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Objectifs du cours Objectifs du cours en ligne "Le circuit Siemens". Ce cours vise principalement à vous rendre capable
d'expliquer le fonctionnement général du système haute pression Siemens.
d'expliquer le fonctionnement des différents composants. de diagnostiquer et réparer le circuit haute pression Siemens.
Le système Siemens Voici comment se présente le système Siemens
Sur ce schéma, on retrouve :
(1) une pompe de transfert (à palettes)
(2) une électrovanne de contrôle volumétrique VCV (3) trois éléments haute pression (4) une électrovanne de contrôle pression PCV (5) une soupape de régulation (6) un clapet de lubrification (7) un filtre-tamis (8) un filtre à disques
(a) arrivée du carburant (b) vers le rail haute pression (c) vers le circuit de retour Circuit haute pression Siemens
Le circuit haute pression du système Common Rail comprend :
pompe haute pression conduites de carburant haute pression capteur manométrique une électrovanne de contrôle pression PCV une électrovanne de contrôle volumétrique VCV rail servant d’accumulateur haute pression injecteurs conduites de retour de carburant Pompe haute pression Voici comment se présente la pompe haute pression Siemens
Regardons comments celle-ci fonctionne :
L'arbre central (dont la came ronde est excentrée) met en rotation une came à 3 faces plates (partie entraînée).
C’est cette came qui poussera les pistons qui comprimeront le gasoil. Regardons ce qui se passe de plus près : Phase d'aspiration : Le piston est en phase descendante, il crée ainsi une dépression supérieure à la force du ressort qui retient la soupape d’admission sur son siège. Le gasoil pénètre dans la chambre de mise en pression. L’orifice d’échappement est quand à lui obstrué par la bille qui est maintenue sur son siège en raison de la différence de pression entre le cylindre de pompe et la haute pression qui règne dans le conduit haute pression. Phase de refoulement : Le piston est en phase ascendante, il comprime le gasoil dans la chambre. La soupape d’admission est repoussée sur son siège par le ressort et par la pression qui règne dans la chambre. Quand la pression produite par le piston devient légèrement supérieure à la pression dans la conduite haute pression, la bille se soulève et du carburant sous haute pression est envoyé vers le rail.
Clapet de lubrification à ressort
Afin que la lubrification de la pompe soit assurée, un clapet de lubrification est monté sur l’alimentation en gasoil de la pompe. Sur cette image, on distingue le clapet et son ressort de maintien. Ce clapet est utilisé comme vanne anti-retour, il garantit ainsi la présence de gasoil dans le circuit de lubrification. Soupape de régulation de la pression de transfert Disposée parallèlement à la pompe de transfert, le clapet de surpression protège le circuit lorsque le régulateur de débit est fermé. Il s’ouvre lorsque la pression régnant dans la conduite atteint 4 bars, pression nécessaire pour comprimer le ressort. Il y a décollement du clapet et le carburant est dirigé vers le coté d’aspiration de la pompe d’alimentation. Electrovanne de contrôle de pression PCV Voici comment se présente l'électrovanne de contrôle de pression PCV Cette électrovanne contrôle une fuite de carburant entre le rail et le réservoir pour moduler la pression dans le rail, constitué d’un clapet à bille retenu sur son siège par un électroaimant et un ressort qui, lorsqu’il est alimenté en courant, amplifie la force d’obturation du passage de gasoil. Comment cette électrovanne fonctionne-t-elle ?
Si la pression dans le rail est trop élevée, le régulateur s’ouvre pour qu’une partie du carburant puisse s’échapper.
