Comprendre le système d’alimentation en carburant d’une voiture

comment fonctionne le système d'alimentation en carburant
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De nos jours, les voitures sont de plus en plus présentes autour de nous, mais savez vous comment fonctionne le système d’alimentation en carburant d’une voiture. Nous allons examiner de plus près l’un des éléments clés de tout moteur à combustion interne, à savoir le système d’alimentation en carburant.

Les bases d’un système d’alimentation sont assez simples à comprendre. Toutefois, lorsqu’il s’agit d’améliorer ce système (ce que vous devrez faire lors de la mise au point de votre moteur), les choses peuvent commencer à devenir étonnamment complexes.

Il existe différents systèmes d’alimentation en carburant, mais celui qui nous intéresse ici est le plus courant : l’injection électronique. Le principe est très simple. Le réservoir stocke le carburant, la pompe prélève le carburant dans le réservoir pour alimenter le moteur, et les injecteurs fournissent à votre moteur la quantité de carburant nécessaire au bon moment.

Il y a plus de composants et certainement beaucoup plus de variables à prendre en compte. Regardons de plus près et découvrons la vérité sur les systèmes d’injection de carburant.

Réservoir

Tout le monde sait à quoi sert un réservoir de carburant, mais sur de nombreuses voitures très perfectionnées, le réservoir standard est remplacé par une pile à combustible performante. Ces piles sont plus résistantes et moins susceptibles de fuir en cas d’accident ou de retournement. Ils peuvent avoir presque toutes les dimensions souhaitées et sont souvent dotés d’un déflecteur, ce qui élimine la nécessité d’un pot de mélange séparé.

Pompe à carburant

La pompe à carburant a pour fonction de pomper le carburant du réservoir (ou du pot de mélange) vers les injecteurs. Les pompes à carburant modernes sont électriques, bien que les voitures plus anciennes et certaines voitures de course utilisent des pompes mécaniques. Certaines voitures de course Sierra RS500 Cosworth utilisaient une pompe à carburant mécanique de secours actionnée par les cames.

La plupart des pompes d’injection modernes peuvent répondre aux exigences de débit d’une augmentation modérée de la puissance. Toutefois, l’amélioration de la pompe permet de gérer les besoins en carburant des moteurs hautement optimisés.

Les pompes améliorées sont disponibles dans une grande variété de formes et de tailles, certaines d’entre elles étant capables d’acheminer plus de 1 000 ch de carburant.

Mais ne croyez pas que plus c’est gros, mieux c’est, car ce n’est pas le cas. Vous pouvez avoir une pompe à carburant dont le débit est trop important par rapport aux besoins de votre moteur. Bien qu’une pompe à carburant surdimensionnée ne suralimente pas le moteur lui-même (le régulateur de pression du carburant empêche cela de se produire), elle signifie que le carburant pompé dans le système se produit trop souvent. Il peut en résulter une perte de performances et un risque accru de détonation en raison de l’échauffement du carburant.

Des refroidisseurs de carburant spécifiques sont disponibles pour remédier à ce problème, mais ils sont rarement utilisés en dehors des coureurs d’endurance. Il est préférable d’utiliser une pompe correctement dimensionnée dès le départ.

Filtre à carburant

Comme on peut s’y attendre, un filtre à carburant élimine les corps étrangers susceptibles de bloquer les injecteurs ou d’endommager le moteur. La plupart des filtres standard peuvent généralement faire face aux augmentations de puissance que nous constatons. Conseil : n’oubliez pas de le changer fréquemment. Il s’agit d’un filtre qui, par nature, se colmate avec le temps. S’il n’est pas modifié, il peut potentiellement entraîner un fonctionnement pauvre du moteur. Des filtres de course plus importants sont disponibles pour les moteurs de grande puissance et ceux qui utilisent des carburants plus exotiques, mais ils ne sont pas vraiment nécessaires pour les voitures de route rapides.

Conduites d’alimentation et de retour du carburant

La conduite d’alimentation en carburant relie la pompe à carburant principale à la rampe d’alimentation. Elle est généralement faite de métal ou de tuyau en caoutchouc renforcé. Il est important que le tuyau soit capable de supporter du carburant à haute pression. Un tuyau en caoutchouc normal se dégrade et peut même éclater sous la pression. Pour obtenir une grande puissance, il est souvent nécessaire d’utiliser des conduites de carburant de plus grand diamètre. Cependant, il est surprenant de constater qu’il est possible d’obtenir une grande puissance avec des conduites de carburant apparemment de petit diamètre.

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Une conduite de retour permet au carburant excédentaire purgé par le régulateur de retourner dans le réservoir (ou le pot de mélange). Le carburant n’y étant pas sous pression, il faut veiller à ce que la conduite de retour soit d’un diamètre adéquat. Si le débit est insuffisant, il deviendra une restriction et provoquera une augmentation de la pression du carburant.

