Generalite sur le systeme d’injection

Depuis leur invention, l’exploitation des moteurs diesel a connu un grand épanouissement dans divers domaines (industriel, maritime). Les chercheurs n’ont cessé d’émettre des critiques constructives sur les technologies de ces moteurs et ont apporté leur contribution pour les améliorer et cela ; toujours dans un but précis qui est de satisfaire les exigences des utilisateurs. Dans cette multitude de technologies de ces moteurs nous pouvons citer celle des régulateurs qui, elle aussi a connu un grand essor. Chaque étape de l’évolution des régulateurs marque une nette amélioration de son statisme et de ses qualités. Bien qu’ils étaient au tout début, les régulateurs mécaniques sont toujours très utilisés de nos jours. Cela nous a donc orientés vers l’étude de ces régulateurs mécaniques, qui s’intitule «Contribution à l’étude du statisme d’un régulateur mécanique d’une pompe d’injection en ligne ». Faits connus sont les problèmes rencontrés lorsque le régulateur de la pompe d’injection équipant un moteur n’offre pas le statisme requis pour l’utilisation de ce moteur. L’objectif sur lequel on s’est fixé est donc de déceler les paramètres, relatifs au régulateur, qui ont une influence sur le statisme et aussi d’essayer de proposer une solution visant l’adéquation du régulateur (par modification de son statisme) à la fonction qui lui est destinée.

GENERALITES SUR LE SYSTEME D’INJECTION

Vue globale du système 

Le système d’injection est destiné à effectuer l’injection d’une certaine dose de combustible dans le cylindre moteur sous différentes conditions. Le processus, régi par des lois, doit aboutir à la formation du mélange « combustible et air ». Le rôle du système est donc :
• D’assurer le dosage du combustible à injecter dans le cylindre moteur.
• De refouler cette quantité, en un instant précis et une durée déterminée vers le cylindre moteur (chambre de combustion).
• D’assurer la répartition du carburant sous forme de jet dans toute la chambre de combustion.

Le système est constitué en général de trois éléments essentiels qu’il faut tenir compte :
• La pompe d’injection qui effectue le dosage et le refoulement du combustible vers l’injecteur.
• La tuyauterie de refoulement qui relie la pompe et l’injecteur. Le fait que le diamètre du tuyau ait une grande influence sur la vitesse du combustible refoulé lui confère un rôle assez important.
• L’injecteur, auquel arrive la quantité de carburant éjectée par la pompe d’injection, pulvérise le combustible et le répartit dans toute la chambre de combustion.

Condition d’injection 

Nous avons évoqué dans le paragraphe précédent l’existence des conditions sous lesquelles doit se dérouler l’injection du combustible dans la chambre de combustion. Car l’objectif est donc d’obtenir une injection correcte contribuant au bon fonctionnement du moteur mise à part les autres facteurs qui peuvent y influencer.
• Le système d’injection doit fournir le débit nécessaire selon la charge du moteur. Sur ce point il y a lieu de remarquer que dans les moteurs diesel un système de régulation de débit est toujours associé au système d’injection pour assurer le dosage correspondant aux besoins du moteur.
• La quantité de combustible introduite dans chaque cylindre moteur doit être égale.
• La durée d’injection doit être précise.
• L’injection doit se faire sans égouttement ultérieur (injection franche).
• Il faut que l’usinage de la pompe d’injection soit d’une extrême précision.

Classification des moteurs diesel 

Selon la forme particulière de la chambre de combustion et les modes d’injection, les moteurs diesel se divisent en deux groupes.

Moteurs à injection directe 

Dans ce type de moteurs, le début d’injection du carburant a lieu nettement avant le PMH du fait du délai d’inflammation. Le combustible est injecté sous forme de jet finement pulvérisé dans l’espace résiduel qui est appelé chambre de compression. Grâce à la pulvérisation assurée par l’injecteur, le mélange du combustible avec l’air s’effectue dans la chambre de compression. L’allumage débute automatiquement en fin de compression où l’air est porté à la température au voisinage de 600° C, nécessaire pour provoquer l’étincelle. Dans ce type de moteurs, la pression de combustion peut atteindre 700 à 1500 N/cm2 et la pression d’injection s’élève à 2000 jusqu’à 5000 N/cm2. Il y a lieu de remarquer que le taux de compression de ces moteurs est élevé (ρ varie de 15 à 20).

