-rail-siemens.pdf