140 S- Evolution Injec Cat

L’EVOLUTION DE L’INJECTION CATERPILLAR Réalisé par: Août 2001

Zohrab LAMY Jean-Philippe DELEBECQ Jean-Louis DALLOZ

Remarques préliminaires: Ce document a été réalisé à l’attention des professeurs de l’enseignement technique de l’Education Nationale et présenté lors de l’Université d’Eté SEIMAT 2001. Il ne devra être utilisé qu’à des fins didactiques (et ce à l’exclusion de toutes autres). Il est diffusé selon une liste nominative. Les destinataires s’engagent à le garder pardevers eux, et à ne pas le diffuser sans l’accord préalable de Bergerat Monnoyeur.

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Evolution of Cat Fuel Systems ● ELECTRONIC UNIT INJECTOR - HEUI ● ELECTRONIC UNIT INJECTOR - MECH ● ELECTRONIC ENGINE CONTROLS ● 3600 UI - WORLD’S LARGEST ● 15,000 PSI PUMP & LINE ● UNIT INJECTOR ● 7000 SERIES NOZZLE ● SLEEVE METERING SYSTEM ● DIRECT INJECTION ● AUTO TIMING ADVANCE ● EN-BLOC SYSTEM ● FUEL/AIR RATIO CONTROL ● CAPSULE NOZZLE ● FIRST CAT FUEL & PUMP SYSTEM

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

Centre de Perfectionnement Francis Monnoyeur Maintenance Products & Services

2000

01-0 3 140 S8 P. 2

CIRCUIT STANDARD

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POMPE EXTERNE

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POMPETTE D’INJECTION

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POMPETTE D’INJECTION

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POMPE EXTERNE POMPE EXTERNE CONCEPTION

• Pompettes à l’extérieur du

corps de pompe • Régulation mécanique • Pression : 160 – 200 bar

AVANTAGES

• Pression relativement

basse ; donc organes légers • Tolérances de fabrication

standard • Accepte des fuels à faible

indice de cétane INCONVENIENTS • Contrôle peu précis de la quantité de fuel injectée et de l’avance à l’injection. • Nombreux organes en

mouvement

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POMPE INTERNE

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POMPE INTERNE POMPE EXTERNE CONCEPTION

POMPE INTERNE

• Pompettes à l’extérieur du • Pompettes à l’intérieur

corps de pompe • Régulation mécanique • Pression : 160 – 200 bar

du corps de pompe • Régulation

hydromécanique • Pression : 160 – 200 bar

AVANTAGES

• Pression relativement

basse ; donc organes légers • Tolérances de fabrication

standard • Accepte des fuels à faible

indice de cétane

• Inertie des organes de

régulation moins élevée • Grande rapidité

d’exécution de l’huile Meilleur taux de régulation, grande stabilité du moteur, reprises rapides

INCONVENIENTS • Contrôle peu précis de la • Malgré l’allègement de la régulation, les quantité de fuel injectée et de l’avance à l’injection. organes en mouvement sont toujours nombreux • Nombreux organes en mouvement

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INJECTEUR A PRECHAMBRE

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COMPARAISON PC - DI CONCEPTION

INJECTION INDIRECTE

INJECTION DIRECTE

• Présence d’une chambre

• Injection directe dans le

de précombustion • Orifice unique • Bougies de préchauffage

cylindre ; chambre formée dans le piston • Orifices multiples • Pas de préchauffage

AVANTAGES

• Combustion plus souple

• Démarrages à froid faciles

• Rapport volumétrique et

• Rendement élevé

pression d’injection moins • Consommation moindre élevés ; donc organes plus (10 à 15%) légers • Moins de calories à • Accepte du carburant à évacuer par le système de faible indice de cétane refroidissement (20 à 30%) • Simplicité de réalisation

INCONVENIENTS • Démarrage à froid impossible sans dispositif de préchauffage • Consommation plus élevée

• Sensible aux sous-

régimes, à l’avance à l’injection, à l’encrassement de l’injecteur.

