L'injecteur

L'INJECTEUR

Image d'un injecteur direct

Définition

De manière globale, l'injecteur est un des éléments les plus utiles au fonctionnement de votre moteur. Il apporte le carburant requis dans les chambres de combustion (cylindres) de votre auto de manière très présice selon un dosage bien définie et géré par le calculateur moteur. Cette pièce moteur se situe à l'entrée de chaque cylindre (injection directe) ou dans la tubulure d'admission (injection indirecte) qui pulvérise ensuite le carburant. 

Les injecteurs sont fixés sur la culasse, ils sont soit maintenus par bride soit directement vissés. Afin d'assurer une combustion correcte, l'injecteur doit propulser dans le cylindre une quantité suffisante de carburant. Cette pièce moteur assure en même temps l'étanchéité par rapport à la chambre de combustion. En mécanique automobile, il existe différents types d'injecteurs, des injecteurs à trou et des injecteurs à téton. Ces derniers sont moins sensibles à l'encrassement.

Fonctionnement

Image injection moteur directe
L'injecteur est l'élément qui se retrouve en dernier dans la chaîne d'alimentation en carburant du moteur. 

Les moteurs diesel modernes sont des moteurs à injection directe et à haute pression ; le carburant venant du réservoir est comprimé à forte pression (de 200 à 2000 bars suivant les besoins) par la pompe haute pression, avant d'être acheminé dans une rampe commune et d'être vaporisé par les injecteurs dans la chambre de combustion.

Le temps d'injection et la valeur de pression sont définis par la gestion électronique moteur en fonction de différents paramètres analysés par les capteurs (température moteur, vitesse de rotation, position pédale accélérateur, pression d'alimentation, etc.).          Image: arboncleaningusa.com

Le calculateur moteur, après avoir calculé le temps d'injection nécessaire, commande électriquement l'ouverture de l'injecteur.

Ce temps d'ouverture est de l'ordre de quelques millisecondes (ms) et l'orifice de la buse d'injecteur, ainsi que les jeux de fonctionnement internes entre celle-ci et l'aiguille d'injecteur sont très précis et fins, à l'échelle du micron (µ), soit du millième de mm.

L'aiguille et la buse sont graissées exclusivement par le gasoil.

Bon à savoir : Du fait que l'aiguille et la buse de l'injecteur sont graissé par le gasoil, il est recommandé de prendre du gasoil de bonne qualité, la vie de votre moteur peut être en jeu. Payer un peu plus cher pour la bonne santé sur le long terme de votre auto.

Injection indirecte diesel/essence et injection directe diesel/essence ?

Schémas combinés injection directe et injection indirecte
Il existe plusieurs montages d'injecteurs. En effet, il existe des injecteurs à injection directe et des injecteurs à injection indirectes.

Les moteurs essence et diesel ne fonctionnant pas de la même manière, il faudra donc distinguer les deux.

Dans le cas d'une injection indirecte, le carburant est injecté dans le collecteur d'admission (et non plus directement dans les cylindres), lieu dans lequel comburant et carburant se mélangeront de manière optimale. L'essence injecté sous forme de gouttelettes se vaporise alors immédiatement (la chaleur dans le collecteur favorisant d'autant plus cette "évaporation") et brûle de manière optimale une fois arrivé dans la chambre de combustion. Car je rappelle que l'essence s'enflamme sous forme de vapeur et non pas quand elle est liquide contrairement à ce que peuvent penser.









L'injection indirecte nécessite quant à elle une plus basse pression pour injecter le carburant dans les cylindres que pour une version directe, le coût est alors moins élevé au niveau des injecteurs (et il n'y a pas besoin de pompe haute pression et encore moins de rampe d'accumulation : common rail).

