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Il existe trois strat茅gies principales qui peuvent 锚tre utilis茅es pour r茅duire les 茅missions des moteurs diesel. Tout d'abord, il existe la possibilit茅 de choisir l'un des carburants 脿 faible teneur en carbone qui arrivent actuellement sur le march茅. De l'huile v茅g茅tale hydrotrait茅e (HVO) au biodiesel, ces carburants ne r茅duisent pas r茅ellement les 茅missions de gaz d'茅chappement, mais permettent de r茅duire les 茅missions de CO2 en raison de la proportion de carbone 茅limin茅e de l'atmosph猫re lors de la culture de la biomasse, qui devient finalement le produit fini du carburant.

La deuxi猫me option consiste 脿 moderniser les syst猫mes de post-traitement des 茅missions (EATS). De l'injection d'ur茅e/liquide d'茅chappement diesel (largement commercialis茅 sous le nom d'AdBlue), qui d茅compose les 茅missions nocives en azote et en eau, aux syst猫mes de capture des particules/combustion r茅g茅n茅rative, les 茅quipements aux performances am茅lior茅es peuvent r茅duire le rendement total des 茅missions, contribuant ainsi 脿 la conformit茅 aux r茅glementations strictes.

Troisi猫mement, des changements ont 茅t茅 apport茅s au moteur lui-m锚me. De l鈥櫭﹍ectrification des composants, qui r茅duit la charge du moteur et la consommation de carburant, 脿 de meilleures strat茅gies d鈥檌njection de carburant et 脿 des syst猫mes de gestion du moteur am茅lior茅s, ces mises 脿 jour peuvent permettre de r茅duire les 茅missions, parfois avec l鈥檃vantage suppl茅mentaire d鈥檜ne meilleure 茅conomie de carburant et d鈥檜ne dur茅e de fonctionnement ou de disponibilit茅 prolong茅e de la machine.

Carburant 脿 faible teneur en carbone

Le potentiel de r茅duction des 茅missions des carburants 脿 faible ou z茅ro 茅mission de carbone est tel que le HVO a 茅t茅 s茅lectionn茅 par le magazine fr猫re Power Progress International comme son Newsmaker de l'ann茅e 2023. Ces carburants 芦 alternatifs 禄 vont des carburants liquides aux produits gazeux tels que le biom茅thane.

Cependant, c鈥檈st le HVO, parfois appel茅 diesel vert ou renouvelable, qui a le plus grand potentiel de r茅duction des 茅missions finales.

Le constructeur de moteurs Cummins d茅crit le HVO comme 芦 un carburant de type diesel qui peut 锚tre produit sans ressources fossiles en traitant des lipides r茅siduels renouvelables 禄. Le carburant paraffinique qui en r茅sulte lib猫re du CO2 lorsqu'il est br没l茅, mais il peut entra卯ner une r茅duction globale de 90 % des 茅missions gr芒ce au dioxyde de carbone absorb茅 dans l'atmosph猫re lors de la croissance de la biomasse source. Le carburant produit 茅galement des niveaux inf茅rieurs de NOx et de particules.

Comme d'autres OEM, Kohler a approuv茅 tous les moteurs pour HVO, y compris ce moteur diesel

Bien que le HVO puisse sembler 锚tre une alternative relativement nouvelle, Neste Oils et SAE International ont publi茅 en 2008 un livre blanc comparant les performances du HVO pur 脿 celles d'un m茅lange 30 % HVO/70 % diesel et du carburant diesel sans soufre EN 590. La conclusion 茅tait qu'en utilisant les temps d'injection par d茅faut, le carburant 100 % HVO produisait un rendement NOx inf茅rieur de 6 % et 35 % de fum茅e (lire : 芦 particules 禄) en moins par rapport au diesel seul.

Mais il y a aussi des inconv茅nients. Un rapport de l'entrepreneur Balfour Beatty a soulign茅 que le HVO pr茅sentait de 芦 graves probl猫mes 禄 qui devaient 锚tre r茅solus, soulignant les probl猫mes de tra莽abilit茅 dans les m茅thodes d'approvisionnement, de transport et de production, qui pourraient tous affecter les revendications de r茅duction des 茅missions de carbone.