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INJECTEUR CRAYON

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POMPE A MANCHONS DOSEURS

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POMPE A MANCHONS DOSEURS POMPE A MANCHONS DOSEURS (~1975) CONCEPTION

• Lubrification par le

carburant • Régulation mécanique • Pression : 160 – 200 bar

AVANTAGES

• Evite le circuit de

lubrification traditionnel

INCONVENIENTS • Très sensible au grippage provoqué par la présence d’eau dans le fuel

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ELEMENT DE POMPAGE SMFS

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POMPE NEW SCROLL

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POMPE NEW SCROLL POM PE EXTERNE CONCEPTION

• Pom pettes à l’extérieur du • Pom pettes à l’intérieur du

corps de pompe • Régulation m écanique • Pression : 160 – 200 bar

POM PE NEW SCROLL (1979)

POM PE INTERNE

• Evolution de la pom pe

corps de pompe

interne par renforcement des élém ents mécaniques (arbre à cames, pompettes, … )

• Régulation

hydrom écanique • Pression : 160 – 200 bar

• Pression : 800 bar

AVANTAGES

• Pression relativem ent

basse ; donc organes légers • Tolérances de fabrication

standard • Accepte des fuels à faible

indice de cétane

• Inertie des organes de

• La pression élevée

régulation m oins élevée • Grande rapidité

assure une m eilleure combustion

d’exécution de l’huile M eilleur taux de régulation, grande stabilité du m oteur, reprises rapides

INCONVENIENTS • Contrôle peu précis de la • M algré l’allègem ent de la • Risques de fuites plus importants quantité de fuel injectée et régulation, les organes en de l’avance à l’injection. m ouvement sont toujours • Nécessité d’utiliser un nombreux • Nom breux organes en carburant propre m ouvement

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INJECTEURS POMPES MECANIQUES

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INJECTEURS POMPES MECANIQUES

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Unit Injector

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INJECTEURS POMPES MECANIQUES

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INJECTEURS POMPES MECANIQUES UNIT INJECTOR (1987) INJECTEUR POMPE MECANIQUE

CONCEPTION

• Régulation mécanique • Pression : 1000 bar créée

mécaniquement AVANTAGES

• Suppression de la pompe

et des canalisations de carburant sous pression réduction des causes de retard d’injection • Meilleure combustion

INCONVENIENTS • Limites de la régulation mécanique atteintes (précision de la quantité de fuel injectée et de l’avance à l’injection) • Pression élevée

cames renforcées, tiges de culbuteurs courtes

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INJECTEUR MEUI

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ELECTRONIC UNIT INJECTOR

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INJECTEUR MEUI UNIT INJECTOR (1987) INJECTEUR POMPE MECANIQUE

CONCEPTION

• Régulation mécanique

MEUI (~1990) INJECTION ELECTRONIQUE A PILOTAGE MECANIQUE

• Régulation électronique

• Pression : 1000 bar créée • Pression : 1500 bar

mécaniquement AVANTAGES

créée mécaniquement

• Suppression de la pompe • Injection précise en

et des canalisations de carburant sous pression réduction des causes de retard d’injection • Meilleure combustion

quantité et dans le temps • Meilleur respect du

rapport AIR/FUEL quelles que soient les conditions d’utilisation moins de fumées noires au démarrage et en charge

INCONVENIENTS • Limites de la régulation mécanique atteintes (précision de la quantité de fuel injectée et de l’avance à l’injection)

• Pression élevée

cames renforcées, tiges de culbuteurs courtes ; ceci impose une limite à la pression d’injection

• Pression élevée

cames renforcées, tiges de culbuteurs courtes

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INJECTEUR HEUI

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INJECTEUR HEUI

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INJECTEUR HEUI UNIT INJECTOR (1987) INJECTEUR POMPE MECANIQUE

CONCEPTION

• Régulation mécanique

MEUI (~1990)

HEUI (~1995)

INJECTION ELECTRONIQUE A PILOTAGE MECANIQUE

INJECTION ELECTRONIQUE A PILOTAGE HYDRAULIQUE

• Régulation électronique

• Pression : 1000 bar créée • Pression : 1500 bar créée

mécaniquement AVANTAGES

mécaniquement

• Suppression de la pompe • Injection précise en

et des canalisations de carburant sous pression réduction des causes de retard d’injection • Meilleure combustion

INCONVENIENTS • Limites de la régulation mécanique atteintes (précision de la quantité de fuel injectée et de l’avance à l’injection)

quantité et dans le temps • Meilleur respect du

• Pression : 1500 bar

créée hydrauliquement • Injection en deux temps • Maîtrise de la pression

d’injection • Pression d’injection

rapport AIR/FUEL quelles indépendante du que soient les conditions régime ; démarrage à froid + facile d’utilisation moins de fumées noires au • La pré injection permet démarrage et en charge une réduction importante des imbrûlés ainsi qu’une combustion silencieuse • Pression élevée

cames renforcées, tiges de culbuteurs courtes ; ceci impose une limite à la pression d’injection

• Pompe hydraulique

sensible à la qualité de l’huile moteur

• Pression élevée

cames renforcées, tiges de culbuteurs courtes

• Les pressions d’injection élevées imposent une grande propreté du carburant

(filtration à 2 microns sur l’injection électronique, élimination de toute trace d’eau)

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Norme Euro3 (2000) CO