L’ingénierie des nouvelles voitures diesel permet d’obtenir des émissions « quasi-nulles »

Les experts en technologie et en ingénierie ont récemment présenté des technologies qui permettent aux voitures diesel d’atteindre des niveaux d’émission « quasi-nuls ».

En mai dernier, le 40e Symposium automobile international de Vienne a réuni des sociétés d’ingénierie, la chaîne logistique automobile ainsi que des fabricants de véhicules pour qu’ils présentent leurs avancées technologiques dans les moteurs de poids lourds, voitures et fourgonnettes. Au cours de cet événement, les participants ont pu découvrir des options de moteurs hybrides, de piles à combustible et de futurs carburants alternatifs, ainsi que des développements importants pour les moteurs essence et diesel.

Plus important encore, l’événement a présenté la façon dont l’industrie a développé des technologies avancées, puissantes et robustes de contrôle des émissions pour les moteurs diesel, dans le but d’atteindre des émissions encore plus faibles dans toutes les conditions d’utilisation. Alors que la Commission européenne commence à examiner l’étape suivante des normes d’émissions des véhicules, plusieurs équipes de recherche ont adopté des approches différentes pour résoudre le problème.

Afin de démontrer que les conditions limites spécifiées dans la législation actuelle sur les émissions de conduite réelle (Real-Driving Emissions, RDE) couvrent presque toutes les conditions et les styles de conduite prévisibles, il est important de comprendre la manière dont les personnes conduisent. C’est ce qu’a fait Bosch, l’un des plus grands fournisseurs de technologie automobile au monde. Par conséquent, il a adopté une approche système complète, en cherchant notamment à améliorer et à élargir les contrôles d’oxydes d’azote (NOx), ainsi qu’au niveau de l’étalonnage et du contrôle de la température pour la fonctionnalité de Réduction catalytique sélective (RCS). Bien que cela ait élargi les conditions dans lesquelles le système de contrôle des émissions fonctionne pleinement dans une voiture de démonstration, ils ont également pu y parvenir uniquement à des « coûts supplémentaires modérés ».

Dans certaines des conditions de test les plus difficiles, la voiture a facilement atteint la limite d’émissions actuelle de 80 mg/km. En conduite urbaine lente autour de Stuttgart, les émissions de NOx ont même atteint 12 mg/km, près de ce que l’entreprise qualifie d’« impact quasi-nul sur la qualité de l’air ». Sur la base de ces résultats prometteurs, qui s’appuient sur son travail initial présenté en 2018, Bosch a conclu que le diesel pouvait potentiellement respecter les limites d’émissions futures, ce qui pourrait ramener la qualité de l’air urbain à des niveaux autorisés.

L’entreprise d’ingénierie automobile FEV a configuré un système de post-traitement des gaz d’échappement placé devant le turbocompresseur. Cela a entraîné des températures et des pressions plus élevées dans le système, ce qui rend possible l’utilisation de plus petits catalyseurs de réduction des émissions. Le système a été complété par une batterie légère hybride 48 V (lire le cadre ci-dessous pour en savoir plus) dans un environnement de laboratoire, ce qui a réduit les émissions de CO2 de 19 %.

Différentes combinaisons de dispositions post-traitement ont été évaluées sur des cycles de test simulés pour répliquer la conduite urbaine, l’autoroute et la conduite rurale. Dans la plupart des cas, les émissions de NOx étaient inférieures à la moitié des limites Euro 6 actuelles. Le travail de développement se poursuit pour réduire les émissions de NOx au niveau du tuyau d’échappement dans des scénarios « extrêmes » de conduite en ville et sur l’autoroute, même si elles se situaient déjà largement dans les limites existantes.