La production de HVO est en augmentation 鈥� la production totale devrait atteindre dix millions de tonnes en Europe d鈥檌ci 2030 鈥� mais elle ne suffira probablement pas 脿 remplacer enti猫rement le diesel fossile. La disponibilit茅 sera encore aggrav茅e par les goulets d鈥櫭﹖ranglement dans le r茅seau de distribution.

Syst猫mes de post-traitement

Mi-2023, Eminox, d茅veloppeur et fabricant de syst猫mes de post-traitement des 茅missions (EATS), a publi茅 un livre blanc examinant comment l'introduction des r茅glementations sur les 茅missions Euro 7/Stage 6 pourrait avoir un impact sur diverses industries et leurs objectifs de z茅ro 茅mission nette de carbone.

Pour concevoir des syst猫mes EATS conformes 脿 ces r茅glementations, l'entreprise utilise une 芦 bo卯te 脿 outils de r茅duction des 茅missions 禄 qui comprend une vari茅t茅 de technologies de m茅lange et de dosage, toutes relevant de la r茅duction catalytique s茅lective (SCR).

Anthony Greatwood, responsable produit mondial chez Eminox, a d茅clar茅 que la conformit茅 des moteurs Euro 7 sur autoroute et Stage 6 hors route serait obtenue en abordant deux domaines cl茅s : les 茅missions au d茅marrage 脿 froid et le contr么le des particules.

Bo卯tier en acier inoxydable pour l'un des plus grands syst猫mes EATS d'Eminox

Roues de turbine de turbocompresseur pr锚tes pour l'assemblage final chez Cummins

Concernant les d茅marrages 脿 froid, deux solutions principales sont actuellement 脿 l'茅tude. Il s'agit notamment d'une double dose de liquide d'茅chappement diesel introduite dans le flux d'茅chappement, ainsi que d'un catalyseur chauff茅 茅lectriquement pour am茅liorer les performances avant que la temp茅rature du moteur n'augmente.

Cependant, l'installation de ces syst猫mes pose des probl猫mes. Il faut examiner l'espace disponible 脿 bord du v茅hicule pour d茅terminer s'il est possible d'y loger le mat茅riel n茅cessaire, tout en tenant compte du poids. De plus, si des syst猫mes de post-traitement sont ajout茅s sans calculer l'impact sur le moteur, la contre-pression et l'augmentation de la charge pourraient aggraver la situation.

芦 Plus le post-traitement et les restrictions impos茅s au moteur sont importants, plus l'efficacit茅 est compromise. Vous g茅n茅rez des charges suppl茅mentaires sur le moteur pour cr茅er la puissance n茅cessaire au contr么le des 茅missions 禄, a d茅clar茅 Greatwood.

Il explique que la meilleure solution pourrait 锚tre trouv茅e en impliquant le sp茅cialiste du post-traitement d猫s le premier jour du d茅veloppement du moteur. Cela permettrait de concevoir le syst猫me le plus efficace possible, en r茅duisant les compromis en mati猫re de r茅duction des 茅missions ou de puissance.

Cela sugg猫re qu鈥檜ne mise 脿 niveau d鈥檜n syst猫me de post-traitement existant pourrait 锚tre 脿 la fois difficile 脿 d茅velopper et co没teuse 脿 d茅ployer ; des probl猫mes qui doivent 锚tre mis en balance avec le co没t de remplacement de l鈥櫭﹒uipement par un nouveau mat茅riel.

Quincaillerie moteur

Outre les carburants 脿 faible teneur en carbone et les strat茅gies de post-traitement, une autre voie permettant de r茅duire les 茅missions des moteurs diesel consiste 脿 am茅liorer les performances du mat茅riel associ茅 et du logiciel g茅rant l'unit茅 de contr么le du moteur.

En termes simples, un turbocompresseur canalise les gaz d'茅chappement du moteur sous pression dans la chambre de combustion. Cette augmentation du volume d'air permet d'injecter proportionnellement plus de carburant dans la chambre, ce qui augmente la puissance du moteur. Alors que les premiers turbocompresseurs souffraient de probl猫mes de d茅calage, les turbocompresseurs modernes fournissent une puissance r茅guli猫re, am茅liorant la suralimentation et r茅duisant les 茅missions.

