Les ingénieurs motoristes de Bosch et ceux de VW, ont donc cherché à développer le système injecteur pompe dont le principe est connu puisque appliqué en poids lourds.
Cependant, le cahier des charges automobile et le mode d'utilisation sont bien différents de ceux du poids lourds et non transposables.
Le principe
L'injecteur pompe, comme son appellation l'indique, assure au sein du corps d'injection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindre. La partie pompe est placée au-dessus de l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un très petit volume.
L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars.
L'élément pompe implanté directement au-dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d'un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. Ce culbuteur agit sur un petit piston (dit "plongeur"). Lorsqu'il descend, la haute pression est obtenue à une vitesse extrêmement rapide de par la forme particulière de sa came de commande afin de fournir la haute pression maximum désirée. Un ressort de "rappel" ramène le piston à sa position initiale. L'alimentation du carburant de l'injecteur pompe s'effectue sans tuyauterie externe, directement au travers d'alésages usinés dans la culasse et est refoulée par une pompe mécanique basse pression montée sur la culasse.
L'électrovanne et l'injection
L'injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée qui pilote la courbe d'injection. C'est ainsi que la montée en pression dans la chambre sous le piston est contrôlée par cette électrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'électrovanne est fermée électriquement. Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion complète et propre.
La pression d'injection maxi se situe à quelque 2000 bars pour 1,5 mm³ de volume de carburant pré-injecté.
- Injecteur pompe.
- Culbuteurs à galet de commande de l'élément pompe.
- Électrovanne.
- Axe des culbuteurs.
- Arbre à cames.
- Cames de commande des soupapes.
- Came de commande de l'injecteur pompe.
- Poussoir de soupape.
- Bougie de préchauffage
L'injection du carburant est pilotée par l'électrovanne de commande. Sa fermeture électrique provoque, dès que le piston commence sa descente, l'établissement de la pression. La pression d'ouverture de l'injecteur étant atteinte, le téton se soulève, permettant la pré-injection. Pendant cette phase, le déplacement du téton est contrôlé par une butée hydraulique d'amortissement du téton qui permet le contrôle du débit pré-injecté.
Aussitôt après le piston à "déport" se déplace, provoquant une courte chute de pression permettant au téton d'injecteur de se refermer. La précontrainte du ressort d'injecteur étant plus importante en fin de déport du piston, et une fois la pression d'ouverture plus élevée atteinte, l'injection principale débute, l'électrovanne stoppant alors l'injection à l'instant voulu par son ouverture électrique.
Le faible volume haute pression de carburant autorise une diminution rapide de pression et un arrêt brusque de l'injection.
Remarque : le système injecteur pompe impose une culasse très spécifique et la haute pression est complètement dépendante du système de distribution et ne peut donc être gérée électroniquement. Aussi la haute pression fournie est très élevée et favorise la réduction de la consommation et la maîtrise des émissions à l'échappement.
Le moteur 1,9 TDI
Pour répondre aux plus fortes charges, le vilebrequin a subi un écrouissage du premier flasque pour une meilleure résistance, tandis que des bielles trapézoïdales équipent ce moteur. Ce type de bielle autorise une réduction des tensions périphériques au niveau de la cavité du piston de l'ordre de 10% et une réduction de 15% au niveau des pressions superficielles au niveau du bossage de l'axe de piston tout en permettant une diminution du poids de l'équipage mobile de 4% soit environ 50g par cylindre.
La courroie de distribution doit supporter des contraintes dynamiques élevées. Son matériau est optimisé et le crantage de la courroie a été redessiné. Par ailleurs, à 3000 tr/min la distribution génère des phénomènes de résonance ce qui entraîne une sensible augmentation des forces dynamiques au niveau du brin. Ce phénomène a nécessité la mise au point d'une "masse d'équilibrage de l'arbre à cames" afin de réduire ces résonances donc ces forces, voire même les éliminer. Un tendeur hydraulique de courroie crantée du brin non sollicité a également été ajouté.
Conséquence de l'application de ce système
Le moteur 1,9 TDI à injecteur pompe développe une puissance de 115 ch. contre 110 ch. pour le moteur à pompe distributrice, mais c'est surtout au niveau du couple moteur que les valeurs sont nettement améliorées puisqu'il atteint 28,5 daN.m à 1900 tr/min contre 23,5 daN.m à 1900 tr/min pour le moteur 110 ch. soit une augmentation de 21,3 %. Ce gain de couple se traduit évidemment sur la performance en reprise, et par exemple, la Passat berline équipée du nouveau moteur gagne 2,5 secondes en reprise de 80 à 120 km/h en 4ème et 5ème par rapport à la Passat 110 ch.
Mise à jour : la fin de l'injecteur pompe
Fin 2005, Volkswagen a annoncé l'abandon de l'injecteur pompe au profit du common rail pour ses moteurs diesel trois et quatre cylindres, à partir de 2007. Depuis 2009, la plupart des moteurs TDI du groupe utilisent le common rail. Comme le souligne la remarque ci-dessus, la pression de l'injecteur pompe dépend de la distribution, alors que celle du common rail est gérée électroniquement, indépendamment du régime du moteur. Le common rail atteint aujourd'hui jusqu'à 2500 bars, soit environ 500 bars de plus (+25 %) que l'injecteur pompe.
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