La double injection d'essence

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Description détaillée

On distingue 2 technologies de double injection :

• La première consiste à implanter sur le moteur un système à injection indirecte et un système à injection directe. Chaque cylindre est alors doté de deux injecteurs.

(Source Lexus)

• La seconde consiste à utiliser un système d'injection indirecte équipé de 2 injecteurs pour  chaque cylindre.

(Source Nissan)

Ces deux technologies ont pour objectif commun le respect des règlements de dépollution (Euro 6c en 2017) mais aussi la réduction des consommations et des émissions de CO2.

La première solution (injection directe + indirecte) fait appel à 2 systèmes d'injection bien distincts :

• Un système d'injection directe. Dans ce cas les injecteurs pulvérisent le carburant sous haute pression directement dans les cylindres. Les organes d'injection (injecteurs, pompe, capteurs…) sont spécifiques et fonctionnent à des pressions avoisinant les 200 bar.
• Un système d'injection indirecte. Dans ce cas les injecteurs pulvérisent le carburant sous basse pression (environ 3,5 bar) dans le collecteur en amont des soupapes d'admission.

L'utilisation de deux dispositifs d'injection indépendants (Injection directe + injection Indirecte) engendre un surcoût important et reste à ce jour réservée à des moteurs puissants implantés dans des véhicules haut de gamme. On peut citer comme exemple le moteur 3,5 V6 de chez Lexus, les moteurs 1.8 et 2.0 TFSI de chez Audi ou encore le 2.0 D4-S de chez Toyota.

(Source Audi)

La seconde solution fait appel à un seul système d'injection indirecte. Le dispositif s'adapte aux moteurs équipés de deux soupapes d'admission par cylindre. Chaque cylindre est doté de deux injecteurs débouchant en amont de chaque orifice d'admission (traditionnellement un injecteur « alimente » les 2 soupapes). Cette solution moins onéreuse que l'injection directe engendre un surcoût mineur par rapport à une injection indirecte « classique ». Elle peut donc être implantée facilement sur des petits moteurs. On peut citer comme exemple les moteurs Suzuki Dualjet 1200 cm³ (4 cylindres 90 ch) et 1000 cm³ (3 cylindres 68 ch), ainsi que le moteur Nissan 1600 cm³ HR16DE (117 ch).

Présentation du dispositif doté d'une injection directe et d'une indirecte :

Dans cet exemple le moteur est équipé :

• De 4 injecteurs « haute pression » (injection directe) alimentés sous une tension d'environ 70 volts. Ils sont conçus pour fonctionner à des pressions pouvant atteindre 200 bar.
• De 4 injecteurs « basse pression » (injection indirecte) alimentés sous tension batterie.
• D'une pompe à carburant Basse Pression (BP). Elle alimente la pompe Haute Pression (HP) et la rampe d'injection (BP) au travers d'un raccord de balayage situé sur la pompe (HP).
• D'un calculateur de pompe (BP). Il permet au calculateur moteur de réguler la Basse Pression (de 3,5 à 6 bar) en fonction des besoins du moteur et du mode d'injection activé.
• D'une pompe (HP) qui fournit le carburant aux injecteurs (HP).

L'injection est séquentielle suivant l'ordre d'allumage (1, 3, 4, 2). En fonction des phases de fonctionnement du moteur, le calculateur active le mode d'injection adapté :

• Injection indirecte seule,
• Injection directe seule (avec simple, double ou triple injection),
• Injection directe et indirecte.

Présentation du dispositif doté de 2 injecteurs débouchant dans le conduit d'admission :

Dans cet exemple, les 8 injecteurs sont identiques. L'injection est séquentielle et s'effectue pendant le temps « admission » suivant l'ordre d'allumage (1, 3, 4, 2). Les 2 injecteurs d'un même cylindre fonctionnent donc simultanément.

Exemple pour le moteur Nissan 1600 cm³ (HR16DE) :

• Résistance des injecteurs : 11 à 14,5 Ω
• Tension d'alimentation des injecteurs : 12 volts
• Pression d'injection : 3,5 bar.

Les stratégies du dispositif (injection directe + injection indirecte) :

Le calculateur de gestion moteur sélectionne le mode d'injection adapté en fonction des phases de fonctionnement du moteur. Voici des exemples de stratégie :

• Démarrage : il faut éviter l'effet de paroi dans la tubulure d'admission, c'est donc l'injection directe qui est utilisée (simple ou double-injection).

• Fonctionnement à froid : durant cette de phase de fonctionnement du moteur, la charge est « stratifiée ». Chez Audi, deux injections directes sont réalisées (la première en phase d'admission, la seconde en phase de compression). Chez Lexus, les deux systèmes d'injection sont actifs (indirecte en phase d'admission et directe en phase de compression). Combinés avec un retard à l'allumage, ces deux modes d'injection permettent d'accélérer la montée en température du catalyseur.

• Ralenti à chaud: le phénomène de paroi dans le conduit d'admission doit être limité, il est donc fait appel à l'injection directe uniquement, le moteur fonctionne à Lambda 1.