Si la pression dans le rail est trop faible, le régulateur se ferme, ce qui fait monter à nouveau la pression dans le rail. Le régulateur de pression assure une pression adaptée et conforme à la cartographie dans le rail. Lorsqu’il n'est pas alimenté en courant (moteur coupé par ex.) la pression du ressort taré à ± 100 bars maintient la bille sur son siège, de telle manière qu’une pression de 100 bars est maintenue dans le rail. Si le régulateur n’est pas alimenté en courant, le moteur ne peut pas démarrer. Lors de la mise en route du moteur, afin d'augmenter la pression dans le rail, l'électroaimant est alimenté par une tension continue pulsée (RCO). En modifiant le rapport cyclique, le boîtier de gestion peut gérer librement la pression dans une plage d'environ 250 bars au ralenti à 1600 bars. Le carburant excédentaire est alors évacué vers le réservoir par la conduite de retour. Une faible pression d'injection entraîne un accroissement de la durée d'injection ainsi qu'une combustion plus douce, ce qui, à bas régime et pour de petites quantités injectées, entraîne un fonctionnement moteur plus onctueux. A haut régime et pour de grandes quantités injectées, vu le temps plus réduit et afin de diminuer l'émission de particules, il faut augmenter la pression d'injection. Ce régulateur de pression est commandé par un signal Duty Cycle, RCO. (Rapport Cyclique d’Ouverture). Electrovanne de contrôle volumétrique VCV
Le système Siemens régule la quantité de carburant comprimé à l’aide de cette électrovanne de contrôle volumétrique aussi appelée unité VCV. L’électrovanne est montée latéralement sur le corps de pompe et travaille entre la pompe de transfert et la pompe haute pression. Elle régule donc la quantité de gasoil amenée à la pompe haute pression, ce principe est appelé régulation du débit aspiré. Ce principe possède plusieurs avantages : la pompe haute pression ne comprimera donc que la quantité de carburant nécessaire en fonction de la charge du moteur. La perte de puissance due à l'entraînement de la pompe haute pression (et donc la consommation en carburant du moteur) diminue, puisqu'il ne faut pratiquement plus évacuer de haute pression excédentaire, la température du carburant dans la conduite de retour diminue, ainsi, on fait généralement l'impasse sur le radiateur de refroidissement de carburant. Le rail
L'image montre le rail, la conduite haute pression d'alimentation (1) en provenance de la pompe haute pression, les conduites haute pression (2) vers les injecteurs ainsi que le capteur de pression (3). Le rail ou rampe commune est un accumulateur, une réserve où le gasoil sous haute pression refoulée par la pompe haute pression est stocké. La pression qui règne dans la rampe commune peut varier de ± 100 bars lors de chaque cycle d’injection. Le grand volume de cette réserve permet bien sûr, d’alimenter les injecteurs et aussi d’amortir les oscillations de pression générée par les injecteurs et la pompe haute pression. Comme on peut le voir sur l'image, le rail est muni d'une étiquette de marquage structurée de la manière suivante :
a. Numéro de pièce du constructeur automobile b. Numéro de fabricant c. Année de fabrication d. Mois de fabrication e. Jour de fabrication f. Numéro de pièce g. Numéro interne Capteur de pression du rail Voici comment se présente le capteur de pression du rail :
Ce capteur de pression, directement monté sur le rail, transforme la valeur mesurée en pression en un signal électrique compréhensible par le calculateur moteur. Le temps d’ouverture de l’injecteur variera en fonction de la pression du rail et de la quantité de carburant demandée. Comment ce capteur fonctionne-t-il ?
Par un orifice, le gasoil sous pression pénètre dans le capteur. Sous la pression de celui-ci, la membrane se déforme (en bleue sur le dessin). Sur cette membrane se trouve un élément sensible qui transforme cette déformation due à la pression en un signal électrique. Ce signal électrique est envoyé au circuit d’exploitation du capteur. Ce circuit amplifie le signal et l’envoie au calculateur.
Marquage des conduites haute pression Siemens effectue également un marquage des conduites haute pression. Comme le montre l'image suivante, ce marquage se situe sur l'écrou de la conduite haute pression.
Ce marquage est structuré de la manière suivante :
Les six premiers chiffres déterminent la date de fabrication de la manière suivante : AA MM JJ a. b. c. d. e. f. g.
les deux derniers chiffres de l'année : p.ex. 01 le mois : 01 à 12 le jour : 01 à 31 Les trois derniers chiffres caractérisent le constructeur automobile. La ligne inférieure fait référence à un numéro de production. Injecteurs piézoélectriques
h. Le fabricant Siemens n’utilise que des injecteurs à commande piézoélectrique pour ses systèmes Common rail. Les injecteurs sont raccordés au rail par l’intermédiaire de conduites haute pression. Le début et la fin de l'injection sont commandés par une soupape à l'intérieur de l'injecteur. Les forces nécessaires à l'ouverture ou à la fermeture de cette soupape sont engendrées par un élément piézoélectrique. Les éléments piézoélectriques sont des éléments en quartz qui ont la particularité de se déformer en quelques millisecondes lorsqu’ils sont soumis à une différence de potentiel. A l’inverse, lorsque les éléments piézoélectriques sont mis sous pression, ils génèrent une tension électrique.
Injecteur au repos
L’élément (a) piézoélectrique n’est pas alimenté, le champignon de fermeture (3) obture le canal grâce à son ressort de rappel. La haute pression qui règne aux points (4) et (5) à cet instant, est identique.
(a)Elément piézoélectrique (b)Connecteur électrique (IN)Raccord haute pression (OUT)Retour carburant (1)Levier amplificateur (2)Piston de commande (3)Champignon de fermeture (4)Entrée calibrée de la chambre de commande (5)Sortie calibrée de la chambre de commande Ouverture de l'injecteur
L’élément piézoélectrique (a) alimenté se dilate et vient s’appuyer sur le levier amplificateur (1), ce levier a pour effet de multiplier par deux la course de déplacement de l’élément piézoélectrique et le transmettre au piston de commande (2). Le piston de commande (2) libère le canal en décollant le champignon de fermeture (3) de son siège.
(a)Elément piézo-électrique (b)Connecteur électrique (IN)Raccord haute pression (OUT)Retour carburant (1)Levier amplificateur (2)Piston de commande (3)Champignon de fermeture (4)Entrée calibrée de la chambre de commande (5)Sortie calibrée de la chambre de commande