Moteurs à injection indirecte

Moteurs à chambre de précombustion

Dans les moteurs à injection directe, il s’avère très difficile d’éviter les trop fortes pointes de pression par obtention d’une injection progressive. Ainsi, pour remédier à cet inconvénient, on est amené à concevoir des moteurs à chambre de précombustion. Le combustible n’est donc plus directement injecté dans le cylindre mais dans une chambre solidaire de la culasse. Puis de cette chambre, le combustible débouche dans le cylindre par des petits orifices. L’espace résiduel dit chambre de compression est très étroit cette foisci. Le démarrage à froid s’avère difficile dû au fait que le taux de compression est assez faible pour assurer l’auto allumage. Ainsi, le départ à froid est obtenu grâce à l’utilisation d’une bougie à résistance portée au rouge. Ces bougies n’interviennent que pendant une courte durée de fonctionnement ensuite c’est la chambre située dans une partie de la culasse et portée à une certaine température, qui prend le relais sur l’intervention des bougies. Dès l’instant où le combustible est introduit sous forme de jet dans la petite chambre, il se produit une combustion partielle de ce dernier. Autrement dit le délai d’inflammation est pratiquement nul. Et c’est la pression initiale due à cette combustion partielle qui projette le combustible dans la chambre de combustion.

Moteurs à chambre de réserve d’air 

Dans ce type de moteurs, il y a une petite chambre ménagée dans la culasse (ou dans certains cas dans le piston lui-même) dans laquelle se déroule la compression. L’injecteur est donc disposé de manière à ce que le combustible soit injecté directement dans cette chambre. La chambre dite chambre de réserve d’air communique avec le cylindre grâce à un canal très rétréci et l’espace résiduel au dessus du piston est très réduit. Le processus se déroule donc comme suit : lors de la compression, la pression de l’air régnant dans la chambre de réserve d’air est très élevée et lorsque le piston commence à descendre après le début de la combustion, la pression dans le cylindre décroît mais elle reste encore élevée dans la chambre de réserve ; de telle manière qu’un fort jet d’air soit projeté dans le cylindre. La chambre de réserve d’air est donc destinée à temporiser la libération d’air nécessaire à la combustion (de façon progressive). Ce qui confère au moteur un fonctionnement moins brutal. Vu l’existence de la petite chambre ménagée dans la culasse, on a tendance à croire qu’il y a une similarité entre les moteurs à chambre de précombustion et ceux à réserve d’air. Mais la grande différence réside sur le fait que la combustion à lieu dans l’espace résiduel au dessus du piston dans les moteurs à chambre de réserve d’air alors que dans ceux à chambre de précombustion, une combustion partielle débute dans la cavité. Mais, les taux de compression et d’injection des deux types de moteurs sont voisins.

ANALYSE DE LA POMPE D’INJECTION EN LIGNE 

Description

La pompe d’injection est constituée :
-d’un piston comportant sur sa tête une rainure verticale, une gorge et une rampe hélicoïdale grâce à laquelle se règle le débit. A la partie inférieure du piston est montée une coupelle inférieure contre laquelle est plaquée l’extrémité d’un ressort. Ce ressort dit ressort de piston sert à ramener le piston vers le PMB après avoir effectué la course de montée. L’extrémité supérieure du ressort s’appuie contre une coupelle supérieure. Le piston comporte un méplat de commande qui s’emmanche dans un manchon ou douille de réglage. La partie supérieure de cette douille s’engage dans un secteur denté qui s’engrène à une crémaillère pour le réglage de débit.
-d’une chemise (ou cylindre) pourvue de deux orifices diamétralement opposés. A l’un d’eux arrive le combustible et le retour de ce dernier s’effectue à travers l’autre.
-d’une soupape dit soupape de refoulement dont la partie supérieure est bouchée par un clapet de refoulement. Contre ce dernier s’appuie un ressort qui le force à obturer la tête de la soupape de refoulement.
-d’une tubulure de refoulement.