L’événement à Vienne a également été l’occasion pour l’Association for Emission Control by Catalyst (AECC), l’International Platinum Group Metals Association (IPA) et la société d’ingénierie IAV de présenter les résultats de leur programme qui a obtenu des émissions diesel « ultra-faibles ». À l’instar de Bosch, cette collaboration a mené une série de tests de conduite dans des conditions réelles avec une voiture de démonstration modifiée (voir image ci-dessous), un modèle « hybride léger » 2016. La voiture a très bien fonctionné dans des conditions où les émissions de NOx sont généralement plus élevées, comme dans la ville de Berlin, sur l’autoroute allemande avec des limites de vitesse jusqu’à 160 km/h et dans des conditions vallonnées difficiles.

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La voiture de démonstration utilisée dans le programme AECC/IAV/IPA a atteint des émissions de NOx ultra faibles

Désireux de tirer le meilleur parti de l’ensemble du système, AECC a utilisé une approche modulaire (voir schéma ci-dessous) lors de la conception de son système post-traitement. La première section de la technologie post-traitement dans l’échappement a transformé le NOx en azote inoffensif en conduite de ville lente, dans laquelle les températures du moteur et de l’échappement sont relativement faibles. La deuxième section a permis de réduire les émissions à des températures plus élevées, y compris celles générées lors de la conduite rapide sur l’autoroute.

Ce schéma montre les sections ou modules du système post-traitement qui fonctionnent ensemble pour réduire les émissions dans différentes conditions de conduite

Cela a été rendu possible en améliorant la fonctionnalité du catalyseur et le contrôle du moteur grâce à l’étalonnage, avec le système hybride léger 48 volts permettant de contrôler rigoureusement les températures d’échappement. Cette combinaison de technologies a régulièrement ramené les émissions à un niveau inférieur à la moitié de la limite actuelle des émissions de NOx, et souvent à un niveau proche de zéro.

La vidéo ci-dessous montre à quel point les émissions sont faibles, grâce à cette combinaison intelligente de composants et de technologies existants. La voiture de démonstration réduit les émissions à chaque étape du système de contrôle des émissions jusqu’au tuyau d’échappement.

L’analyse en temps réel montre comment l’oxyde d’azote est réduit à des niveaux quasi-nuls à chaque étape du système de contrôle des émissions.

Le travail d’AECC/IAV a démontré que les émissions d’oxyde d’azote provenant de leur véhicule de démonstration (ligne verte) peuvent être constamment réduites sur un large éventail de conditions de conduite.

Les trois programmes de recherche de Bosch, de FEV et de l’AECC/IPA/IAV ont montré qu’il était réaliste de s’attendre à ce que des améliorations supplémentaires des émissions des véhicules diesel modernes aient lieu au-delà de ce que nous savons et arrivent sur nos routes au cours des années à venir.

Les émissions « proches de zéro » deviennent une réalité, rendant les voitures diesel à l’épreuve de l’avenir et une partie essentielle de la composition du parc automobile pour la prochaine décennie et au-delà. Les détails de tous les programmes techniques et des publications scientifiques de l’AECC sont disponibles ici.

En savoir plus sur la technologie légère hybride 48 Volts
AECC/IPA/IAV et VEMS ont utilisé la Technologie hybride légère 48 volts pour améliorer les performances de leurs systèmes respectifs. Pour le premier, les températures pouvaient être contrôlées et chaque catalyseur pouvait fonctionner dans des conditions optimales. Quant au second, il a permis d’utiliser un turbocompresseur électrique, compensant la perte de pression due à la mise en place du système d’échappement post-traitement. Pour les constructeurs automobiles, les systèmes 48V sont un moyen relativement rentable d’améliorer l’efficacité. À la différence des systèmes hybrides complets plus onéreux, dans lesquels la batterie prend la relève du moteur à combustion interne pour alimenter le véhicule, aussi bien pour l’essence que le diesel, une unité hybride légère est utilisée pour aider le moteur en prenant en charge divers composants électriques sur le véhicule. Les systèmes stop-start permettent de réduire les émissions dans les centres-villes et de récupérer de l’énergie lors du freinage. On estime que 16 % des nouvelles voitures diesel et 32 % des voitures essence en Europe seront équipées d’une unité hybride légère 48 V d’ici 2026.

Source: Continental AG