L'alimentation et l'injection : cours de Bac pro Maintenance

Tu connais déjà le fonctionnement du moteur thermique : pour produire de l'énergie, il lui faut un carburant et de l'air qui brûlent dans les cylindres. Ce chapitre répond à une question très concrète : comment le carburant arrive-t-il au bon endroit, au bon moment, et en bonne quantité ? C'est le rôle de l'alimentation, et l'injection en est aujourd'hui la solution dominante.

Pour toi, futur technicien ou future technicienne, ce n'est pas un détail. L'injection fait partie des grands ensembles sur lesquels intervient le professionnel de l'automobile, au même titre que le freinage, la suspension ou la transmission ¹. Comprendre ce qu'elle fait, pourquoi elle existe et comment ses variantes se distinguent te permettra de poser un diagnostic sérieux au lieu de changer des pièces au hasard.

Avant l'injection, c'était le carburateur qui préparait le mélange. Les constructeurs ont préféré l'injection pour améliorer le rendement du moteur ². Autrement dit, à quantité de carburant égale, on cherche à tirer plus d'énergie utile.

Les premiers systèmes d'injection étaient exclusivement mécaniques. Ils ont ensuite été améliorés grâce à l'électronique, avec l'apparition d'un calculateur électronique ². Ce calculateur permet de piloter plus finement ce que le moteur reçoit, alors qu'un système purement mécanique reste figé par sa construction.

Retiens la logique générale : le carburateur dépend de phénomènes physiques peu contrôlables, alors que l'injection dose et envoie le carburant sous commande. C'est ce qui explique son succès.

Selon l'endroit où le carburant est envoyé, on distingue deux grandes familles. La différence se joue sur le lieu du mélange entre l'air et le carburant.

Sur un moteur diesel, c'est la pompe qui crée la pression dont l'injecteur a besoin. Sans elle, le carburant ne pourrait pas entrer dans une chambre de combustion où l'air est déjà fortement comprimé.

La pompe en ligne. Son corps est un carter en alliage d'aluminium, avec des perçages pour brancher l'arrivée du carburant et son retour ³. À l'intérieur, on trouve un élément de pompage pour chaque cylindre, et un arbre à cames les entraîne tous ³.

La pompe rotative. Ici, un unique élément de pompage refoule le carburant vers une tête hydraulique. Cette tête offre une sortie par cylindre à servir. Le nom « pompe rotative » est d'usage courant, mais c'est un abus de langage ³.

La pompe à rampe commune. Elle alimente un réservoir maintenu en permanence à très haute pression, et c'est lui qui distribue le carburant aux injecteurs de chaque cylindre ³. Nous y revenons dans la section suivante.

Les moteurs diesel à injection directe les plus récents fonctionnent avec une rampe commune, aussi appelée common rail ou injection directe haute pression ². Le principe est simple à comprendre : au lieu de fabriquer la pression au moment précis où chaque cylindre en a besoin, on la stocke dans un accumulateur commun, puis les injecteurs y puisent.

Comparons avec l'injection indirecte à essence, qui travaille vers 3 bars ². On passe donc de quelques bars à plusieurs centaines de fois plus. Pour t'aider à situer ces nombres, un bar vaut $0{,}1$ MPa, donc 2 000 bars correspondent à $200$ MPa. C'est ce niveau de pression qui impose de suivre à la lettre les procédures du constructeur avant de desserrer un raccord de circuit.

Connaître l'histoire aide à comprendre pourquoi on a inventé chaque solution. Chaque progrès répond à un problème précis.

Les débuts avec Diesel. C'est en 1893 que l'ingénieur Rudolf Diesel dépose le brevet du premier moteur à combustion interne équipé d'un système d'injection ². Deux ans plus tard, en 1895, il montre son moteur à allumage par compression, doté d'une pompe à injection mécanique ³. À puissance égale, ce moteur brûle bien moins de carburant que le moteur à essence d'alors ³.

Un obstacle demeure pourtant : l'alimentation en carburant ne lui permet pas de monter haut en régime ³.

Le rôle de Bosch. Fin 1922, Robert Bosch s'attaque à ce problème et conçoit un système d'injection pour les moteurs diesel. Sa pompe à injection remplace la pompe à air de Diesel. Elle est terminée à l'été 1925, produite en série à partir de 1927, et le moteur diesel peut alors tourner plus vite ³.

L'injection sur les moteurs d'avions puis d'automobiles. En Allemagne, Mercedes-Benz et Bosch développent une injection directe pour des moteurs d'avions, comme le V12 Junkers Jumo 210G du Me109 en 1937 ². Après la guerre, en 1949, des moteurs à combustion interne reçoivent pour la première fois l'injection indirecte, notamment sur les monoplaces des 500 miles d'Indianapolis ².

En 1953, la Connaught-A, animée par un 4 cylindres Lea Francis de 2 000 cm³ d'environ 150 chevaux, figure parmi les premiers exemples européens d'injection indirecte ². En 1954, Mercedes adopte à son tour l'injection directe sur le 8 cylindres en ligne M196 de ses Formule 1 W196 ².

Pour une automobile, le Français Georges Regembeau est le premier à appliquer l'injection directe : il transforme une Citroën Traction Avant 15-six au tout début des années 1950. Le véhicule atteint 190 ch et 210 km/h ².

Vers les voitures de série. Dans les années 1960, les constructeurs préfèrent de plus en plus l'injection aux carburateurs, d'abord pour gagner en performances ². En 1961, Ferrari teste un système direct conçu avec Bosch sur le V6 de la 246 Sport, puis l'applique à ses moteurs de Formule 1 en 1963 ². À partir des années 1960, l'injection mécanique Kugelfischer se diffuse et équipe de nombreuses voitures, dont la Peugeot 404 coupé et la BMW 2002 Tii ².

En atelier, on ne mémorise pas des fiches, on raisonne. Voici une démarche pour aborder n'importe quel système d'alimentation, même un modèle que tu n'as jamais vu.

Cette façon de procéder s'applique aussi à la lecture de ton futur métier : un technicien entretient et répare des véhicules où injection, freinage, suspension et transmission sont autant de domaines à maîtriser ¹. L'injection n'est qu'un chapitre, mais elle demande de la rigueur.