Injection directe

L'injection directe est une méthode d'alimentation en carburant dans laquelle le carburant est pulvérisé directement dans la chambre de combustion du moteur, au-dessus du piston, plutôt que dans le conduit d'admission en amont des soupapes. Sur les moteurs essence, la technique est fréquemment désignée par les sigles GDI, FSI, TSI ou similaires ; sur les diesels, où elle est aujourd'hui universelle, c'est tout simplement la façon dont le carburant est introduit. La motivation est la précision : en plaçant le carburant exactement où et quand il faut, un moteur peut tirer plus de travail de chaque goutte et satisfaire des objectifs plus stricts de rendement et d'émissions.

L'opposition se fait avec l'injection indirecte, dispositif plus ancien dans lequel les injecteurs pulvérisent le carburant dans le conduit d'admission, où il se mélange à l'air entrant avant d'être aspiré au-delà des soupapes. L'injection directe utilise au contraire une pompe haute pression, entraînée par l'arbre à cames, pour porter la pression du carburant à plusieurs dizaines, voire centaines de bars, bien au-delà des quelques bars d'un système indirect ; un injecteur à solénoïde ou piézoélectrique de précision, monté dans la culasse, le délivre alors sous forme d'un cône finement atomisé directement dans la chambre. La gestion moteur peut fractionner cette injection en plusieurs événements par cycle et en doser le calage à une fraction de degré de rotation du vilebrequin.

Ce contrôle intime apporte plusieurs avantages. La pulvérisation de carburant liquide dans le cylindre refroidit la charge entrante en s'évaporant, ce qui supprime le cliquetis et autorise un taux de compression plus élevé, clé d'un meilleur rendement thermique et d'une puissance accrue. Le dosage peut être adapté finement à la charge, et certains systèmes essence peuvent même fonctionner avec un mélange stratifié, très pauvre à faible charge, en concentrant un nuage combustible près de la bougie tandis que le reste du cylindre contient un excès d'air. Il en résulte généralement plus de puissance et de couple pour une cylindrée donnée, ainsi qu'une consommation réduite, raison pour laquelle l'injection directe est au fondement du moteur essence turbo moderne de cylindrée réduite.

L'approche n'est pas exempte d'inconvénients. Comme le carburant ne lave plus l'arrière des soupapes d'admission, des dépôts de calamine et d'huile peuvent s'y accumuler avec le temps, exigeant parfois un décalaminage à la coque de noix ou un nettoyage chimique pour rétablir le débit d'air. Les moteurs essence à injection directe tendent aussi à produire davantage de fines particules que les moteurs à injection indirecte, ce qui a conduit à équiper ces moteurs d'un filtre à particules essence pour respecter les limites d'émissions. Les composants haute pression et les tolérances serrées des injecteurs ajoutent un coût et exigent un carburant propre.

L'injection directe est l'une des expressions de l'injection électronique, partageant les capteurs, le calculateur et la stratégie en boucle fermée de tout système moderne. De nombreux moteurs essence récents combinent d'ailleurs les deux, employant ensemble des injecteurs indirects et directs pour cumuler leurs atouts. Dans l'univers diesel, elle se concrétise par le système common rail, où une rampe haute pression commune alimente des injecteurs pilotés électroniquement pour une combustion silencieuse, efficace et peu émettrice.