Recyclage des gaz d'échappement

Pierburg, une technique fiable pour la réduction des émissions nocives

Recyclage des gaz d'échappement : une méthode indispensable de réduction des émissions nocives

Le recyclage des gaz d'échappement (EGR) est une méthode fiable de réduction des émissions nocives, et pas seulement sur les moteurs à essence. En effet, pratiquement tous les moteurs diesel modernes doivent aujourd'hui en être équipés pour pouvoir respecter les prescriptions de plus en plus sévères en matière de gaz d'échappement. Seule la méthode de recyclage des gaz d'échappement avec refroidissement permettra d'atteindre des valeurs limites encore plus basses.

Pierburg a grandement contribué à l'état actuel de la technique. En tant que fournisseur de systèmes expérimenté, il est en mesure de proposer un système compact et efficient pour la réduction des émissions nocives des véhicules particuliers et utilitaires.

C'est à juste titre que Pierburg est l'équipementier de première monte de vannes et refroidisseurs EGR pour de nombreux véhicule modernes. Résistants à la corrosion et à la chaleur, les matériaux des produits Pierburg garantissent une longue durée de fonctionnement dans les conditions d'utilisation les plus difficiles, notamment avec des condensats de gaz d'échappement agressifs, des températures jusqu'à 700 °C et des pressions jusqu'à 3 bars.

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Composants du recyclage des gaz d'échappement

Lors du recyclage des gaz d'échappement, une certaine quantité de gaz d'échappement est à nouveau mélangée à l'air d'aspiration. Ainsi, moins d'oxygène entre dans le cylindre. Cela permet de réduire la température de combustion. Cela permet de réduire de jusqu'à 50 % la quantité d'oxydes d'azote présente dans les gaz d'échappement. En outre, les émissions de dioxyde de carbone et la consommation de carburant des moteurs à essence diminuent.

On distingue différentes positions de prélèvement des gaz d'échappement :

EGR INTERNE OU « INTÉRIEURE »

En raison de la superposition des soupapes, un reste de gaz d'échappement est présent dans la chambre de combustion ou est réaspiré dans le cylindre depuis le canal d'échappement.
La modification des temps de commande des soupapes d'admission et d'échappement se fait par des cames réglables.

EGR EXTERNE OU « EXTÉRIEURE »

Les gaz d'échappement sont prélevés à l'extérieur de la culasse, côté échappement, et ramenés au côté air frais au travers de conduites ou de canaux via une vanne externe.
Cela rend possible un refroidissement supplémentaire des gaz d'échappement par un refroidisseur optionnel avec ou sans clapet bypass.

Dans le cas de l'EGR extérieure, on fait la distinction entre :

EGR À HAUTE PRESSION

Les gaz d'échappement sont

prélevés directement derrière les cylindres, devant la turbine du turbocompresseur et
amenés au côté air frais derrière le papillon.

EGR À BASSE PRESSION

Les gaz d'échappement sont

prélevés après la turbine du turbocompresseur ou seulement après les systèmes de traitement secondaire des gaz d'échappement et
amenés avant le compresseur du turbocompresseur.

Un volet de gaz d'échappement assure la contrepression des gaz d'échappement nécessaire lorsque la différence de pression ne suffit pas pour les débits massiques EGR requis. En outre, les gaz d'échappement sont refroidis par un refroidisseur EGR basse pression spécial.

Recyclage des gaz d'échappement (représentation schématique)

01 Volet de gaz d'échappement
02 Vanne EGR basse pression
03 Refroidisseur EGR basse pression
04 Turbocompresseur (compresseur)
05 Turbocompresseur (turbine)
06 Filtre à particules
07 Refroidisseur d'air de suralimentation
08 Papillon / volet d'air
09 Vanne EGR haute pression
10 Refroidisseur EGR haute pression
11 Clapet bypass

bleu = Zone haute pression
vert = Zone basse pression

Refroidisseurs EGR

Bien que petit, le refroidisseur EGR est un composant crucial dans les véhicules. Un refroidisseur EGR est utilisé pour le refroidissement ciblé des gaz d'échappement recyclés et constitue, avec la vanne EGR, l'un des principaux éléments du système de recyclage des gaz d'échappement. Il est intégré au circuit d'eau de refroidissement du moteur et utilise l'eau de refroidissement pour abaisser la température des gaz d'échappement. Les refroidisseurs EGR de Pierburg sont fabriqués conformément aux normes OE et aux normes de gestion de la qualité dans le secteur automobile. Tous les composants principaux répondent aux exigences de qualité des produits d'assemblage initial.

