Si vous avez entretenu des véhicules importés au moins au cours de la dernière décennie, vous avez peut-être vu un véhicule Toyota doté à la fois d’une injection directe de carburant et d’une injection de carburant dans l’orifice. Vous verrez des injecteurs de carburant à port dans le collecteur d’admission et une pompe à carburant à injection directe. Toyota appelle ce système le D-4S ou Dynamic Force Engine (le « S » signifie supérieur) et la première application était sur le SUV Lexus GS avec le V8. Le système D-4S n’est pas un système d’injection « démarrage à froid » ou « aspersion », comme celui des moteurs V6 du début à la fin des années 2000.
Les injecteurs directs de carburant sont comme tout autre système d’injection directe de carburant. Et, les injecteurs de carburant bâbord ne sont pas là pour nettoyer les soupapes d’admission; ces injecteurs fonctionnent pour fournir du carburant au moteur. Les deux ensembles d’injecteurs fonctionnent ensemble pour le meilleur mélange de carburant possible dans le cylindre.
Cependant, les systèmes d’injection de carburant dans l’orifice et d’injection directe de carburant ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients.
L’injection de carburant dans le port peut offrir une meilleure vaporisation dans certaines conditions. Mais les gouttelettes de carburant du port peuvent tomber de la suspension lorsqu’elles frappent la soupape d’admission avant d’entrer dans la chambre de combustion. L’injection directe de carburant est plus efficace pour refroidir la chambre de combustion et contrôler les garnitures de carburant dans certaines conditions. Mais, dans certaines conditions de régime et de charge du moteur, l’injection directe peut produire de la suie par manque de vaporisation. Dans certaines circonstances, l’injection de carburant dans l’orifice fournira plus de couple.
Toyota utilise son approche mixte de port et d’injection directe de carburant pour offrir les meilleures performances, émissions et économies possibles. Il est difficile de dire quand le port, les injecteurs directs ou les deux sont actifs car cela dépend de nombreuses variables telles que la position de l’accélérateur, la charge, le régime moteur et même la température du moteur.
Moteurs et modèles D-4S
De plus en plus de moteurs reçoivent le système d’injection D-4S. Cela a commencé avec la Lexus sur les modèles GS en 2007. En 2012, la Toyota/Scion FR-S F86 a reçu le D-4S. Le Highlander et le Tacoma ont également reçu les systèmes D-4S en 2015 en option. Le dernier véhicule à l’obtenir est le quatre cylindres utilisé dans la Camry 2017. La meilleure façon de repérer l’un de ces moteurs est de rechercher des injecteurs de carburant à port et une pompe à carburant haute pression.
Comment ça fonctionne
Selon Toyota, lors de charges moteur faibles à moyennes, l’injection de carburant de type direct et de type port est utilisée ensemble, ou l’une d’entre elles est utilisée pour créer un mélange homogène d’air et de carburant, contribuant ainsi à des processus de combustion stables.
Pendant les plages de charge élevée du moteur, seule l’injection de carburant de type direct est utilisée pour refroidir l’air d’admission avec l’effet de refroidissement des vapeurs dans le carburant, qui est injecté dans le cylindre, améliorant l’efficacité de la charge et les propriétés anti-cliquetis. Dans certaines conditions, les soupapes d’admission s’ouvrent pour laisser entrer le mélange air/carburant homogène dans la chambre de combustion, et le carburant est injecté pendant la première moitié de la course d’admission.
Lors d’un démarrage à froid, le système chronomètre l’ouverture de l’orifice et de l’injecteur de carburant direct pour réduire les émissions et obtenir une combustion stratifiée. Immédiatement après un démarrage à froid du moteur et pendant la course d’échappement, le carburant est injecté dans l’orifice d’admission à partir de l’ensemble d’injecteur de carburant (pour l’injection dans l’orifice). Le carburant est également injecté à partir de l’injecteur de carburant direct vers la fin de la course de compression. Il en résulte un mélange air-carburant qui est stratifié et la zone près de la bougie d’allumage est plus riche que le reste du mélange air/carburant. Ce processus permet d’utiliser un calage d’allumage retardé, augmentant la température des gaz d’échappement. Les températures accrues des gaz d’échappement favorisent un réchauffement rapide des catalyseurs et améliorent les performances d’émission d’échappement.
Il est impossible de détecter où se produit le passage du port à l’injection directe. La seule façon de voir les différentes opérations d’injection de carburant est avec un outil d’analyse.
L’ECM contrôle la pompe à carburant et calcule la demande de carburant à basse pression en fonction de l’état du véhicule et des signaux envoyés par divers capteurs et émet des signaux. La commande de modulation de largeur d’impulsion (PWM) triphasée est utilisée pour l’ECU de commande de la pompe à carburant.
Comme de nombreux véhicules Toyota récents, la pompe à carburant s’arrête lorsque l’un des coussins gonflables du système de retenue supplémentaire (SRS) s’est déployé, ce qui minimise les fuites de carburant.
Les deux ensembles d’injecteurs utilisent la même pompe à carburant dans le réservoir pour fournir une pression de carburant à la rampe d’alimentation pour les injecteurs de carburant bâbord et la pompe à carburant haute pression sur le moteur. La pompe doit produire 51 à 73 psi pendant le fonctionnement et cinq minutes après l’arrêt du moteur. Si la pompe ne fonctionne pas, les deux systèmes ne fonctionneront pas.
La pompe à carburant haute pression peut générer de 435 à 725 psi. Les premiers modèles D-4S Lexus V8 équipés de ce système avaient une conduite de retour vers le réservoir du côté haute pression du système de carburant.
Les modèles ultérieurs utilisent une soupape de décharge et un meilleur contrôle du solénoïde de la pompe pour créer un système sans retour et de meilleures émissions EVAP. Une soupape de contrôle de déversement est utilisée pour contrôler la pression de refoulement de la pompe. Il est situé dans le passage d’admission de l’ensemble de pompe à carburant. La soupape de décharge et le solénoïde contrôlent la quantité de carburant à comprimer par la pompe haute pression. Il permet au carburant non comprimé de se déverser dans le côté basse pression du système, permettant au système de contrôler la pression lorsque le système d’injection directe de carburant n’est pas utilisé. La pompe sera plus silencieuse lorsque la vanne est ouverte car elle ne comprime pas le carburant. Dans certaines conditions d’inactivité, le tic-tac habituel de la pompe est éliminé.
Les injecteurs de carburant à injection directe utilisent une pince spéciale qui pousse constamment sur la rampe d’injection de carburant haute pression par la force du ressort. Cela empêche l’ensemble d’injecteur de carburant de se déplacer lorsqu’une pression de carburant est appliquée à l’ensemble d’injecteur de carburant lors du démarrage du moteur avec une faible pression de carburant. La pince réduit les vibrations et le bruit tout en scellant le système. Ces colliers doivent être remplacés avec les raccords recommandés du côté haute pression du système d’injection de carburant lors de l’entretien.
Le système offre le meilleur des deux mondes tout en évitant l’accumulation de carbone sur les soupapes d’admission. D’autres constructeurs, dont Audi et même Ford, adoptent le système de double injection Toyota D-4S. À mesure que les coûts des composants diminuent, recherchez ces types de systèmes sur encore plus d’applications de moteur.