Image: fiche-auto.fr

Injection indirecte diesel

Contrairement à l’injection indirecte essence,  Il consiste à envoyer le carburant dans l'admission. Ce dernier se mélange alors à l'air pour enfin entrer dans les cylindres quand la soupape d'admission s'ouvre. L’air présent au-dessus du piston est compressé par la remontée de ce dernier. En fin de compression, le gasoil est injecté dans cette chambre où se produit une précombustion au contact de l’air surchauffé (400 °C). Une réaction en chaîne s’ensuit et provoque la combustion complète dans la chambre principale.

Ce type d’injection permet d’éviter entre autres des efforts trop violents sur le piston. Le système lui est composé d'un circuit d'alimentation et d'un circuit haute pression.


Le circuit d'alimentation comprend :

  • le réservoir de carburant ;
  • le filtre à gazole ;
  • une pompe rotative abritant une pompe de transfert à palettes, qui aspire le carburant provenant du réservoir (le circuit d’alimentation est donc en dépression, ou pression négative).

Le circuit haute pression est composé par :

  • la même pompe rotative, synchronisée à la distribution moteur, qui génère la haute pression de 110 à 175 bars ; pompe distributrice exclusivement mécanique qui dessert chaque cylindre dans l’ordre d’allumage ;
  • les injecteurs, eux aussi exclusivement mécaniques ; c’est un ressort taré qui détermine leur pression d’injection.

Injection indirecte essence

C’est la position des injecteurs qui détermine le type d’injection. Pour l’injection indirecte essence, ils sont placés avant la soupape d’admission. C’est donc un mélange air/carburant qui est admis dans le moteur par l’ouverture de la soupape d’admission. En injection directe, les injecteurs débouchent dans la chambre de combustion au-dessus du piston, l’air seul étant admis par la soupape d’admission, le mélange des deux composants se fait dans la chambre de combustion.

Ce système d’injection est composé pour la partie hydraulique :

  • du réservoir de carburant ;
  • d’une pompe à essence électrique le plus souvent immergée dans le réservoir ;
  • d’un filtre à essence ;
  • d’une rampe d’alimentation, sur laquelle sont fixés les injecteurs à commande électromagnétique.
Bon à savoir: la pression d’alimentation et d’injection générée par la pompe à carburant oscille entre 2,7 et 3,2 bars.
Il contient pour la partie électrique :

  • un calculateur de gestion moteur qui détermine le temps d’injection après traitement des paramètres moteur ;
  • des capteurs qui transforment les valeurs de grandeur physique des paramètres (pression d’air, température moteur, vitesse moteur et arbre à cames, analyse des gaz, charge moteur...) en signaux électriques variables à destination du calculateur ;
  • des actionneurs, commandés par le calculateur (injecteurs, bobine d’allumage, relais, électrovannes…).

L’injection indirecte : avantages et inconvénients

L'injection indirecte à ses avantages : 

  • son prix : c’est son principal avantage. En effet, la pompe à carburant, les injecteurs et le circuit sont peu coûteux tout en permettant d’obtenir des prestations intéressantes.
  • un bon mélange air/carburant dans certaines conditions : le fait d’injecter dans les conduits d’admission laisse du temps au carburant pour s’évaporer. On arrive donc à un très bon niveau d’homogénéité.
  • limiter les risques de mouillage du piston et/ou du cylindre par le carburant (sources d’émission polluantes, …)
Mais elle a aussi ses défauts : 

  • lors de l’injection, un film liquide de carburant se forme dans le conduit d’admission et il est quasiment impossible de passer à côté de ce phénomène. Le film a tendance à s’évacuer dans le cylindre ou s’évapore et est “rempli” par l’injection. Lors d’un fonctionnement en stabilisé, ces phénomènes ont tendance à s’équilibrer. Le problème arrive lorsque l’on fonctionne en transitoire, où on vient injecter plus ou moins de carburant qu’à l’instant précédent. Avec ce film, il est difficile de connaître exactement la quantité de carburant présente dans la chambre. Des stratégies sont utilisées pour compenser ce phénomène mais cette inconnue entraîne forcément une augmentation de la consommation.

