Système de traitement des gaz d'échappement des véhicules diesel
Les gaz d'échappement diesel sont les gaz d'échappement émis par le moteur diesel après la combustion. Ils contiennent des centaines de composés différents. Ces émissions de gaz dégagent non seulement une odeur étrange, mais provoquent également des étourdissements et des nausées, et nuisent à la santé. Selon les experts de l'Organisation mondiale de la santé, les gaz d'échappement des moteurs diesel sont hautement cancérigènes et classés comme cancérogènes de classe A. Ces polluants comprennent principalement les oxydes d'azote (NOx), les hydrocarbures (HC), le monoxyde de carbone (CO) et les particules fines, qui sont principalement rejetés au niveau du sol. Ces polluants pénètrent dans les voies respiratoires par le nez et la bouche, causant des dommages à la santé humaine.
Les principales émissions des moteurs diesel sont les particules fines (PM) et les NOx, tandis que les émissions de CO et d'hydrocarbures sont plus faibles. La maîtrise des émissions des moteurs diesel consiste principalement à limiter la production de particules fines (PM) et de NOx, et à réduire les émissions directes de PM et de NOx. Actuellement, pour résoudre le problème des émissions des véhicules diesel, la plupart des solutions techniques utilisent les systèmes EGR, DOC, FAP, SCR et ASC.
EGR
EGR est l'abréviation de « recirculation des gaz d'échappement ». La recirculation des gaz d'échappement consiste à renvoyer une partie des gaz d'échappement du moteur vers le collecteur d'admission, puis à les réintroduire dans le cylindre avec un mélange frais. Comme les gaz d'échappement contiennent une grande quantité de gaz polyatomiques comme le CO₂, et que le CO₂ et d'autres gaz ne peuvent pas être brûlés, mais absorbent une grande quantité de chaleur grâce à leur capacité thermique massique élevée, la température maximale de combustion du mélange dans le cylindre est réduite, ce qui diminue la quantité de NOx générée.
DOC
Le nom complet du DOC, le catalyseur d'oxydation diesel, est la première étape de l'ensemble du processus de post-traitement, généralement la première étape du tuyau d'échappement à trois étages, généralement avec des métaux précieux ou des céramiques comme support de catalyseur.
La fonction principale du DOC est d'oxyder le CO et les HC des gaz d'échappement, les convertissant en CO₂ et H₂O non toxiques et inoffensifs. Il peut également absorber les composés organiques solubles et certaines particules de carbone, et réduire certaines émissions de particules. Le NO est oxydé en NO₂ (NO₂ étant également le gaz source de la réaction inférieure). Il est à noter que le choix du catalyseur est étroitement lié à la température des gaz d'échappement diesel : en dessous de 150 °C, le catalyseur est pratiquement inopérant. Avec l'augmentation de la température, l'efficacité de conversion des principaux composants des particules d'échappement augmente progressivement. Au-delà de 350 °C, en raison de la production importante de sulfate, les émissions de particules augmentent et le sulfate recouvre la surface du catalyseur, réduisant ainsi son activité et son efficacité de conversion. capteurs de température pour surveiller la température d'admission du DOC, lorsque la température d'admission du DOC est supérieure à 250 ° C, les hydrocarbures s'enflamment normalement, c'est-à-dire une réaction d'oxydation suffisante.
FAP
Le FAP (Filtre à Particules Diesel) est la deuxième étape du processus de post-traitement et la deuxième section du tuyau d'échappement à trois étages. Sa fonction principale est de capturer les particules fines, et sa capacité à les réduire est d'environ 90 %.
Le filtre à particules peut réduire efficacement les émissions de particules. Il capture d'abord les particules présentes dans les gaz d'échappement. Au fil du temps, de plus en plus de particules se déposent dans le FAP, et la différence de pression augmente progressivement.capteur de pression différentielleIl est possible de le surveiller. Lorsque la différence de pression dépasse un certain seuil, la régénération du FAP est déclenchée afin d'éliminer les particules accumulées. La régénération des filtres se caractérise par l'accumulation progressive de particules dans le filtre lors d'un fonctionnement prolongé, ce qui peut entraîner une augmentation de la contre-pression du moteur et une baisse de ses performances. Il est donc nécessaire d'éliminer régulièrement les particules déposées et de restaurer les performances de filtration du filtre.
