Qu'est-ce que le common rail ?
Pendant longtemps, le plus grand défi technique du moteur diesel a été d'amener le carburant dans le cylindre au moment exact et à la pression exacte requise. Le système common rail résout ce problème en séparant complètement la production de pression de l'acte d'injection lui-même. La « rampe » qui donne son nom au système est une conduite haute pression commune qui alimente tous les injecteurs à la fois, permettant d'injecter le carburant au moment voulu et dans la quantité voulue, indépendamment du régime moteur.
Dans les systèmes plus anciens, comme les pompes en ligne ou les injecteurs-pompes, la pression était produite mécaniquement au moment même où elle était nécessaire, ce qui donnait une injection faible à bas régime et difficile à contrôler à haut régime. Le common rail évite ce problème en maintenant le carburant sous pression dans un réservoir, puis en le libérant via des injecteurs pilotés électroniquement.
Comment fonctionne le système
La pompe haute pression
Le carburant aspiré dans le réservoir traverse d'abord une pompe basse pression avant d'atteindre la pompe haute pression. Celle-ci comprime mécaniquement le carburant et peut atteindre, dans les systèmes modernes, des pressions de 1 600 à 2 500 bars — plusieurs milliers de fois la pression d'un pneu de voiture.
La rampe commune
Le carburant comprimé est stocké dans la conduite qui donne son nom au système. Cette rampe agit comme un tampon de pression, maintenant un niveau élevé et constant quels que soient le régime et la charge du moteur, de sorte que le carburant arrive dans les mêmes conditions à chaque cylindre.
Les injecteurs et la technologie piézoélectrique
De la rampe part, vers chaque cylindre, une conduite haute pression distincte qui se termine par un injecteur à commande électronique. Les premiers systèmes utilisaient des électrovannes pour ouvrir et fermer ces injecteurs, tandis que les générations suivantes ont adopté des injecteurs piézoélectriques, bien plus réactifs. Les matériaux piézoélectriques changent de forme en une fraction de milliseconde sous l'effet d'un courant électrique, ce qui permet à l'injecteur de s'ouvrir et de se fermer plusieurs fois au cours d'un même cycle de combustion. Cela autorise une petite injection « pilote » avant l'injection principale, puis une injection « post » après celle-ci, rendant la combustion plus progressive et plus silencieuse.
Un peu d'histoire
Les premiers essais en Suisse
L'idée remonte à la fin des années 1960, lorsque l'ingénieur suisse Robert Huber commence à dissocier la production de pression du moment de l'injection. Son travail est ensuite affiné par Marco Ganser à l'École polytechnique fédérale de Zurich, mais l'électronique de l'époque n'est pas encore assez mature pour une production en série.
Fiat, Magneti Marelli et le partenariat avec Bosch
La véritable avancée a lieu en Italie dans les années 1990. Le centre de recherche de Fiat, Centro Ricerche Fiat, développe avec Elasis et Magneti Marelli un système common rail à commande électronique. Des difficultés financières poussent toutefois Fiat à céder les droits de développement en série à l'équipementier allemand Bosch, qui industrialise la technologie et l'installe pour la première fois sur une voiture de série, l'Alfa Romeo 156, en 1997. Mercedes-Benz introduit sa propre version la même année.
Une voie parallèle au Japon
Indépendamment de ces développements européens, une équipe de Denso au Japon, dirigée par Shohei Itoh et Masahiko Miyaki, met au point son propre système common rail pour poids lourds et le lance en production en 1995 sur le camion Hino Rising Ranger. Deux voies d'ingénierie totalement indépendantes aboutissent ainsi, presque simultanément, à la même solution.
Pourquoi c'est important
La grande contribution du common rail est de découpler le moment et la quantité de l'injection du régime moteur. Cette flexibilité permet plusieurs petites injections par cycle de combustion : l'injection pilote adoucit la combustion et réduit le bruit caractéristique du diesel, l'injection principale produit la puissance, et l'injection post limite la formation de suie dans les gaz d'échappement. Résultat : une consommation réduite, des émissions plus propres, et un moteur plus silencieux et plus puissant. Aujourd'hui, la quasi-totalité des moteurs diesel modernes, particuliers comme utilitaires, utilisent une version du common rail, fournie notamment par Bosch, Denso, Delphi et Continental.