Rampe d’injection

La rampe d’injection est l’endroit où sont montés les injecteurs. Il s’agit en fait d’une barre métallique solide où le carburant entre par une extrémité et ressort par l’autre, avec des sorties pour les injecteurs tout au long du parcours. Le régulateur de pression est également monté sur la rampe d’injection. Les rampes d’injection performantes présentent généralement un alésage plus important et un débit plus élevé. Sur certaines applications, elles ont même des entrées aux deux extrémités et une sortie centrale. Cela permet d’obtenir un débit de carburant plus régulier en cas d’utilisation extrême.

Injecteurs

Les injecteurs de carburant sont de petits solénoïdes électroniques contrôlés par l’ECU de la voiture. Ils s’ouvrent à des moments précis et pour des durées exactes. Cela signifie qu’ils peuvent fournir la bonne quantité de carburant finement atomisé au moteur. Il existe d’innombrables options d’injecteurs. Il n’est donc pas difficile de trouver les pièces adaptées aux besoins de votre moteur.

La plupart des injecteurs montés en usine permettent d’augmenter légèrement la puissance. En revanche, pour les augmentations de puissance importantes, des injecteurs plus gros sont indispensables. Les injecteurs de plus grande taille peuvent fournir plus de carburant, mais ils peuvent être plus difficiles à contrôler à de faibles largeurs d’impulsion. C’est particulièrement vrai avec les calculateurs moins sophistiqués, ce qui réduit le raffinement à bas régime. Par conséquent, le choix de l’injecteur adéquat peut s’avérer être un exercice d’équilibriste.

Régulateur de pression de carburant

Le régulateur de pression se trouve généralement du côté de la sortie de la rampe d’injection et maintient une pression déterminée au niveau de la rampe d’injection en permettant à l’excès de pression de carburant de se « purger » dans une conduite de retour vers le réservoir. Les régulateurs sont généralement de simples soupapes à ressort qui s’ouvrent à un point donné (généralement 3,5 bars).

Tous les régulateurs du marché secondaire sont entièrement réglables. Cela permet un réglage fin de la pression statique du carburant au niveau de la rampe d’injection. De nombreux régulateurs référencent également la suralimentation/dépression du moteur (généralement via un petit tuyau provenant du collecteur d’admission). Ils ajustent automatiquement la pression du carburant pour qu’elle augmente ou diminue parallèlement à la pression du collecteur.

Guide du système d’alimentation en carburant : pot de mélange

Sur les voitures très modifiées, des pots à remous sont souvent installés entre le réservoir de carburant et la pompe à carburant principale qui alimente le moteur. Un pot de mélange est un réservoir de petite capacité, haut et muni d’un déflecteur, d’une contenance d’environ deux litres. Il est utilisé pour éviter les coups de carburant dans les virages, lors d’une accélération ou d’un freinage brusque. Il assure une alimentation constante de la pompe principale en carburant. Les pots à remous sont généralement alimentés à partir du réservoir de carburant par une pompe secondaire à basse pression ou « pompe de relevage », ainsi que par l’excédent de carburant renvoyé par le régulateur de pression du carburant.

Pompe simple ou double

Il n’est pas rare d’ajouter une deuxième pompe à carburant pour répondre au débit requis par les moteurs de grande puissance. Toutefois, cela crée un risque potentiel qu’il convient de connaître. Si l’une des pompes à carburant tombe en panne, l’unique pompe restante ne sera pas en mesure de fournir la quantité de carburant nécessaire, la pression chutera, la voiture fonctionnera en mélange pauvre et le moteur tombera en panne. Une grosse pompe à carburant unique serait une option plus sûre, car si la pompe tombe en panne, le moteur calera tout simplement. Curieusement, c’est une situation où il vaut mieux que la voiture s’arrête complètement, plutôt que de rouler avec un moteur pauvre qui causera des dégâts importants (et coûteux). Avec des pompes à carburant neuves et un bon câblage, il est peu probable que vous ayez un problème, mais c’est un facteur qui mérite d’être pris en considération.

Deux injecteurs par cylindre

Vous avez probablement remarqué que certaines voitures sont équipées de deux, et dans de rares cas, de trois injecteurs par cylindre. Il en existe deux versions principales : les injecteurs côte à côte, comme sur les Escort WRC, et les injecteurs déportés, comme sur la Sierra RS500.

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Trois raisons principales justifient l’utilisation de plusieurs injecteurs par cylindre : les anciens systèmes de gestion du moteur peuvent avoir du mal à contrôler avec précision des injecteurs de grande taille ; les besoins massifs en débit de carburant dépassent les capacités d’un seul injecteur ; et le fait que les injecteurs secondaires placés plus loin de l’orifice d’admission réduisent les températures d’admission, ce qui peut augmenter les performances et réduire le risque de détonation.

