Présentation

Cette séance présente un résumé des procédés de réduction des émissions de polluants des moteurs alternatifs à combustion interne.

Elle est complétée par deux autres séances (S35 et S36), la première traitant des principales caractéristiques technologiques de ces moteurs, notamment sur le plan mécanique et conceptuel, et la seconde abordant plus particulièrement l’étude de leurs performances ainsi que les principes de la suralimentation.

Toutefois, les indications que nous donnons dans ce module de formation à distance ne pouvant être que très sommaires, nous vous recommandons de lire attentivement le chapitre 3 du manuel, et de vous cultiver plus largement sur les aspects technologiques de ces machines, notamment en vous reportant à deux articles des Techniques de l’Ingénieur qui traitent de manière approfondie de ce sujet :

• Pollution atmosphérique, Réduction des émissions dues au moteur, article B2 710, par Paul DEGOBERT
• Moteur à allumage commandé, article BM2 540, par Jean TRAPY

Avec l’aimable autorisation de la Direction des Techniques de l’Ingénieur, cette séance a été illustrée à partir d’extraits de leur collection, et en particulier de ces deux articles.

• manuel : réduction des émissions de polluants dans les MACI (pdf, 526 Ko)
• techniques de l’ingénieur

Réduction des émissions de polluants

• combustion imparfaite ⇒ pollution des moteurs automobiles
• moteurs à essence
• monoxyde de carbone CO (environ 1%)
• hydrocarbures imbrûlés HC (0,1 à 0,3%)
• oxydes d’azote NOx (0,1 à 0,3%)
• moteurs diesel : particules (suies)

Réduction des émissions de polluants

Formation des imbrûlés

Réduction des émissions de polluants

• limiter la formation de la pollution :

  • depuis le début des années 1970, réduction d’environ 60 % du volume des émissions spécifiques (économies d’énergie et optimisation de la combustion), mais limites du fait de la dissociation

• détruire la pollution avant rejet à l’atmosphère :

  • pot catalytique (système d’épuration catalysé par des métaux précieux : platine, palladium, rhodium qui, placé sur la ligne d’échappement, détruit la quasi-totalité des polluants)

Évolution des systèmes de carburation

• essais réalisés sur les moteurs à essence

  • P max en léger défaut d’air (R ≈ 1,15, ou λ ≈ 0,85)
  • η max en léger excédent d’air (R ≈ 0,8 ou λ ≈ 1,2)
  • meilleur ralenti pour stœchiométrie (R = λ = 1)
  • bonnes reprises en défaut d’air (R ≈ 1, 25 ou λ ≈ 0,8)
• pas de valeur optimale de R ou λ qui permette de satisfaire à toutes les exigences
• évolution nette en faveur des systèmes d’injection dans les tubulures d’admission :

injection électronique

• dosage très précis du carburant en fonction de l’état de charge et du régime du moteur
• meilleur contrôle des émissions de polluants

injection électronique

• injection à proximité immédiate des soupapes : peu de risques de condensation de carburant sur les tubulures d’admission, et bonne répartition du mélange

injection électronique

• suppression du carburateur ⇒ optimisation des écoulements de l’air dans les collecteurs d’admission (meilleur Cr)
• résolution des difficultés de carburation (reprises, démarrage à froid, tenue du ralenti)
• systèmes de dépollution les plus performants (pots catalytiques multifonctionnels “trois voies”) demandent que λ soit maintenu dans une plage très étroite autour de l’unité, ce que seuls les systèmes d’injection sont capables d’assurer

Catalyse trois voies

Catalyse trois voies

Doc. Cahiers techniques Bosch

Sonde lambda

• injection pilotée par un capteur (sonde dite Lambda par référence au facteur d’air) qui dose en permanence la teneur en oxygène des gaz d’échappement

Sonde lambda

• sonde constituée d’un corps en matériau électrolytique solide ZrO₂ (céramique poreuse, permettant la diffusion de l’oxygène)

Catalyse trois voies

Recirculation des gaz d’échappement