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Vannes EGR

La vanne EGR est le composant central du recyclage des gaz d'échappement. C'est elle qui dose la quantité de gaz d'échappement recyclée. Les vannes EGR sont disponibles dans de nombreuses versions et types de construction : à commande électrique ou pneumatique, pour les applications essence ou diesel ou avec raccordement au circuit de refroidissement. Les vannes de recyclage électriques sont les plus utilisées aujourd'hui ; elles ne nécessitent pas de dépression ni d'électrovanne de commande. Les vannes EGR pour applications diesel possèdent des diamètres d'ouverture plus importants en raison de taux de refoulement supérieurs. Pour les moteurs à essence, les diamètres sont sensiblement inférieurs.

Recyclage des gaz d'échappement avec refroidissement pour des émissions de polluants encore moindres

En tant que spécialiste de longue date de la réduction des émissions nocives, Pierburg est un fournisseur compétent de systèmes d'origine pour le recyclage des gaz d'échappement avec refroidissement. Motorservice met aujourd'hui cette technologie à la disposition du marché de la rechange.

La sévérité croissante des normes d'émission impose une amélioration permanente des méthodes de réduction des émissions nocives. Sur les moteurs diesel, il s'agit en particulier de réduire encore davantage les oxydes d'azote (NOx). C'est là qu'intervient le recyclage des gaz d'échappement avec refroidissement : il permet d'abaisser les températures régnant à l'intérieur de la chambre de combustion et de réduire ainsi la formation d'oxydes d'azote.

Fort de sa longue expérience du développement et de la production de systèmes EGR, Pierburg a mis au point une série de modules refroidisseurs EGR qui permettent un refroidissement ciblé des gaz d'échappement. Il s'agit d'une technique sophistiquée dans un espace très réduit.

Quelles sont les particularités des refroidisseurs EGR de Pierburg ?

La forme des lamelles développée par Pierburg réduit le risque d'encrassement du refroidisseur.
le revêtement spécial à l'intérieur du refroidisseur EGR afin d'empêcher les dépôts de suie
l’intégration croissante : modules refroidisseurs EGR compacts en aluminium avec
une vanne EGR intégrée, un clapet bypass et d'autres composants tels que des
radiateurs d'huile et des filtres à huile

CLAPETS BYPASS DANS LE REFROIDISSEUR EGR

De nombreux refroidisseurs EGR sont dotés aujourd'hui d'un clapet bypass à commande électrique ou pneumatique. Ainsi, durant la phase d'échauffement, les gaz d'échappement peuvent contourner le refroidisseur EGR afin que le moteur et le catalyseur atteignent rapidement la température de service. Ceci se traduit également par une réduction des bruits, à savoir du « cognement » typique des moteurs diesel, ainsi que des émissions brutes de carbures d'hydrogène durant la phase d'échauffement. Un bypass est également possible dans le cas où des températures élevées des gaz d'échappement sont nécessaires pour assurer, par exemple, la régénération des filtres à particules diesel.

Pourquoi est-il nécessaire de refroidir le système de recyclage des gaz d'échappement ?

Les gaz d'échappement refroidis réduisent la température de combustion maximale. Ceci réduit significativement la quantité d'oxyde d'azote produite. De plus, les gaz refroidis sont plus denses que les gaz chauds. Par conséquent, pour le même taux de compression, une masse plus importante est traitée en un remplissage de cylindre. La combustion appauvrie qui en résulte a un effet positif sur la consommation et les émissions de particules. Les refroidisseurs EGR sont utilisés pour un refroidissement ciblé des gaz d'échappement recyclés.