Cummins est le seul constructeur de moteurs 脿 d茅velopper et 脿 fabriquer ses propres turbocompresseurs. Commercialis茅s sous la marque Holset, les turbos sont con莽us pour des applications l茅g猫res, moyennes et lourdes, de nombreux produits pr茅sentant des adaptations sp茅cifiques n茅cessaires pour am茅liorer les performances.

Les derni猫res versions offrent une large plage de d茅bit qui permet une pression de suralimentation plus 茅lev茅e 脿 des r茅gimes moteur inf茅rieurs, tandis que la technologie VG prend en charge la recirculation des gaz d'茅chappement sur un court trajet pour am茅liorer l'efficacit茅 茅nerg茅tique et r茅duire les niveaux de NOx.

Cummins produit 茅galement des turbocompresseurs 脿 soupape de d茅charge. La soupape de d茅charge contr么le la quantit茅 et le moment de l'茅chappement des gaz d'茅chappement en exc猫s 脿 l'aide de configurations 脿 commande pneumatique ou 茅lectronique. La technologie de soupape de d茅charge peut emp锚cher le turbo de survitesse et r茅duire la suralimentation du moteur. Cette fonction est cens茅e offrir une augmentation de 3 % de l'efficacit茅, tout en 茅tant compatible avec divers syst猫mes de post-traitement.

Le biodiesel est plus performant que le carburant fossile dans des conditions froides

芦 L'accent est mis sur la r茅duction des 茅missions de CO2 dans les moteurs diesel et les groupes motopropulseurs 脿 pile 脿 combustible 脿 hydrog猫ne. Nous travaillons sur ce sujet depuis environ deux ans et cherchons 脿 acc茅l茅rer cette technologie 禄, a d茅clar茅 Brett Fathauer, directeur ex茅cutif de la recherche et de l'ing茅nierie chez Cummins Turbo Technology.

芦 Nous 茅tudions les technologies de traitement de l'air, notamment les compresseurs, les turbines, les am茅liorations d'efficacit茅, ainsi que les mises 脿 niveau et les d茅veloppements des machines 茅lectriques applicables aux groupes motopropulseurs hybrides et 脿 pile 脿 combustible. 禄

En utilisant la dynamique des fluides num茅rique pour comprendre la dynamique physique, les unit茅s turbo de nouvelle g茅n茅ration devraient tirer parti de l'茅nergie 芦 puls茅e 禄 et des interfaces de car茅nage repens茅es, respectivement destin茅es 脿 optimiser l'interaction entre le flux d'air et les turbines et 脿 diriger efficacement le flux dans la chambre de combustion pour fournir des niveaux de puissance optimis茅s.

Injection de carburant

Le syst猫me d'injection de carburant offre 茅galement d'autres possibilit茅s de r茅duction des 茅missions. Le syst猫me d'injection 脿 rampe commune CRSN de Bosch a 茅t茅 con莽u pour 锚tre utilis茅 dans les engins de chantier et les applications industrielles hors route. Con莽ue pour les moteurs jusqu'脿 huit cylindres, d'une cylindr茅e comprise entre quatre et 17 litres et d'une puissance allant jusqu'脿 1000 kW, la technologie CRSN peut fournir des pressions d'alimentation en carburant 茅volutives.

Les 茅lectrovannes CRIN sont essentielles aux performances du syst猫me CRSN. Fonctionnant jusqu'脿 2 500 bars, les vannes haute pression sont capables de atomiser le carburant en gouttelettes microscopiques. Cela favorise une combustion plus propre, ce qui se traduit par des 茅missions de CO2 et des particules plus faibles et une consommation de carburant am茅lior茅e. En utilisant les informations de l'ECU, le syst猫me CRSN permet aux injecteurs de fournir uniquement la quantit茅 de carburant n茅cessaire pour correspondre 脿 la charge/situation de fonctionnement.

