Recherche
Système de refroidissement des gaz d’échappement recirculés appliqué aux moteurs à essence.
La fonction première des refroidisseurs des gaz d’échappement recirculés est de réduire la formation des oxydes d’azote dans les moteurs diesel. Récemment, le système de refroidissement des gaz d’échappement recirculés a été appliqué aux moteurs à essence afin d’améliorer l’économie de carburant en permettant des taux de compression plus élevés.
Le système de recyclage des gaz d’échappement accroit encore ses performances dynamiques et thermiques, un domaine où Valeo est un des leaders européens.
Les raisons du succès du moteur diesel en Europe sont incontestables : une faible consommation et des émissions de CO2 réduites. L’augmentation de sa part de marché a aussi été possible grâce à une maîtrise de ses émissions polluantes par une combustion optimale et des dispositifs de post-traitement : l’oxyde de carbone (CO) et les imbrûlés (HC) sont réduits par un pot catalytique et les particules traitées dans un filtre auto-régénérant. Les oxydes d’azote (NOx) sont quant à eux réduits par le système de recyclage des gaz d’échappement EGR (Exhaust Gas Recirculation).
Le système EGR prélève une partie des gaz d’échappement en sortie de culasse et les réintroduit à l’admission. Son avantage est qu’il ne réduit pas les NOx par post-traitement des gaz mais à la source, par la limitation de leur formation lors de la combustion. Il permet donc une combustion plus propre.
Le recyclage des gaz n’est réalisé que lors de conditions bien précises d’utilisation, à savoir au ralenti et sous faible charge. Une vanne électrique permet donc d’ouvrir totalement ou en partie le circuit de ré-aspiration selon les phases d’utilisation du moteur. La vanne est actionnée par un puissant moteur électrique qui garantit une ouverture sûre malgré les contraintes élevées liées à la température, à la pression d’échappement, aux condensats et à l’environnement très corrosif. Elle offre un débit maximal particulièrement élevé et le contrôle de son ouverture assure une grande précision du taux de recyclage. Le système fonctionne de concert avec un papillon motorisé à l’admission réduisant la masse d’air admise. Un échangeur de chaleur entre les gaz recyclés et le circuit de refroidissement du moteur complète le dispositif. Il permet d’abaisser la température de combustion, ce qui accroit la réduction de la formation des NOx.
Valeo est un leader en fourniture de dispositif EGR en Europe. Il bénéficie de l’expertise des Branches Systèmes de Contrôle Moteur et Thermique Moteur qui lui permettent de réunir les compétences nécessaires à la recherche et au développement de la fonction du recyclage des gaz d’échappement.
Des systèmes EGR pour moteur essence sont également proposés pour la réduction des émissions de CO2.
La nouvelle vanne électrique EGR est composée d’un moteur électrique, d’un engrenage réducteur, d’un système à cames, d’une soupape et d’un capteur de position. La puissance élevée du moteur électrique à courant continu permet un temps de réaction rapide : 75 et 100 millisecondes seulement sont nécessaires respectivement pour sa fermeture et son ouverture totale. Une de ses particularités remarquables est son principe de commande par un dispositif à cames progressives transformant le mouvement rotatif du moteur en une descente contrôlée de la soupape. Grâce à celles-ci, il est possible d’introduire plusieurs priorités en fonction de la course de la soupape. Lors de l’ouverture, il est important d’assurer qu’elle puisse avoir lieu avec la plus grande fiabilité. L’environnement corrosif peut en effet bloquer la soupape par dépôts de suie ou de résidus de combustion d’huile. Le rapport rotation/course de la came privilégie alors la force de poussée grâce à une forte démultiplication du mouvement. Une fois l’ouverture assurée, la seconde priorité est la vitesse de déplacement de la soupape. La pente de came est alors progressivement accentuée. Les avantages de la came sont aussi appliqués lors de la fermeture de la soupape où vitesse d’exécution et fermeture certaine sont garanties. Il faut noter que la liaison entre cames et soupape est réalisée par deux roulements qui annulent tout frottement et risque de grippage.
La soupape est de type à ouverture vers l’extérieur, un choix technique de Valeo assurant une meilleure sécurité de fonctionnement car la pression des gaz d’échappement, élevée en raison de la présence du turbocompresseur, exerce une force tendant à la fermer. La section de passage, l’aérodynamisme de la tête de soupape et l’étroit diamètre de sa tige permettent une très faible perte de charge dans le circuit de ré-aspiration des gaz, une caractéristique importante lors du ralenti et des très faibles charges. Un capteur à effet Hall donne une mesure précise de la position de la soupape. Cet élément n’est pas anodin car un taux précis de recyclage réduit les tolérances de débit et permet au moteur de répondre plus facilement à la norme Euro IV, et de façon plus déterminante, à la norme Euro V.
La capacité de refroidissement des gaz d’échappement est aussi un paramètre majeur de réduction des NOx. Valeo est parvenu à améliorer encore la capacité d’échange thermique avec le liquide de refroidissement. D’un circuit torsadé pour l’Euro IV, l’échangeur est passé à des tubes torsadés plats de plus grande section en vue de l’application des normes Euro V. La surface d’échange est ainsi plus grande, ce qui procure une efficacité thermique atteignant 85% conjointement à une réduction de la perte de charge des gaz d’échappement. Un circuit d’échange en U améliore aussi la compacité de la pièce. Un volet à pilotage pneumatique permet au gaz de court-circuiter le refroidisseur. Cette fonction, indispensable avec la norme Euro V, est notamment utile après un départ à froid, car dans ce cas la chambre de combustion doit monter en température rapidement pour minimiser les émissions toxiques.
Les oxydes d’azote sont produits en grande quantité lors de la combustion à haute température sous excès d’air. Il convient donc de réduire ces deux paramètres. La réintroduction d’une partie des gaz d’échappement à l’admission réduit la masse d’air admise et, par là, la quantité d’oxygène et d’azote disponibles pour la combustion. Une fermeture partielle du circuit d’admission limite aussi la masse d’air admise. De plus, la plus faible quantité d’oxygène contribue à un abaissement de la température de combustion. L’échangeur de chaleur, réfrigéré par le liquide de refroidissement du moteur, diminue la température des gaz d’échappement recirculés. C’est un autre facteur de réduction de la température de combustion. Ce refroidissement pourra par ailleurs être accru avec l’introduction du concept UltimateCooling™ capable de fournir une température plus basse du liquide de refroidissement là où c’est utile.
Le recyclage des gaz d’échappement s’effectue sous certaines conditions : lorsque le moteur tourne au ralenti et en charge partielle, car dans ces cas la combustion se déroule sous un important excès d’air.
© Copyright Valeo Management Services 2008