  • de plus en plus de moteurs sont équipés de systèmes de déphasage d’arbre à cames (VVT). Ce système, qu’il est difficile de décrire en quelques lignes, permet d’adapter le phasage des ouvertures des soupapes d’admission et d’échappement pour améliorer le rendement, profiter des phénomènes acoustiques ou assurer une bonne vidange de la chambre après la combustion. C’est notamment lorsqu’on s’attaque au dernier point que l’injection indirecte pêche. En effet, lorsque l’on veut vidanger la chambre au maximum (moins il reste de gaz brûlés, plus on peut mettre d’air et donc avoir de couple), on peut faire ce qu’on appelle du balayage d'air (côté technique, on l'appelle le recyclage interne par croisement de soupapes) : on ouvre en même temps les soupapes d’admission et d’échappement. On vient donc créer une sorte de ballayage d’air entre l’admission et l’échappement. Malheureusement avec de l’injection indirecte, il s’agit plutôt d’un courant d’air+carburan On vient injecter directement du carburant à l’échappement, le problème, c'est que c'est dangereux pour l’environnement (même si ça peut être traité par la suite) mais surtout pour la consommation d’un moteur.

  • idem pour la consommation : avec de l’injection indirecte, on est dans l’impossibilité la plus totale de venir créer un mélange volontairement hétérogène, et plus précisément stratifié (mélange pauvre).

L’injection directe : avantages et inconvénients

Qu'elle soit essence ou diesel, l'injection directe est une véritable avancée technologique dans le monde automobile :


  • La gestion avec calculateur permet de maîtriser tous les paramètres et d’adapter au mieux le fonctionnement moteur aux circonstances.
  • L’agrément de conduite est meilleur ; des combustions mieux maîtrisées favorisent en effet le couple moteur disponible dès les plus bas régimes.
  • Les émissions de polluants sont mieux maîtrisées et l’injection directe promet de s’adapter plus facilement aux normes prochaines antipollution plus drastiques.
  • La consommation de carburant est inférieure (10 à 20 % de moins que l’injection indirecte).
Les seuls points faibles contre l’injection directe portent sur 3 aspects :

  • La maintenance est coûteuse. Bien que les systèmes soient fiables, leur complexité et leur technicité plombent le budget réparation.
  • L’émission augmentée de certains polluants comme les Nox et les particules en inflation pour les moteurs diesel HDI apparaissent pour les moteurs essence à injection directe.
  • La sophistication des systèmes (directement liée aux polluants) est évidente, notamment les dispositifs antipollution pour respecter les normes Euro (vanne EGR, filtres à particules, Adblue qui est une solution chimique pour aider à brûler les particules dans le filtre à particules…).

Les différences entre injection directe essence et diesel

Les deux injections sont fondamentalement proches et elles utilisent beaucoup de composants communs (capteurs, nomenclature, principe de fonctionnement). Quelques distinctions inhérentes au type de carburant (moteur essence ou diesel) et de combustion singularisent cependant chacune des motorisations.

Les différences de pressions pour un diesel :

Circuit basse pression: (ESSENCE) : 3 à 5 bars (Pas de pompe de gavage). En dépression avec pompe de gavage (DIESEL) : 3 à 4 bars
Circuit haute pression: (ESSENCE) : 5 à 120 bars. (DIESEL) : 250 à 1 800 bars

Les différences de mode de combustion

L’injection directe essence se caractérise par l’alternative à deux modes de combustion suivant les conditions de roulage :

  • Injection directe homogène : c’est un mode d’injection classique qui se rapproche de l’injection indirecte et qui se fait très en amont de la phase de compression, afin d’obtenir une bonne homogénéisation du mélange air/essence.
  • Injection stratifiée : elle se produit à la fin de la compression et la combustion débute par une phase riche près de l’étincelle de la bougie, pour progressivement s’appauvrir à la descente du piston. Ce mode d’injection permet une combustion « pauvre en essence », favorisant un bon rendement et moins d’émissions polluantes.