Fonctionnement

Le piston étant au PMB le combustible arrive sous pression par l’orifice d’entrée et pénètre dans la chambre A et aussi dans la chambre B par la rainure verticale, c’est la phase de remplissage. Le piston effectue sa montée et au moment où il masque les orifices, la pression du combustible à l’intérieur du cylindre de la pompe devient supérieure à la pression de tarage du ressort de clapet et à la pression résiduelle régnant dans la tuyauterie. A cet instant, le clapet se soulève sous l’effet de cette pression du combustible et laisse échapper ce dernier vers le tuyau de refoulement ; c’est le début de refoulement. Le piston continue à effectuer sa course de montée et l’injection continue lorsqu’à un instant précis, l’arête inférieure de la rampe hélicoïdale découvre l’orifice de retour. Le carburant dans les chambres A et B commence à s’échapper à travers cet orifice. On assiste donc à une brusque chute de pression du carburant et la pression de tarage lui devient supérieure. Le clapet de refoulement retombe pour obturer la tête de soupape de refoulement. C’est la fin de refoulement. Notons que la rotation de la came est convertie en une translation du piston par l’intermédiaire d’un galet et d’un poussoir et que la course géométrique du piston, étant constante, est déterminée par le profil de la came. Le piston continue donc son ascension jusqu’au PMH bien que le refoulement soit terminé. Arrivé au PMH, le piston est ramené vers le PMB par le ressort de piston.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE SYSTEME D’INJECTION
I.1 Vue globale du système
I.2 Condition d’injection
I.3 Classification des moteurs diesel
I.3.1 Moteurs à injection directe
I.3.2 Moteurs à injection indirecte
I.3.2.1 Moteurs à chambre de précombustion
I.3.2.2 Moteurs à chambre de réserve d’air
CHAPITRE II : ANALYSE DE LA POMPE D’INJECTION EN LIGNE
II.1 Description
II.2 Fonctionnement
II.2.1 Variation du débit du combustible
II.2.2 Détermination du débit du combustible en fonction de la position de la crémaillère
II.2.3 Avance à l’injection
II.2.4 Différents types de clapets de refoulement
II.2.4.1 Soupapes à réaspiration
II.2.4.2 Clapets à billes
II.2.4.3 Soupapes à réaspiration avec méplat
CHAPITRE III : GENERALITES SUR LES REGULATEURS
III.1 Nécessité de régulation dans les moteurs diesel
III.2 Rôle et fonctionnement du régulateur
III.3 Classification des régulateurs selon leurs fonctions
III.3.1 Régulateur centrifuge type « Mini-Maxi » ou limiteur
III.3.1.1 Fonctionnement
III.3.1.2 Réglage de l’écartement des masselottes
III.3.1.3 Courbe caractéristique du régulateur « Mini-Maxi »
III.3.1.4 Correction de débit
III.3.2 Régulateur centrifuge type « Tous régimes »
III.3.2.1 Courbe caractéristique du régulateur « Tous régimes »
II.3.2.2 Propriétés conférées à un régulateur
a) Stabilité
b) Sensibilité
c) Puissance
d) Promptitude
CHAPITRE IV : LES REGULATEURS MECANIQUES
IV.1 Les éléments sensoriels
IV.2 Mécanisme de détection
IV.3 La force d’amortissement du mécanisme de détection
IV.4 La force de soutènement du mécanisme de détection
CHAPITRE V : STATISME D’UN REGULATEUR
V.1 Définition
V.2 Dépendance entre vitesse de rotation et statisme
V.2.1 Cas des régulateurs mécaniques « tous régimes »avec ressort à déformation variable
V.2.2 Cas des régulateurs mécaniques « tous régimes »avec ressort à déformation constante
CHAPITRE VI : PRESENTATION DU REGULATEUR ETUDIE
VI.1 Introduction
VI.2 Technologie et construction
VI.3 Comportement en service
a) Arrêt du moteur
b) Position de démarrage
c) Position de ralenti
d) Position de charge partielle
e) Régulation de vitesse maximale
f) Correction de débit
VI.4 Détermination de l’équation du mouvement du régulateur
VI.5 Détermination de la stabilité par la méthode des équations d’état
CHAPITRE VII : NOTION DE SYSTEME ASSERVI
VII.1 Définition
VII.2 Système à chaîne ouverte
VII.2.1 Système sans amplification de puissance
VII.2.2 Système avec amplification de puissance
VII.3 Système bouclé
VII.3.1 Système à retour unitaire
VII.3.2 Système à retour non unitaire
VII.4 Entées secondaires-perturbations
CHAPITRE VIII:MODELISATION DU SYSTEME MOTEUR- REGULATEURPOMPE D’INJECTION
VIII.1 Détermination des fonctions de transfert
VIII.1.1 Détermination de H1
VIII.1.2 Détermination de H2
VIII.1.3 Détermination de H3
VIII.1.4 Détermination de H4
VIII.1.5 Détermination de H5
VIII.1.6 Détermination de H6
VIII.2 La relation liant la sortie et l’entrée
CHAPITRE IX : MODIFICATION DU STATISME DU REGULATEUR
IX.1 L’exploitation du modèle mathématique
IX.2 Méthode simplifiée
IX.3 Mesure de compensation suite à la modification du statisme
IX.4 Programmation
CHAPITRE X : PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT
X.1 Etude des effets néfastes des moteurs diesel sur l’environnement
a) Les fumées
b) Les émissions polluantes
c) Les odeurs
d) Les bruits
X.2 Mesures préconisées pour minimiser ces effets néfastes
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE

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