Un peu d'ETH circule dans les voitures diesel
Il y a vingt ans, la première voiture équipée de la technique d'injection à rampe commune circulait sur les routes suisses. Des ingénieurs de l'ETH ont joué un r?le déterminant dans le développement de cette technique de moteur diesel économique et peu polluante, aujourd'hui largement utilisée.
Dans pratiquement chaque moteur diesel utilisé aujourd'hui dans les voitures et les camions, mais aussi dans les générateurs ou les navires modernes de haute mer, on trouve un bon morceau de recherche de l'ETH. Les ingénieurs des laboratoires de recherche de la haute école ont en effet joué un r?le déterminant dans le développement, à partir des années 1970, d'un système révolutionnaire à l'époque pour l'injection du carburant dans le moteur : le système d'injection à rampe commune. Ce système est aujourd'hui devenu un standard industriel.
Il y a vingt ans, le 9 novembre 1993, des scientifiques ont présenté la première voiture de tourisme moderne adaptée à la circulation routière, équipée de cette technique et d'une pompe haute pression à régulation par étranglement d'aspiration, lors d'un congrès de l'ETH, à l'issue d'un essai de moteur sur le terrain. La nouveauté du moteur résidait dans le fait que l'injection diesel pouvait être réglée électroniquement avec précision. Outre les injecteurs à commande électronique, un réservoir de carburant sous pression était également nécessaire. Celui-ci se présente sous la forme d'un tube - appelé "common rail" - qui traverse le bloc moteur et alimente en diesel les injecteurs de tous les cylindres. Sur les moteurs précédents, un élément de pompe séparé était placé en amont de l'injecteur de chaque cylindre. Les injecteurs s'ouvraient lorsque la pression du carburant était suffisamment élevée et n'étaient pas ouverts électroniquement.
"Les voitures de tourisme diesel sont devenues présentables"
"La technique Common Rail a permis pour la première fois de diviser l'injection diesel en plusieurs processus d'injection", explique Thomas Lutz. L'ingénieur mécanicien, aujourd'hui retraité, était alors chef de projet de l'essai sur le terrain. Une seule opération d'injection est ainsi devenue une pré-injection, une injection principale et une post-injection. Aujourd'hui, il existe même des moteurs avec jusqu'à cinq processus d'injection successifs et précisément contr?lés. Cette répartition permet non seulement une combustion plus complète du carburant, ce qui rend les gaz d'échappement moins riches en suie, mais le moteur est également devenu plus silencieux.
"Le secteur des voitures de tourisme diesel a ainsi été révolutionné. Auparavant, les voitures diesel étaient bruyantes et elles cognaient. Gr?ce à la technique Common Rail, elles sont devenues présentables", explique Lutz. Enfin, la technique a permis une recirculation efficace des gaz d'échappement, ce qui a permis de réduire les oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. "Et tout cela avec une consommation de carburant très économique", ajoute Lutz.
Pompe haute pression développée à l'ETH
Le grand casse-tête du projet a été le développement d'une pompe haute pression efficace et réglable avec précision pour générer la pression du carburant dans la rampe commune, explique Lutz. Les pompes existantes étaient con?ues de manière à générer volontairement une pression trop élevée et à assurer la régulation de la pression via une soupape de décharge. "C'était inefficace et cela pesait lourd dans la consommation de carburant", explique Lutz. Le doctorant de l'ETH de l'époque, Wolfgang Schneider, a construit une pompe avec une soupape d'admission réglable. Sa pompe produisait exactement la pression souhaitée. L'ETH a fait breveter cette soupape à l'époque.
Dans la voiture de démonstration de 1993, les ingénieurs de l'ETH ont en principe transformé un moteur diesel de série en un moteur à rampe commune. En 1994, le projet est arrivé à son terme comme prévu. Après que l'ETH a développé une pompe utilisable et démontré son aptitude à la pratique, il était temps de remettre la technique à l'industrie pour qu'elle soit développée en série, explique Lutz. C'est ce qui s'est passé. Et si aujourd'hui des acronymes tels que CDI, CDTI ou TDCi - le C signifiant Common Rail - figurent à l'arrière des voitures diesel, c'est qu'un peu de savoir-faire de l'ETH est présent dans chaque véhicule.
Lutz ne s'attend pas à ce que cette technique soit bient?t remplacée par une autre complètement différente. Certes, il existe désormais des moteurs diesel dans lesquels un seul réservoir sous pression n'alimente pas tous les cylindres en carburant, mais où chaque cylindre dispose de son propre réservoir sous pression. "Mais le principe selon lequel une pompe génère une pression présélectionnée en fonction de la charge, du régime ou encore de la température de fonctionnement, devrait rester".
Le Laboratoire d'aérothermochimie et des systèmes de combustion (LAV) et Inspire, un centre de compétences proche de l'ETH pour le transfert de technologie, ont organisé ces jours-ci une journée d'étude intitulée "20 ans de système d'injection à rampe commune ETH".
Galerie d'images
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Un moteur à rampe commune en 1991 sur un banc d'essai du laboratoire des moteurs de l'ETH. (Image : ETH Zurich) -
Thomas Lutz (au premier plan à droite) au début des années 1990 en discussion avec des collaborateurs dans le laboratoire des moteurs à l'Institut de technique énergétique. (Image : ETH Zurich) -
Soupapes d'admission utilisées à l'ETH Zurich (appelées soupapes d'admission à tiroir rotatif) pour la commande de la pompe haute pression à rampe commune. (Image : ETH Zurich)