Solutions de d茅marrage 脿 froid

Il est int茅ressant de compl茅ter cette pr茅sentation des technologies destin茅es 脿 r茅duire les 茅missions des moteurs diesel par des d茅tails sur ce qui est d茅sormais consid茅r茅 comme l'une des principales causes de pollution des moteurs : les d茅marrages 脿 froid. Un livre blanc publi茅 par l'脡cole de g茅nie m茅canique de l'Universit茅 de Nantong en Chine en 2023 a examin茅 les probl猫mes fondamentaux li茅s aux d茅marrages 脿 froid et les strat茅gies pour tenter de r茅duire les 茅missions associ茅es.

Selon le rapport, une combustion incompl猫te est in茅vitable lorsque la temp茅rature de l'air et celle du moteur sont toutes deux basses. En effet, l'atomisation du carburant est consid茅rablement plus difficile par temps froid, ce qui entra卯ne une combustion incompl猫te. L'augmentation des 茅missions est 茅galement attribu茅e 脿 la friction entre les composants du moteur, l'usure associ茅e contribuant 脿 l'augmentation de tous les types de polluants. Les donn茅es cit茅es dans le rapport indiquent que les 茅missions de NOx des moteurs diesel lourds dans des conditions de d茅marrage 脿 froid pourraient augmenter de 40 脿 90 %.

L'茅tude indique que le biodiesel peut entra卯ner des r茅ductions significatives des 茅missions de CO2 au d茅marrage 脿 froid, m锚me si la forte concentration en oxyg猫ne du carburant n'entra卯ne que peu de changements dans les concentrations de NOx et d'hydrocarbures. Cela dit, la production de ces polluants et d'autres diminue beaucoup plus rapidement en utilisant du biodiesel plut么t que des carburants fossiles.

Il est rapport茅 que l鈥檃jout d鈥櫭﹖hanol au biodiesel r茅duit les 茅missions de NOx et d鈥檋ydrocarbures, mais la faible valeur de c茅tane de l鈥櫭﹖hanol peut entra卯ner une augmentation des 茅missions de dioxyde de carbone.

Le meilleur moyen de r茅duire les 茅missions des moteurs diesel lors des d茅marrages 脿 froid est de chauffer l'ensemble. Dans les moteurs de petite et moyenne cylindr茅e, les bougies de pr茅chauffage sont utilis茅es comme dispositif auxiliaire pour am茅liorer les performances de d茅marrage 脿 froid. Leur utilisation permet de r茅duire les 茅missions de CO2, de NOx et d'hydrocarbures, avec seulement une l茅g猫re augmentation des particules.

En r茅sum茅, les auteurs du rapport ont conclu qu鈥檜ne combinaison de biodiesel, de syst猫me de post-traitement, d鈥檌njection de carburant optimis茅e et de chauffage d鈥檃dmission serait n茅cessaire pour atteindre les r茅ductions d鈥櫭﹎issions maximales d鈥檜n moteur diesel dans des conditions de basse temp茅rature.

Bien qu鈥檜ne solution soit 脿 port茅e de main, il faudrait que tous ces 茅l茅ments soient disponibles/install茅s pour obtenir les avantages potentiels.

Solution d'alimentation 脿 l'茅preuve du temps

En septembre 2023, Perkins Engines a organis茅 le lancement presse au Royaume-Uni de son nouveau moteur s茅rie 2600. Pr茅sent茅 pour la premi猫re fois 脿 ConExpo plus t么t dans l'ann茅e, le moteur de 13 litres (茅galement connu sous le nom de 2606) est con莽u pour offrir la puissance d'un mod猫le de 15 ou 18 litres, mais avec une empreinte plus petite et des 茅missions r茅duites.

Le moteur produit entre 340 et 515 kW tout en 茅tant environ 20 % plus l茅ger qu'un moteur 茅quivalent de plus grande taille. De plus, le moteur affiche des chiffres d'茅conomie de carburant aussi bas que 185 g/kWh, tout en prenant en charge les carburants de remplacement tels que le HVO et les biodiesels pour r茅duire consid茅rablement l'empreinte carbone associ茅e.

Bien que le moteur soit conforme 脿 toutes les r茅glementations actuelles en mati猫re d鈥櫭﹎issions, il a 茅t茅 con莽u pour s鈥檃dapter aux configurations qui prendront en charge les ajustements n茅cessaires pour se conformer 脿 toutes les futures normes aux 脡tats-Unis et dans l鈥橴E.