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Définition et implications du concept de voiture propre

 

1. La désulfuration du carburant

La présence de soufre dans le carburant conduit à émettre de l'oxyde de soufre (SO2) et des sulfates (une partie des particules) qui ont l'inconvénient d'encrasser les pièges à Nox.

La réglementation nationale, puis européenne, imposent depuis de nombreuses années une réduction progressive de la teneur en soufre des carburants et plus particulièrement du gazole.

Le passage à 10 ppm (particules par million) de soufre dans tous les carburants au 1er janvier 2009 est obligatoire. Les normes sont aujourd'hui de 50 ppm pour l'essence comme pour le gazole.

La désulfuration est opérée par hydrosulfuration du carburant, c'est-à-dire qu'ils sont transformés sous l'action d'hydrogène chaud (350°C) sous pression (50 à 100 bars) en hydrocarbures et en hydrogène sulfuré. Cette opération a l'inconvénient de faire baisser l'indice d'octane, ce qu'il faut ensuite compenser. Ce complément peut notamment être apporté par de l'ETBE fabriqué à partir d'éthanol.

2. De nouveaux modes de combustion

Le coût et la difficulté de mise au point des systèmes de post-traitement conduisent à envisager de nouveaux modes de combustion permettant de réduire en même temps dans le moteur les particules et les Nox.

Trois procédés seront ici évoqués : le NADI de l'IFP, le HCCI et le CAI. Les deux premiers ont trait au moteur diesel.

· Le procédé diesel NADI-IFP

Ce procédé, dit « Narrow angle direct injection », exploite un système de combustion constitué d'un injecteur dont l'angle du cône d'injection est très fermé (60° contre 150°) et une chambre de combustion adaptée. Il permet d'injecter le carburant très tôt dans le cylindre pour augmenter le temps consacré à l'homogénéisation du mélange air-carburant avant que l'auto-inflammation ne se produise (les moteurs diesel fonctionnent en effet par auto inflammation du mélange air-carburant). S'y ajoutent un taux de compression variable et un recyclage des gaz brûlés pour optimiser la combustion. Ce procédé permet de réduire les émissions de NOx dans un rapport de 20 à 100 et les émissions de particules dans un rapport de 5 à 10. Les inconvénients sont l'augmentation du bruit et des émissions de CO et de HC. Ils peuvent être éliminés par des injections multiples et un catalyseur d'oxydation.

· Le diesel HCCI

La combustion homogène HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) consiste à la fois à réduire la consommation et à réduire les polluants, notamment les NOx. Le défi consiste à contrôler le temps d'auto-allumage, la vitesse et la température pour optimiser le mélange et la combustion. Elle conduira à une évolution de la formulation des gazoles. Elle pourrait aboutir vers 2010.

Les photos ci-dessous représentant à gauche une combustion classique et à droite une combustion HCCI permettent d'illustrer le propos. La combustion classique est plus rapide et à plus forte température mais imparfaite, produisant des suies (flammes jaunes), tandis que la HCCI est mieux contrôlée, avec un mélange pauvre, à plus faible température et produit très peu de suies (flammes bleues).

Combustion Traditionnelle

Combustion Homogène

Conditions expérimentales : 1500 tr/min - PMI = 3 bar

Le potentiel de réduction des Nox est très important, de l'ordre de 100 à 1.

· La combustion essence CAI

La combustion de type CAI (Controlled Auto Ignition) a pour objectif d'allumer le mélange par auto-inflammation et non plus grâce à une bougie. Elle est provoquée par la rétention dans le cylindre de gaz chauds issus de la combustion lors du cycle précédent. Il permet de mieux maîtriser la combustion et de la rendre plus homogène (photos ci-dessous).

Ce mode de combustion pourrait être combiné selon les phases du moteur avec des combustions classiques.

357°

357.5°

358°

358.5°

359°

359.5°

360°

360.5°

361°

361.5°

362°

362.5°

363°

363.5°

364°

364.5°

Expansion rapide de la combustion

Fin de combustion en "paquets"

Combustion

en masse

Auto inflammation