CNAM SIA 18.3.2008 Évolutions technologiques du système d injection common rail Robert Bosch / R. Schmitt 1
CNAM SIA 18.3.2008 Évolutions technologiques du système d'injection common rail Introduction Présentation du système common rail Evolutions Perspectives 2
Historique du système d injection diesel Période de développement : 1922-1927 Pompe en ligne mécanique : 1927-1960 3
Historique du système d injection diesel Passage à la pompe distributrice : 1960-1980 Systèmes d injection électronique : 1980-2008 VP44, CRS, UIS, UPS. 4
Systèmes d injection diesel pour VP: Evolution de la pression d injection Pression au nez de buse (bar) 2500 2000 UIS 1500 1000 Pompe distributrice Common Rail 500 0 1975 Euro 0 Euro I Euro II Euro III 1980 1985 1990 1995 2000 5 DS/BGE1; 5164.19 / 283 e*
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Evolutions technologiques du système d'injection common rail Système d injection common rail pour moteurs VP Principales caractéristiques Separation entre la génération de pression et l injection. Plage de pression : 250 à 1800 bar. Début d injection, durée d injection et pression, ( taux d introduction) calibrables aisément. Injections multiples. Couple d entraînement de pompe faible. Principaux avantages Amélioration des performances, du bruit, des émissions. Système modulaire. Facile à adapter sur moteur. Potentiel important pour atteindre les futures normes. 7
Évolution des moteurs diesel durant les 20 dernières années. 8
Système Common Rail de première génération avec pompe CP1 Rail pressure sensor DRV Common Rail High pressure pump CP1 Other actuators Other sensors Fuel filter with: - Water separator - Heater (optional) Accelerator pedal Injector (1...n) + - Control unit EDC Engine speed (crank) Tank Prefilter Engine speed (cam) High pressure Low pressure 9
Fonctionnement de l injecteur CR à commande par électrovanne 10
Coupe de pompe CP1 11
Système Common Rail de deuxième génération avec pompe CP3 12
Coupe de pompe HP CP3 Clapet de régulation de pression intermédiaire Sortie HP Arbre avec excentrique Anneau Piston Régulateur de débit d admission Carter Clapet d admission BP 13
Système Common Rail de 2ème génération avec pompe CP3 et injecteur piézo 14
Injecteur à commande piézoélectrique Principaux avantages Vitesse d ouverture et de fermeture augmentée Augmentation de la précision de dosage des faibles débits Possibilité de réduire le délai entre 2 injections. Amélioration des performances et/ou des émissions Réduction du poids / de la longueur Retour avec contre pression Actuateur piézo Coupleur hydraulique Injection multiple Module de buse Vanne de commande 15
CNAM SIA 18.3.2008 Évolutions technologiques du système d'injection common rail Introduction Présentation du système common rail Evolutions Contrôle en boucle fermé du débit d injection pilote Correction du débit individuel des injecteurs Optimisation des buses Pression d injection Contrôle en boucle fermée de la richesse Perspectives 16
Champ de débit caractéristique (avec zone plateau) 17
Mouvement balistique de l électrovanne : Course = f (m, l, F) Ex : de 200 à 240 us le mouvement de l électrovanne n est pas affecté par la durée d activation débit quasi constant sur cette plage = plateau de débit. Levée de palette (µm) Fin de commande Electrovanne ouverte Fermeture électrovanne Electrovanne fermée 18
Evolutions technologiques du système d'injection common rail Boucle d apprentissage par capteur d accélération. Source : Renault 19
Evolutions technologiques du système d'injection common rail Stabilisation du débit pilote boucle d apprentissage Débit injecté Débit pilote trop élevé émissions Injecteur vieilli Injecteur neuf Injecteur vieilli Débit pilote nominal Débit pilote trop faible bruit Durée d activation Correction négative Correction positive 20
Stabilisation du débit pilote boucle d apprentissage Dispersions entre cylindres avant et après correction de la durée d activation du débit pilote pour un jeu d injecteurs vieilis. 21
Champ de débit caractéristique (sans plateau) Débit (mm3/coup) Points de contrôle du cahier des charges Durée d activation (ms) 22
Correction du débit individuel des injecteurs Débit Puissance Couple Caractéristiques moteur sans et avec correction individuelle des injecteurs 23
Optimisations de la géométrie des trous de buse Sans optimisation Avec optimisations Risque de déviation du jet si le profil de vitesse n est pas symétrique 24
Evolutions technologiques du système d'injection common rail Comparaison écoulement buse sans /avec sac 25
Evolutions technologiques du système d'injection common rail 26
Buse : Interface système d injection / chambre de combustion 27
Influence de la pression d injection (Moteur industriel mi-charge) 28
Contrôle de richesse en boucle fermée 29
Evolutions technologiques du système d'injection common rail Particules Contrôle de richesse en boucle fermée Dispersions des émissions dues aux tolérances de l injection et du management de l air Dispersions des émissions sans contrôle de richesse Dispersions des émissions avec contrôle de richesse NOx 30
CNAM SIA 18.3.2008 Evolutions technologiques du système d'injection common rail Introduction Présentation du système common rail Evolutions Perspectives 31
Progrès du Diesel Consommateurs Défis / Contraintes Agrément Perfo. Spéc. élevéeses Consommation Emissions réduites Bruit Coût du système 32
Evolution du moteur diesel 33
Optimisations du système d injection Injection haute pression Réduction des tolérances Taux d introduction Traitement des gaz d échappement Réduction du bruit Optimisation de la combustion 34
Pompe CP4 2000bar Clapet d admission Electrovanne de dosage de débit Culasse acier. Carter Alu Piston. Poussoir galet Arbre avec 2 cames 35
Injecteur piézo 2000 bar. Géométrie optimisée et matériaux haute performance Actuateur piézo à performances augmentée. Optimisation de la chaîne de commande ( géométrie et matériaux) Amélioration de la tenue du gicleur. Amélioration de l étanchéité. Optimisation du siège de buse. 36
Émissions de CO2 (source : vehicle certification agency) Essence ( Asp. Nat.) Diesel CO2 sur cycle Europe en g/km Cylindrée (l) 37
Evolutions technologiques du système d'injection common rail Essence conventionnel Hypothèse : 100kW; 2l; 4cyl; 1400 kg Essence injection directe Diesel Hybride essence Hybride Diesel 38 Abteilung 10.03.2008 Robert Bosch GmbH 2007. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion,
Évolution des performances du calculateur de contrôle moteur Source : BMW 39
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