Comprendre le système d'injection d'air

L'injection d'air est une technique de réduction des émissions d'échappement qui consiste à injecter de l'air dans chacun des orifices d'échappement d'un moteur, où il se mélange aux gaz d'échappement chauds et oxyde les HC et le CO. H2O et CO2 se forment. Il était simple d'atteindre les exigences d'émission requises par injection d'air dans les premiers jours du contrôle des émissions. L'un des premiers dispositifs supplémentaires pour oxyder les HC et le CO dans les gaz d'échappement était l'injection d'air, également connue sous le nom de système de pompe à air.

Dans cet article, vous apprendrez la définition, les composants, le schéma, le fonctionnement, les avantages et les inconvénients d'un système d'injection d'air.

Qu'est-ce qu'un système d'injection d'air ?

Pour réduire les émissions de HC et de CO, un système d'injection d'air pompe de l'air frais dans les orifices d'échappement du moteur. Du carburant non brûlé et partiellement brûlé peut se trouver dans les gaz d'échappement d'un moteur. Ce carburant continue de brûler à cause de l'oxygène du système d'injection d'air. La pompe à air, la vanne de dérivation, le collecteur de distribution d'air et le clapet anti-retour d'air sont les principaux composants du système.

Rudolf Diesel est celui qui a eu l'idée. La figure 1 illustre la configuration du système. Lors de l'alimentation en essence, l'air et le carburant sont injectés dans le cylindre dans cet agencement. La pression d'air requise pour l'injection de carburant est d'environ 70 bars ou plus.

Dans un moteur à combustion interne, l'injection de carburant est un mécanisme permettant de combiner le carburant avec l'air. Les systèmes d'injection de carburant ont une variété d'objectifs fonctionnels, mais ils ont tous une chose en commun :ils alimentent le processus de combustion en carburant. Il existe divers objectifs concurrents, notamment la production d'énergie, la consommation de carburant, les performances en matière d'émissions, la fiabilité, le bon fonctionnement, le démarrage, les coûts permanents et les coûts de maintenance sont tous des facteurs à prendre en compte.

Composants d'un système d'injection d'air

Voici les principaux composants d'un système d'injection d'air :

• Pompe d'alimentation en air avec filtre.
• Collecteurs d'air et buses.
• Soupape anti retour de flamme.
• Clapet anti-retour.
• Raccordement des tuyaux.

Pompe d'alimentation en air :

Les pompes à air sont entraînées par courroie à partir du vilebrequin et sont situées à l'avant du moteur. La pompe aspire l'air frais à travers un filtre externe et l'envoie à travers des tuyaux de raccordement à chaque orifice d'échappement à basse pression. Lorsque cet air supplémentaire est ajouté aux émissions de HC et de CO chauffés dans le collecteur d'échappement, ils s'oxydent, convertissant ces éléments en H2O et CO2.

Collecteurs d'air et buses :

Pour alimenter en air le système d'échappement du moteur, les premiers systèmes d'injection d'air utilisaient l'une des deux méthodes suivantes :

• Sur les petits moteurs, un collecteur d'air externe fournit de l'air à l'orifice d'échappement près de chaque soupape d'échappement via des tubes d'injection.
• À travers des tunnels dans la culasse ou le collecteur d'échappement, un collecteur d'air interne transporte l'air vers l'orifice d'échappement près de chaque soupape d'échappement sur les gros moteurs.

Soupape anti-retour :

Une dépression élevée dans le collecteur d'admission permet au mélange air-carburant de devenir riche en carburant pendant la décélération du moteur. L'air frais injecté dans le collecteur d'échappement pendant la décélération se mélange à l'essence non brûlée dans l'échappement, ce qui entraîne un retour de flamme du moteur. Ce retour de flamme est causé par la combustion rapide des gaz non brûlés, ce qui peut détruire un silencieux. Une vanne anti-retour de flamme, ou anti-retour de flamme, est utilisée pour empêcher cela en coupant le flux d'air pendant la décélération. Pour arrêter le flux d'air, la vanne d'aspiration et la vanne de dérivation sont utilisées.

