Il n’est pas surprenant qu’au cours de l’évolution de la technologie de l’injection directe, différentes méthodes aient été mises au point pour atteindre l’objectif d’insérer l’essence dans la zone de combustion du moteur. Comme on peut logiquement s’y attendre, chacune a ses avantages et ses inconvénients. Avec le temps, il se pourrait bien que les constructeurs finissent par adopter un type particulier, ou peut-être que certains types hybrides, ou quelque chose d’entièrement nouveau, s’imposent. Pour l’instant, cependant, jetons un coup d’œil rapide aux configurations d’injection directe existantes les plus couramment utilisées.
Injection à guidage mural
Dans une configuration à guidage mural, l’injecteur est monté à proximité des soupapes d’admission, c’est-à-dire relativement loin de la bougie d’allumage. Lors de l’injection, le carburant est pulvérisé sur la « paroi » (c’est-à-dire une cavité tourbillonnaire au sommet du piston de forme spéciale) où il est redirigé vers la bougie d’allumage, aidé par la montée du piston qui contribue à diriger le mélange combustible. Des orifices d’admission conçus pour faire tourbillonner l’air entrant sont parfois utilisés pour faciliter ce processus. Le calage de l’injection dépend de la vitesse du piston; par conséquent, lorsque la vitesse du piston est élevée, le calage de l’injection et de l’allumage doit être avancé de manière très précise pour garantir l’efficacité de la combustion. Parmi les inconvénients de ce système, le carburant injecté contre la surface du piston peut parfois ne pas s’évaporer suffisamment (en particulier à basse température du moteur). De même, lors du passage d’une charge moteur faible à une charge moyenne (et donc de l’avancement du temps d’injection), certaines parties du carburant peuvent finir par être injectées derrière la cavité tourbillonnaire. Dans les deux cas, l’allumage peut être incomplet, ce qui entraîne une augmentation des émissions et de la consommation de carburant.
Injection guidée par pulvérisation
Dans un système à pulvérisation guidée, l’injecteur est placé dans un endroit central, juste au-dessus de l’ouverture de la bougie d’allumage. Essentiellement, le carburant est injecté près de la bougie d’allumage où il s’évapore également et l’allumage a lieu presque immédiatement après l’injection, ce qui augmente l’efficacité du moteur. L’injection crée une charge hétérogène dans la chambre de combustion, avec un nuage de carburant ayant un rapport air/essence très riche en son centre et un rapport air/essence très pauvre sur ses bords. Comme la combustion ne peut se produire qu’entre ces deux « zones », les tolérances de production doivent être très strictes, car un léger désalignement entre la bougie d’allumage et l’injecteur peut compromettre les résultats de la combustion. En outre, la bougie d’allumage doit pouvoir résister aux chocs thermiques, car elle est continuellement prise dans un cycle où elle est refroidie par le carburant avant d’être exposée à la chaleur de la combustion. Enfin, comme l’injection a lieu dans les derniers stades de la course de compression, le peu de temps disponible nécessite l’utilisation d’un injecteur de conception avancée (c’est-à-dire rapide).
Hormis les exigences particulières, l’injection directe guidée par pulvérisation présente de nombreux avantages, notamment une meilleure efficacité (réduction des émissions et de la consommation de carburant) ainsi qu’une moindre sensibilité au flux d’air dans le cylindre, entre autres. En revanche, elle est plus sujette à l’encrassement des bougies d’allumage et à l’accumulation potentielle de carbone (en particulier à bas régime, lorsque la vitesse relativement faible de l’air et du carburant peut empêcher le carburant de se vaporiser correctement).
Systèmes hybrides
Tous les systèmes ont leurs avantages et leurs inconvénients, et l’environnement réglementaire de plus en plus strict, sans parler des expériences réelles des clients, dans lequel les fabricants de moteurs sont tenus d’exister, a conduit à la création de systèmes hybrides qui combinent les caractéristiques des configurations susmentionnées et d’autres technologies. Par exemple, certains fabricants ont ironiquement « fait un pas en arrière » et incorporé l’injection de carburant séquentielle dans leurs systèmes à injection directe, afin de résoudre les problèmes d’accumulation de carbone sur les soupapes d’admission ainsi que les problèmes d’efficacité à haut régime. Dans ces applications, le bloc de commande électronique (BCÉ) du moteur, à l’aide d’un algorithme et d’une multitude de capteurs, détermine les injecteurs à utiliser en fonction de la demande du moteur.
