L'injection directe d'essence (Gasoline Direct Injection, GDI) promet efficacité et performance – mais elle apporte également de nouveaux défis dans le contrôle des émissions. Clé pour une combustion plus propre : la mesure précise de la pression du carburant.
D'ici 2025, environ 40 millions de véhicules équipés de moteurs GDI seront vendus dans le monde entier. Il est d'autant plus pertinent de noter que ces moteurs – malgré leur efficacité – émettent souvent plus de particules fines que les moteurs diesel modernes équipés de filtres à particules.
Avec leur adoption croissante, ces émissions captent davantage l'attention des autorités réglementaires et des constructeurs automobiles. L'objectif est de minimiser les particules fines sans compromettre la performance. Un levier clé réside dans la commande et la mesure précises de la pression d'injection.
Amélioration par une pression d'injection plus élevée
Les ingénieurs et ingénieures explorent diverses approches pour faire évoluer les moteurs GDI : pressions du carburant plus élevées, timings d'injection optimisés, atomisation plus fine, et carburants alternatifs. Selon l'expert en recherche chez Ford, Matti Maricq, l'injection directe dans la zone chaude de la chambre de combustion permet une combustion plus efficace et plus propre – avec une meilleure performance et une consommation réduite.
Cependant, des facteurs tels qu'une évaporation incomplète, des surfaces de cylindres recouvertes d'humidité, et des zones riches en carburant, notamment lors des démarrages à froid et des changements de charge, peuvent entraîner des émissions indésirables de particules.
Une étude récente de la SAE indique que : des pressions de carburant plus élevées – par exemple entre 20 et 40 MPa – améliorent l'homogénéité du mélange air-carburant et réduisent la formation de flammes de diffusion. Le résultat : une réduction significative des particules fines tout en maintenant ou améliorant la performance.
Les capteurs comme clés pour réduire les émissions
Une mesure précise de la pression du carburant dans la ligne Common Rail (CR) est essentielle pour une commande exacte de l'injection. Même de petites déviations peuvent fausser la modulation de la pression et affecter négativement l'efficacité et les émissions.
La plupart des systèmes d'injection directe utilisent des capteurs de pression piezorésistifs sur le côté basse pression. Sur le côté haute pression, des capteurs à membrane métallique avec jauges de déformation (DMS) sont utilisés. Ces capteurs génèrent des variations de tension électrique, converties en valeurs de pression précises par l'ECU, généralement avec une précision de ±2 %.
Les systèmes modernes fonctionnent souvent sans retour de carburant, mais intègrent des capteurs de température pour mesurer la densité du carburant. Ces données permettent d'optimiser l'injection en fonction de la teneur en énergie du carburant.
Pourquoi des capteurs de pression précis sont indispensables
La détection précise en temps réel de la pression dans la conduite est cruciale pour :
- la commande précise du moment d'injection
- l'ajustement de la quantité d'injection en fonction de la charge et de la température du moteur
- la détection et la prévention de dysfonctionnements
- la réduction systématique des émissions de particules fines
STS propose plusieurs solutions éprouvées pour ces applications à haute pression :
- ATM.1ST : Transmetteur de pression haute précision, compensé en température, avec configuration modulaire – idéal pour le développement et la validation de systèmes GDI.
Conclusion
Les moteurs GDI combinent efficacité et dynamisme – mais aussi des exigences accrues en matière de contrôle des émissions. La mesure précise de la pression d'injection grâce à une technologie avancée de capteurs est une étape centrale. Elle permet d'optimiser la combustion, de réduire les émissions de particules, et d'assurer la conformité aux normes environnementales futures.
