Moteurs Diesel d'automobile - Conception

La difficulté principale rencontrée lors de la mise au point d'un moteur Diesel réside dans le très bref laps de temps disponible pour vaporiser le carburant injecté et le mélanger à l'air. Or une combustion dans un milieu hétérogène comportant des zones riches en carburant produit inévitablement des fumées et un ralentissement de la combustion néfaste au rendement.

Les diéselistes se sont donc, de tout temps, efforcés d'accélérer la vitesse de mélange entre le carburant et l'air. Le moyen le plus efficace est d'augmenter la pression d'injection, d'où la création de très fines gouttelettes de carburant (diamètres de l'ordre de 10 à 15 μm) projetées à grande vitesse (plus de 400 m/s) dans la chambre. On améliore encore le mélange en créant dans cette dernière un mouvement de rotation de l'air dans le cylindre, baptisé « swirl » en anglais, grâce à une forme appropriée des pipes d'admission.

En injection directe , le carburant est injecté radialement dans le « bol » creusé dans le piston à partir d'un nez d'injecteur placé vers le centre de ce bol, par plusieurs jets, dont le nombre est couramment compris entre 5 et 8.

Cette disposition a été développée sur de gros moteurs industriels, mais s'est heurtée à des difficultés dans le cas de petits moteurs d'automobiles. Sur ceux-ci, du fait des faibles dimensions de la chambre, les jets de carburant percutaient les parois de la chambre et se recouvraient les uns les autres, créant des zones riches qui brûlaient mal.

Les motoristes se sont alors orientés vers un autre principe de mélange entre le carburant et l'air : l' injection indirecte , dans laquelle le carburant est injecté dans une préchambre reliée au cylindre par un canal de transfert (chambre de turbulence Ricardo) ou plusieurs orifices de communication (chambre de précombustion Mercedes). Cela crée une aérodynamique puissante qui active le mélange air-carburant sur une large plage de régimes, avec un injecteur à un seul trou (injecteur à têton), sans nécessiter de très hautes pressions d'injection (400 à 500 bar).

Mais cette aérodynamique puissante présentait aussi des défauts liés pour beaucoup à l'accroissement du coefficient d'échange thermique aux parois :

• difficultés de démarrage à froid ;

• rendement moins bon ;

• nécessité d'un radiateur de refroidissement plus volumineux ;

• limitation des performances spécifiques, à cause de l'accroissement des contraintes thermomécaniques dans les matériaux des pistons et de la...