Clapet anti-retour :

Un clapet anti-retour unidirectionnel empêche le flux inverse des gaz d'échappement du moteur à travers la pompe à air. Entre le collecteur d'air et la vanne de dérivation ou la vanne d'aspiration se trouve le clapet anti-retour. Le ressort du clapet anti-retour ferme la soupape pour bloquer le flux inverse de l'échappement lorsque la pression d'échappement dépasse la pression d'injection d'air ou si la pompe à air tombe en panne. Sur les moteurs en ligne, un seul clapet anti-retour est souvent placé, mais sur les moteurs de type V, deux soupapes (une par rangée de cylindres) sont généralement installées. Certains moteurs de type V, en revanche, n'ont qu'un seul clapet anti-retour.

Le système d'injection d'air secondaire comporte quelques pièces supplémentaires :

• Filtre à air
• Pompe à air secondaire
• Unité de commande du moteur
• Relais de contrôle
• Vanne d'inversion
• Valve combinée.

Schéma d'un système d'injection d'air secondaire :

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement d'un système d'injection d'air est moins complexe et peut être facilement compris. dans son fonctionnement, les aubes rotatives de la pompe à air propulsent l'air dans la vanne de dérivation lorsque le moteur tourne. L'air est entraîné à travers la vanne de dérivation, le clapet anti-retour, le collecteur d'injection d'air et dans le moteur si le véhicule ne décélère pas. Les soupapes d'échappement sont soufflées par de l'air frais. La vanne de dérivation empêche l'air de pénétrer dans le collecteur d'échappement du moteur pendant la décélération. Cela évite un retour de flamme potentiel, qui pourrait endommager le système d'échappement du véhicule. La vanne de dérivation libère la pression excédentaire dans le système lorsque cela est nécessaire.

Le système d'injection d'air secondaire :

Pendant la phase de démarrage à froid, lorsque le convertisseur catalytique ne fonctionne pas encore, ce système diminue encore plus les niveaux de HC et de CO. Dans les moteurs à essence à entraînement stœchiométrique, un convertisseur catalytique à 3 voies atteint un taux de conversion de plus de 90 %. Lors d'un démarrage à froid, jusqu'à 80 % des émissions d'un véhicule sont libérées. Cependant, étant donné que le convertisseur catalytique n'est efficace qu'entre 300 °C et 350 °C, les émissions doivent être réduites pendant la phase de démarrage à froid en utilisant diverses méthodes. C'est exactement ce que fait le système d'air secondaire.

Lorsqu'il y a suffisamment d'oxygène résiduel dans le système d'échappement et que la température est suffisamment élevée, les HC et le CO réagissent pour générer du CO2 et du H2O dans une réaction secondaire.

Lorsque le mélange est très riche lors de la phase de démarrage à froid, de l'air est injecté dans le flux d'échappement pour s'assurer qu'il y a suffisamment d'oxygène pour la réaction. Le système d'air secondaire est désactivé après environ 100 secondes sur les véhicules équipés d'un convertisseur catalytique à trois voies et d'une commande lambda. La chaleur créée dans la réaction secondaire augmente immédiatement la température de fonctionnement du convertisseur catalytique.

Un apport actif ou passif d'air supplémentaire est possible. Le système passif utilise les oscillations de pression dans le système d'échappement. En raison de la dépression provoquée par le débit du tuyau d'échappement, de l'air supplémentaire est amené via une vanne temporisée. L'air secondaire est insufflé par une pompe dans un système actif. Ce système vous donne plus de contrôle.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le système d'injection d'air :

Avantages et inconvénients d'un système d'injection d'air

Avantages :

Voici les avantages d'un système d'injection d'air dans ses différentes applications :

• Il permet une meilleure atomisation et distribution du carburant.
• Le BMEP est plus élevé qu'avec d'autres types de systèmes d'injection car la combustion est plus complète.
• Il permet l'utilisation de carburants moins chers.

Inconvénients :

Malgré les bons avantages d'un système d'injection d'air, certaines limites subsistent. Voici les inconvénients d'un système d'injection d'air dans ses différentes applications :

• Le fonctionnement du compresseur nécessite un mécanisme complexe.
• Le poids du moteur augmente.
• Parce qu'une partie de la puissance du moteur est nécessaire pour faire fonctionner le compresseur, le B.H.P. est diminué.

C'est tout pour cet article, où la définition, les composants, le schéma, le principe de fonctionnement, les avantages et les inconvénients d'un système d'injection d'air secondaire sont discutés. J'espère que vous apprendrez beaucoup de la lecture, si c'est le cas, merci de partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu, à bientôt !