L’injection directe d’essence est devenue un terme largement reconnu dans l’espace automobile d’aujourd’hui. Les systèmes d’injection de carburant à orifice injectent du carburant à des pressions plus basses avant la chambre de combustion, pulvérisant généralement du carburant directement sur les soupapes d’admission. Les systèmes à injection directe injectent le carburant directement dans la chambre de combustion et à une pression beaucoup plus élevée par rapport à l’injection dans l’orifice.
L’injection de carburant à des pressions plus élevées permet aux fabricants de contrôler la combustion avec plus de précision, d’augmenter la puissance et l’économie de carburant. Alors que les normes d’émissions et d’économie de carburant se resserrent, les constructeurs automobiles ont dû trouver des moyens plus innovants pour s’y conformer. Désormais, l’injection directe a pratiquement remplacé l’injection de carburant par port dans les véhicules récents.
L’injection directe a été un énorme bond en avant pour l’industrie. Vous pensez peut-être qu’il s’agit d’une technologie plutôt nouvelle, mais cela pourrait vous surprendre d’apprendre depuis combien de temps elle existe.
Là où tout a commencé
En 1954, Mercedes-Benz lance le désormais légendaire coupé 1954 300 SL « Gullwing ». Ce véhicule étonnant est facilement reconnaissable grâce à ses portes uniques, qui pivotent depuis le toit et s’ouvrent vers le haut. La 300 SL était équipée du premier moteur à injection directe d’essence au monde, dérivé du moteur d’avion Messerschmitt conçu par Benz pendant la Seconde Guerre mondiale.
Malgré cette innovation, l’injection directe ne semble pas s’imposer dans l’industrie automobile. Les carburateurs étaient moins chers et plus faciles à produire, et cela resterait vrai pendant des décennies.
Second souffle
Avance rapide de 50 ans et vous trouverez l’injection directe encore à ses balbutiements. Quelques constructeurs commençaient à développer l’injection directe ou à la proposer dans leurs véhicules, mais en petit nombre. Mercedes-Benz a ensuite lancé un nouveau moteur quatre cylindres de 1,8 L en 2002 avec une nouvelle génération d’injection directe de carburant appelée CGI (Stratified Charge Gasoline Injection).
Ce moteur de 168 ch était disponible dans la CLK et la Classe C, mais ce n’était pas un moteur exceptionnel. Il réduisait les émissions et offrait une meilleure économie de carburant, comme prévu, mais il n’était pas particulièrement rapide, agréable à écouter et ne délivrait pas une puissance plus douce par rapport à des moteurs similaires. Malheureusement, ce moteur est tombé dans l’oubli.
Ces deux moteurs étaient en avance sur leur temps, mais nous savons que Mercedes-Benz n’a jamais fini d’être un pionnier et de repousser les limites. Ils ont vu un grand potentiel avec l’injection directe et ont continué à investir dans la technologie. Après un processus de développement intensif, ils ont lancé le premier moteur à essence au monde à injection directe d’essence piézoélectrique dans le CLS 350 CGI 2006. Ce moteur révolutionnaire offrait une amélioration de la consommation de carburant de 10 à 15 % par rapport à ses moteurs à injection de carburant V6 existants, ainsi qu’une augmentation d’environ 20 ch et 4 % de couple en plus.
Selon Mercedes-Benz à l’époque, « ce nouveau système constituera la base des futurs travaux de développement de moteurs dans cette classe de puissance ». Cette orientation a eu un impact sur l’ensemble de l’industrie automobile.
Piézoélectrique
Les injecteurs piézoélectriques se trouvaient généralement sur les moteurs diesel à rampe commune, mais ils s’avèrent également très efficaces dans les systèmes d’injection directe d’essence.
Les injecteurs piézoélectriques peuvent s’ouvrir et se fermer beaucoup plus rapidement que les unités conventionnelles. Cela signifie que ces injecteurs peuvent doser plus précisément la quantité de carburant qui est injectée dans la chambre de combustion. L’ECU peut contrôler avec précision le temps d’ouverture de l’injecteur et, par conséquent, la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion. Tout cela conduit à une efficacité de combustion optimisée, une puissance maximisée et une économie de carburant.
Les injecteurs peuvent injecter du carburant plusieurs fois au cours d’un même cycle de combustion si le moteur est sous forte charge, ou ils ne peuvent être ouverts que partiellement pour limiter la consommation de carburant dans des situations de faible charge telles que l’arrêt en roue libre.
Qu’est ce qui a changé?
Grâce au CLS CGI, l’injection directe d’essence (GDI) a été proposée sur le marché américain avec une production très limitée au cours de l’année modèle 2006. Avance rapide d’un peu plus d’une décennie et ce nombre a considérablement augmenté. Selon le rapport 2019 de l’EPA sur les tendances automobiles, 51 % de la flotte américaine était équipée de moteurs à injection directe.
Et après?
Il est prudent de supposer que le nombre de véhicules équipés de systèmes comme l’injection directe continuera d’augmenter d’année en année.
Le graphique de ce même rapport sur les tendances de l’EPA examine de plus près deux facteurs qui illustrent à quel point les moteurs automobiles ont évolué au cours des 45 dernières années : la quantité de carburant consommée par rapport à la taille globale du moteur (consommation de carburant/déplacement) ; et la quantité de carburant consommée par rapport à la quantité d’énergie produite par un moteur (consommation de carburant/HP).
Il est clair que les moteurs produisent plus de puissance avec moins de carburant que jamais auparavant. Cela vous amène à vous demander ce que les constructeurs automobiles proposeront ensuite pour répondre aux besoins du futur ?