Le danger lié à l’utilisation de plusieurs injecteurs est le même que celui lié à l’utilisation de plusieurs pompes à carburant : la défaillance d’un seul injecteur. En cas de défaillance d’un injecteur, le cylindre en question fonctionnera à vide et subira probablement des dommages coûteux. Là encore, ce risque est minime avec de nouveaux composants et des circuits électriques bien conçus, mais le risque existe toujours.

Pompe à carburant en ligne ou dans le réservoir

Vous l’avez sans doute deviné, mais une pompe à réservoir est immergée dans le réservoir de carburant, tandis qu’une pompe à carburant en ligne est placée dans la conduite d’alimentation en carburant, peu après la sortie du réservoir de carburant. La plupart des voitures récentes sont équipées de pompes à réservoir, et bien qu’elles soient efficaces, les voitures équipées de pompes à réservoir améliorées ont tendance à être plus sensibles aux coups de bélier en cas de virage serré que les pompes en ligne. Pour résoudre ce problème, il est généralement judicieux d’installer également un pot à remous alimentant une pompe en ligne externe. Un réservoir de carburant doté de déflecteurs intégrés pour éviter les coups de bélier devrait aider à prévenir ce problème, mais sur les réservoirs de carburant standard au moins, les déflecteurs installés peuvent tout simplement ne pas être suffisants pour une utilisation intensive sur circuit.

Nettoyage des injecteurs

Le nettoyage des injecteurs peut être un élément essentiel du processus de mise au point, en particulier si l’on utilise des composants anciens ou d’occasion. Le carburant est rarement parfaitement propre, d’où la nécessité d’un filtre à carburant, mais même celui-ci n’est pas totalement infaillible. C’est pourquoi l’injecteur commence lentement à se boucher et à perdre en performance. Si vous achetez un jeu d’injecteurs d’occasion, vous ne vous rendrez peut-être pas compte que l’un d’entre eux est obstrué avant qu’il ne soit trop tard et que vous vous retrouviez face à un piston fondu. Le nettoyage des injecteurs et les tests de débit sont essentiels pour s’assurer que votre moteur est sûr et qu’il fonctionne au maximum de ses performances.

Les injecteurs sont nettoyés dans un bain à ultrasons, puis testés et, si nécessaire, ajustés à l’aide de testeurs de débit spécialisés, généralement fabriqués par le spécialiste de l’injection ASNU.

Injection directe

La dernière génération de Ford, et plus particulièrement les moteurs EcoBoost, utilisent l’injection directe de carburant (DI). Le concept de base est le même que celui de l’injection électronique normale, mais le carburant est injecté directement dans les chambres de combustion à très haute pression, plutôt que dans un collecteur d’admission, puis autorisé à pénétrer dans la chambre de combustion via la soupape d’admission.

Il s’agit d’une méthode d’injection plus efficace qui permet d’obtenir des taux de compression plus élevés et des pressions de suralimentation plus importantes avec du carburant de pompe standard.

Les composants d’injection directe standard ont toutefois leurs limites, tout comme les systèmes d’injection portuaire traditionnels. Sur les moteurs EcoBoost, par exemple, une pompe à carburant haute pression est montée sur le moteur et est entraînée par un lobe de came. Les pressions sont beaucoup plus élevées que celles de l’injection traditionnelle (jusqu’à 200 bars de pression dans la rampe d’injection), mais cela ne signifie pas que les pièces d’origine peuvent acheminer suffisamment de carburant pour atteindre tous nos objectifs.

Sur les moteurs de grande puissance, une pompe à carburant haute pression très performante de la marque Xtreme-DI est nécessaire. Parfois, la pompe seule suffit à fournir le débit de carburant nécessaire, mais pour les moteurs très perfectionnés, la pompe devra être associée à des injecteurs à haut débit. Ces composants ne sont pas bon marché : une pompe haute pression et un jeu d’injecteurs de 2 000 cm3 pour le 2.3 EcoBoost coûtent plus de 3 000 euros.

Injection portuaire et injection directe

Avant que les pompes DI haute performance à haute pression ne soient facilement disponibles, les préparateurs avaient l’habitude de compléter les injecteurs DI par un autre jeu d’injecteurs portuaires traditionnels. En fait, cela revient à faire fonctionner simultanément deux systèmes d’alimentation : l’un à injection directe et l’autre à injection portuaire. Cela augmente le coût et la complexité, mais c’est un excellent moyen de fournir le carburant supplémentaire nécessaire s’il n’existe pas d’améliorations sur le marché des pièces de rechange. Les améliorations modernes de haute performance offrent une installation plus soignée, mais l’option d’ajouter une autre banque d’injecteurs traditionnels (généralement dans le collecteur d’admission) est toujours une alternative pratique.

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