Recyclage des gaz d'échappement refroidis : récapitulatif des avant

Température de combustion maximale réduite

Jusqu'à 50 % d'oxydes d'azote en moins

Émissions de particules réduites

Consommation réduite

Recyclage des gaz d'échappement à haute pression / à basse pression

Quelle est la différence ?

Des mesures techniques permettent de réduire continuellement les émissions brutes des moteurs. Cependant, à chaque nouveau renforcement des valeurs limites d'émission, les technologies des mesures externes au moteur doivent elles aussi être constamment améliorées.

Le recyclage des gaz d'échappement est une méthode de réduction des émissions nocives qui a fait ses preuves. Avec l'EGR à haute pression classique, les gaz d'échappement sont prélevés directement derrière le cylindre et à nouveau mélangés à l'air d'aspiration. Pour respecter les valeurs limites à partir d'euro 6 / Tier 2, un système EGR à basse pression est également nécessaire. Les gaz d'échappement sont alors prélevés côté basse pression en aval du filtre à particules et de nouveau injectés en amont du compresseur du turbocompresseur. La contrepression des gaz d'échappement nécessaire est assurée par un volet de gaz d'échappement.

Mais quelle est la différence ? Le tableau ci-dessous présente un bref aperçu.

	EGR à haute pression	EGR à basse pression
Pression d'entrée dans le système EGR	élevée (jusqu'à env. 3,5 bars)	basse (jusqu'à env. 1,3 bar)
Température d'entrée dans le système EGR	très élevée (jusqu'à env. 950 °C)	élevée (jusqu'à env. 800 °C)
Différence de pression Δp par le système EGR	élevée (jusqu'à env. 1,5 bar)	basse (jusqu'à env. 0,3 bar)
Variations de pression cycliques	fortes	faibles
Composition des gaz d'échappement	prélèvement avant le traitement secondaire des gaz d'échappement	prélèvement après le traitement secondaire des gaz d'échappement

L'egr à basse pression

L'EGR à basse pression représente l'état actuel de la technique pour les moteurs diesel.
Les avantages de l'EGR à basse pression en plus de l'EGR à haute pression sont les suivants :

puissance ou rendement supérieur à la turbine
plus grande cartographie EGR
mélange plus homogène des gaz d'échappement avec l'air frais par le compresseur
d'où une baisse des émissions de NOx et de particules
meilleur refroidissement EGR (par refroidisseur EGR et refroidisseur d'air de suralimentation)

Les inconvénients par rapport à l'EGR à haute pression sont les suivants :

parcours plus longs et composants supplémentaires
risque possible d'encrassement ou de détérioration du compresseur du turbocompresseur, par ex. par impact de gouttes

Les vannes EGR basse pression de Pierburg se composent pour la plupart d'un clapet (« butterfly ») disposé au centre d'un boîtier en aluminium moulé sous pression. L'actuateur intégré se compose généralement d'un moteur à courant continu et d'un engrenage droit à deux étages. Les vannes basse pression ont été conçues en utilisant des groupes de produit composés de corps papillon et de lignes de vannes EGR, qui sont déjà montés en série depuis des années et qui ont fait leurs preuves.

La vanne combinée EGR basse pression remplit en même temps les fonctions de la vanne EGR basse pression et d'un clapet d'air d'aspiration. L'étranglement produit une chute de la pression vers le côté aspiration. De ce fait, les gaz d'échappement arrivent de manière régulée dans la zone qui précède le compresseur. En tant que composant combiné, la vanne combinée basse pression est non seulement plus économique, mais elle se distingue également par son faible poids.

REMARQUE

Les dommages typiques dans le cas de l'EGR à basse pression sont les suivants :

fuite des conduites de gaz d'échappement ou de la conduite de liquide de refroidissement
fuite dans ou sur le refroidisseur EGR
fuite, ouverture ou absence de fermeture de la vanne EGR basse pression
commande électrique du servomoteur défectueuse