Histoire de l'injecteur

  • 1930 : l’injection indirecte date en effet des années 30, où Mercedes œuvra beaucoup pour leur développement, que ce soit en essence ou en diesel ;
  • 1936 : les véritables premières implantations sur des voitures de série furent l’injection indirecte mécanique essence Kugelfisher sur les Peugeot 404 et pour l’injection indirecte diesel, Mercedes en 1936 et Peugeot en 1938, longtemps à la pointe du marché français ;
  • 1960 : dès lors, l'injection indirecte diesel s’implante, alors que les moteurs essence fonctionnent encore le plus souvent avec un carburateur ;
  • 1993 : la généralisation de l’injection indirecte essence se produit en France, les véhicules neufs ayant cette année-là l'obligation d’être équipés d’un pot catalytique, associé à l’injection pour son fonctionnement ;
  • 2002 : progressivement, les normes Euro 4, puis Euro 5 et Euro 6, condamneront ces deux types d’injection en essence et en diesel, trop productrices d’émissions polluantes.

Injecteur à injection indirecte

image injecteur indirecte Bosch

Injecteur à injection directe

image injecteur directe Denso

Comment reconnaître un problème d'injecteur ?

Si votre voiture émet de fortes odeurs de carburant ou que son moteur tourne sans que vous puissiez démarrer, votre véhicule souffre peut-être d’une panne liée au système d’injection. Pour vous aider à y voir plus clair, je viens à la rescousse pour vous donner des pistes sur votre diagnostic !

Symptômes et diagnostic d'une panne de l'injecteur

Une panne est détectable par le biais de diverses manifestations : 

  • Une odeur de carburant persiste ;
  • A-coups à l’accélération,
  • Le moteur est faible en puissance,
  • Le véhicule recrache une épaisse fumée noire.
  • Le moteur tourne mais ne démarre pas (démarrage difficile).

Bon à savoir : Si vous n’êtes pas un mécanicien chevronné, n’essayez pas de mettre les mains dans le cambouis. Il s’agit ici d’un élément important du moteur. Une mauvaise manipulation et ce sont des milliers d’euros qu’il faudra débourser. (1100€)
Aujourd’hui, avec un peu de soin, il est possible de parcourir près de 300 000 kilomètres sans jamais connaître la moindre panne. Si une panne se manifeste néanmoins, il faut demander de l’aide à un professionnel.

Bon à savoir : depuis le 1er janvier 2017, les garagistes ont l'obligation de proposer dans certains cas des pièces d'occasion à la place de pièces neuves (article L. 224-67 du Code de la consommation). Ces pièces d'occasion sont issues des casses automobiles (centres VHU) ou remises en état par les constructeurs. L'obligation s'applique aux pièces suivantes (article R. 224-25 du Code de la consommation, issu du décret n° 2016-1890 du 27 décembre 2016) : pièces de carrosserie amovible ; pièces de garnissage intérieur et de sellerie ; pièces optiques ; vitrages non collés ; certaines pièces mécaniques ou électroniques. Cette obligation ne s'applique pas lorsque le garagiste intervient à titre gratuit (garantie ou mesure de rappel), si le délai est trop important ou si la pièce fait courir un risque pour l'environnement, la sécurité routière ou la santé publique. Un arrêté du 8 octobre 2018 (dont l'entrée en vigueur est fixée au 1er avril 2019) précise les modalités d’information des consommateurs par les réparateurs automobiles, en matière de disponibilité des pièces issues de l’économie circulaire (notamment par affichage).
L’origine de la panne peut venir de plusieurs endroits : 

  • Le turbocompresseur est cassé : le système électronique ne fonctionne plus et ne transmet plus les bons paramètres. 
  • La pompe à injection peut-être grippée ou souffrir d’une fuite importante. 
  • Les injecteurs sont encrassés. Ils ont beau s’ouvrir comme de coutume, l’air ou le carburant a du mal à passer. 