• Fonctionnement à chaud (faibles charges et charges moyennes) : pendant cette phase de fonctionnement, une homogénéité optimale du mélange est recherchée. Chez Audi il est fait appel à l'injection indirecte uniquement (le temps de préparation du mélange est optimisé, la puissance absorbée par la pompe HP est limitée). Pour éviter la cokéfaction de l'essence dans les injecteurs HP, le calculateur active cycliquement pendant un court instant le mode injection directe. Chez Lexus, les deux systèmes d'injection sont actifs pendant le temps « admission » (injection indirecte + injection directe).

• Fonctionnement à chaud (fortes charges) : il est fait appel à l'injection directe uniquement. La vaporisation de l'essence à l'intérieur du cylindre permet de refroidir l'enceinte thermique.

Cette solution technique qui nécessite l'implantation de deux systèmes d'injection permet de bénéficier des avantages de l'injection directe et indirecte :

• L'injection directe à charge élevée permet de vaporiser le carburant à l'intérieur du cylindre, l'enceinte thermique du moteur est mieux refroidie. Il n'est donc pas utile d'enrichir le mélange pour assurer la protection thermique du turbocompresseur et éviter l'auto-allumage.

• L'injection indirecte à faible charge et charge moyenne permet d'augmenter le  temps de préparation du mélange, l'homogénéité est optimisée. La formation de particules fines à l'échappement est fortement réduite, le phénomène de dilution de l'huile moteur par mouillage sur les parois du cylindre aussi.

On peut penser que cette technologie de double injection permettra aux moteurs à essence suralimentés de passer les seuils de particules imposés par le règlement Euro 6c (6 x 10¹¹ particules par kilomètre en 2017).

Les particularités du système d'injection indirecte doté de 2 injecteurs par cylindre.

Le spray des injecteurs est optimisé (la largeur du cône est réduite), la vaporisation est améliorée, le phénomène de mouillage sur les parois est fortement diminuée. Nissan annonce que lors de l'injection, la taille des gouttelettes d'essence peut être réduite de moitié par rapport à une injection indirecte « classique ».

Grâce à la double injection, Suzuki annonce avoir fortement élargi la courbe d'iso-consommation la plus basse de ses moteurs (240 g/kWh). Sur le 4 cylindres 1200 cm3 (94 ch) à injection traditionnelle, la zone (A) démarre à 2000 tr/min. Sur la nouvelle version du moteur (90 ch) équipée de la double injection, la zone (B) démarre dès 1200 tr/min. La consommation mixte de la Baleno 1,2 Dualjet est annoncée à 4,2 litres/100 km, les émissions de CO2 sur le cycle NEDC sont de 98 g/km.

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Méthodes et pratiques

Lors d'une intervention sur le circuit de carburant, les règles d'hygiène et de sécurité énoncées par le constructeur doivent être respectées. Il faudra particulièrement veiller :

• A porter des EPI (gants et lunettes).
• A respecter la méthode permettant de faire chuter la pression d'essence dans les circuits.

Exemples de procédure de réparation sur un système d'injection :

• La dépose / repose des injecteurs : toute dépose d'injecteur nécessite le remplacement systématique des joints toriques (étanchéité rampe injecteur) et des joints de combustion en téflon dans le cas de l'injection directe (étanchéité cylindre). Le joint torique doit être lubrifié pour faciliter sa mise en place à la fois sur l'injecteur et sur la rampe. La mise en place du joint téflon (certains injecteurs sont équipés de 2 joints) nécessite l'utilisation d'un outil spécifique (3a) pour sa mise en place. L'outil 3b permet de reformer le joint au diamètre de l'injecteur (8). Attention : le positionnement des injecteurs sur la culasse doit être respecté. En règle générale les injecteurs sont équipés d'un ergot de positionnement.

• Le remplacement des injecteurs (injection directe) peut nécessiter un codage à l'outil de diagnostic des injecteurs neufs.
• Le nettoyage des injecteurs (injection directe et indirecte) se fait dans des établissements spécialisés avec un outillage spécifique.
• Le contrôle de la qualité de carburant (taux d'éthanol).
• Intervention sur le circuit Haute Pression (injection directe) : les éléments du circuit haute pression (injecteur, rampe, tuyau HP, pompe HP) forment un « ensemble ». En cas de dépose de l'un de ces éléments une procédure de serrage doit être respectée (ordre et couple de serrage). Après dépose, les tuyaux HP doivent être systématiquement remplacés.

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Impact sur les compétences en atelier

• Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement des circuits d'essence basse pression.
• Connaitre le fonctionnement des circuits d'essence haute pression.
• Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
• Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
• Savoir utiliser un manomètre, un multimètre.
• Savoir utiliser l'outillage spécifique à la dépose / repose des injecteurs.
• Savoir utiliser un banc de nettoyage et de contrôle des injecteurs dans le cas des entreprises "spécialistes".

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Exemple d’outillage approprié

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