Lorsque la température dans le piège à particules atteint 550 °C et que la concentration en oxygène est supérieure à 5 %, les particules déposées s'oxydent et brûlent. Si la température est inférieure à 550 °C, un excès de sédiments obstruera le piège.capteur de températureSurveille la température d'admission du FAP. Lorsque la température ne répond pas aux exigences, le signal est renvoyé. À ce moment, des sources d'énergie externes (comme des radiateurs électriques, des brûleurs ou des modifications des conditions de fonctionnement du moteur) doivent être utilisées pour augmenter la température à l'intérieur du FAP et provoquer l'oxydation et la combustion des particules.
SCR
SCR (Sélective Catalytic Reduction), abréviation de « système de réduction catalytique sélective », est également la dernière section du pot d'échappement. Il utilise l'urée comme agent réducteur et un catalyseur pour réagir chimiquement avec les NOx afin de les convertir en N₂ et H₂O.
Le système SCR utilise un système d'injection assisté par air comprimé. La pompe d'alimentation en solution d'urée est dotée d'un dispositif de commande intégré qui contrôle le fonctionnement de la pompe interne d'alimentation en solution d'urée et de l'électrovanne d'air comprimé selon les procédures établies. Le contrôleur d'injection (DCU) communique avec l'ECU moteur via le bus CAN pour obtenir les paramètres de fonctionnement du moteur, puis fournit le signal de température du convertisseur catalytique en fonction de la température.capteur de haute températureCalcule la quantité d'urée injectée et commande la pompe d'alimentation en solution d'urée pour injecter la quantité appropriée via le bus CAN. À l'intérieur du tuyau d'échappement. L'air comprimé a pour fonction de transporter l'urée mesurée jusqu'à la buse, afin qu'elle soit entièrement atomisée après sa pulvérisation.
ASC
Le catalyseur de glissement d'ammoniac ASC (Ammonia Slip Catalyst) est l'abréviation de « catalyseur de glissement d'ammoniac ». En raison des fuites d'urée et du faible rendement de la réaction, l'ammoniac produit par la décomposition de l'urée peut être rejeté directement dans l'atmosphère sans participer à la réaction. L'installation de dispositifs ASC est donc nécessaire pour empêcher toute fuite d'ammoniac.
L'ASC est généralement installé à l'arrière du SCR et utilise un revêtement catalytique tel que des métaux précieux sur la paroi interne du support pour catalyser la réaction REDOX, qui fait réagir le NH3 en N2 inoffensif.
Capteur de température
Utilisé pour mesurer la température des gaz d'échappement à différents emplacements du catalyseur, notamment la température d'admission du DOC (généralement appelée température T4), du DPF (généralement appelée température T5), du SCR (généralement appelée température T6) et la température du pot d'échappement du catalyseur (généralement appelée température T7). Le signal correspondant est transmis simultanément au calculateur, qui exécute la stratégie de régénération et d'injection d'urée correspondante en fonction des données du capteur. Sa tension d'alimentation est de 5 V et la plage de mesure de température est comprise entre -40 °C et 900 °C.
Capteur de pression différentielle
Il permet de détecter la contre-pression d'échappement entre l'entrée et la sortie d'air du filtre à particules diesel (FAP) du convertisseur catalytique et de transmettre le signal correspondant au calculateur pour le contrôle du fonctionnement du FAP et la surveillance OBD. Sa tension d'alimentation est de 5 V et sa température ambiante de fonctionnement est comprise entre -40 et 130 °C.
Les capteurs jouent un rôle essentiel dans les systèmes de traitement des gaz d'échappement des véhicules diesel. Ils contribuent à surveiller et à contrôler les émissions afin de respecter les réglementations environnementales et d'améliorer la qualité de l'air. Ils fournissent des données sur la température, la pression, les niveaux d'oxygène et les oxydes d'azote (NOx) des gaz d'échappement, que le calculateur moteur (ECU) utilise pour optimiser la combustion, améliorer le rendement énergétique et prolonger la durée de vie des composants du système de traitement des gaz d'échappement.
Alors que l’industrie automobile continue de se concentrer sur la réduction des émissions et l’amélioration de la qualité de l’air, le développement et l’intégration de capteurs avancés sont essentiels pour atteindre ces objectifs.