Dans tout ces cas, la facture risque d’être onéreuse. La réparation, main-d’œuvre comprise, peut vous coûter plus de 1 000 € !

Astuces pour éviter des problèmes d'injecteur : 

Afin d’éviter de fâcheuses et de coûteuses réparations, voici quelques conseils : 

  • Choisissez du carburant de qualité, surtout si vous avez de nombreux trajets rapides à faire en ville. Il retardera l’encrassement de votre moteur à son maximum. Ne faites pas de petites économies lorsque la santé de votre automobile est en jeu !
  • Purgez vos filtres et utilisez de l’huile de qualité. Le but de la manœuvre est de garder un moteur propre le plus longtemps possible. Plus vous en prendrez soin, plus vous garderez chaque organe du système en bonne santé. 
  • Ne laissez jamais le réservoir presque vide, vous risquez la corrosion de la pompe et des injecteurs (présence d'eau au fond du réservoir).
  • Nettoyer ses injecteurs avec des produits dédiés ! Réservez-les éventuellement pour un usage à entretien préventif. Si vous roulez essentiellement en ville, selon les marques, il est préconisé d'utiliser un flacon tous les 4 000 à 5 000 km, ce qui peut rapidement faire grimper la note. (Environ 41€ pour 1L pour la marque BARDHAL).
  • Faites appel à un professionnel disposant d'un système de nettoyage à réservoirs pressurisés
  • Demandez à un professionnel de procéder à un nettoyage aux ultrasons.
  • Faites passer vos injecteurs au banc d'essai. Cette machine permet de reproduire la pression envoyée dans les injecteurs et de tester leur bon fonctionnement, la forme des jets de carburant produit...

Tester ses injecteurs, c'est possible !

Il vous est possible avec un peu de matériel et de bonne volonté, de tester vous-même vos injecteurs pour vérifier l'état de santé de ces derniers. 

Cela consiste à débrancher la durite souple de retour de carburant qui longe la longueur des 4 injecteurs et d'y brancher des durites en caoutchouc reliées à des bouteilles de même contenance chacune. Ensuite il faudra démarrer le moteur et observer laquelle de bouteille se remplie ou non la plus vite. Dans le cas contraire si tous les niveaux sont presque similaire, vos injecteurs sont en bon état et ne présente pas de symptômes pouvant conclure à un début de fatigue de ces derniers. Notez que le débit de retour peut parfois être très infime, mais il doit normalement être assez similaire entre les différents injecteurs. Un injecteur en bonne santé enverra moins de carburant en retour et donc remplira moins vite ces bouteilles utilisées en guise de test.

Si vous êtes bien équipé, il existe des kits complet permettant de tester ses injecteurs plus facilement et de manière plus fiable et sécurisé (bouchons pour éviter les poussières et autres objets étrangers de rentrer dans le système d'alimentation en carburant, des raccords de différentes tailles, des bouteilles avec graduations... (A voir dans la vidéo ci-dessous).

Vous pouvez retrouver une excellente vidéo ludique de la chaîne Youtube de François, "Garage, Bagnoles et Rock'n Roll" ci-dessous pour mieux mettre en avant comment tester ses injecteurs.

C'est la fin de cet article sur l'injecteur en automobile, retrouvez tous mes articles de mécanique "ICI". (Cet article peut faire l'objet de modifications à tout moment)
Sources: Fiches-auto.fr / Bosch / Educauto.fr / Denso / Garage, Bagnoles et Rock'n Roll / parts.nissanoflumberton.com/

Tags: article, injecteur, fonctionnement, rôle, définition, diesel, astuces, essence, avantages, combustion, mélange, inconvénients, cylindre, directe, action, injection, indirecte, mécanique, CarNews


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