5 façons de réduire les émissions des moteurs diesel

La quête du zéro émission a conduit de nombreux fabricants de moteurs et de groupes motopropulseurs à adopter des technologies autres que les moteurs thermiques. Cela implique généralement une source d'énergie électrique. Néanmoins, la production de moteurs diesel se poursuit, et la réduction des émissions reste donc une priorité absolue.

Dans le numéro de janvier-mars de Power Progress International , le rédacteur en chef Julian Buckley a examiné diverses technologies utilisées pour réduire les émissions des moteurs diesel, ainsi que leurs avantages et inconvénients. Vous pouvez lire son article complet en ligne , mais vous trouverez ci-dessous des extraits abordant cinq pistes de réduction des émissions de diesel.

Utilisation de carburants alternatifs

Raffinerie du fabricant de carburant durable Neste à Rotterdam, aux Pays-Bas, où l'entreprise fabrique du HVO. Source : Neste Oyj.

Les moteurs diesel n'ont pas besoin de consommer de gazole pétrolier. Il existe des alternatives. Le gazole renouvelable, également appelé huile végétale hydrotraitée (HVO), est particulièrement prometteur. Chimiquement identique au gazole pétrolier, il constitue un substitut direct, ce qui signifie qu'il peut alimenter un moteur diesel sans aucune modification.

Un article récent de Power Progress expliquait pourquoi le HVO avait été élu « Personnalité de l'année 2023 » par le magazine. « Le HVO ne contient aucune molécule étrangère au diesel », a déclaré Markku Honkanen, responsable des services techniques du fabricant de carburants renouvelables Neste, dans cet article. « Il est donc chimiquement très similaire, à l'exception de l'absence de certains composants nocifs qui ne brûlent pas proprement. »

Le biodiesel est une autre option. Cependant, il existe de nombreuses différences entre le HVO et le biodiesel. Par exemple, le biodiesel est chimiquement différent du diesel pétrolier, ce qui lui confère des propriétés différentes.

« En raison de la chimie du biodiesel, il capte l'eau et la transforme en solvant, ce qui l'oblige à essayer de nettoyer les réservoirs et les conduites de carburant qui fonctionnaient depuis longtemps », a déclaré Matt Leuck, responsable des services techniques de Neste, dans l'article de Power Progress susmentionné.

Un moteur qui en profite est la série Perkins 2600. Lancé lors d'un événement de presse au Royaume-Uni en septembre 2023, ce moteur de 13 litres prend en charge à la fois le HVO et le biodiesel pour réduire son empreinte carbone.

Lire l'article complet, « Réduire les émissions », dans le numéro du premier trimestre 2024 de Power Progress International , janvier-mars 2024.

Concevoir de meilleurs logiciels

Les logiciels utilisés pour contrôler un moteur peuvent également avoir un impact considérable sur les émissions. Le logiciel Dynamic Skip Fire (dDSF) de Tula Technology, basé en Californie, par exemple, utilise des algorithmes brevetés pour décider s'il faut sauter ou allumer des cylindres individuels afin de répondre aux exigences de couple.

Liebherr Components et Tula ont mené une étude conjointe sur le logiciel utilisé sur des machines lourdes, afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) et d'oxydes d'azote (NOx) dans les moteurs diesel. L'étude a utilisé un moteur Liebherr D966. En 2022, Power Progress a publié ses résultats , qui ont montré, lors de simulations logicielles, une réduction des émissions de CO2 de 9,5 % et une baisse des émissions de NOx de 41 %.

Amélioration des turbocompresseurs

Les turbocompresseurs ajoutent des gaz d'échappement sous pression à la chambre de combustion. Cela permet d'injecter davantage de carburant et d'augmenter la puissance du moteur. Cela réduit également les émissions polluantes.

Cummins Turbo Technologies, fabricant des turbocompresseurs Holset. (Photo : Cummins)

Cummins développe et fabrique ses propres turbocompresseurs, commercialisés sous la marque Holset. La géométrie variable des derniers modèles Holset VGT permet la recirculation des gaz d'échappement (EGR) sur circuit court, réduisant ainsi les niveaux de NOx.

Brett Fathauer, directeur exécutif de la recherche et de l'ingénierie chez Cummins Turbo Technology, a déclaré que la société cherchait à accélérer la technologie qui réduira les émissions de CO2.

« Nous étudions les technologies de traitement de l'air, notamment les compresseurs, les turbines, les améliorations d'efficacité, ainsi que les mises à niveau et les développements des machines électriques applicables aux groupes motopropulseurs hybrides et à pile à combustible », a-t-il déclaré.

Buckley a déclaré que les chargeurs de nouvelle génération devraient tirer parti de l'énergie « pulsée » et des interfaces de carénage repensées, chacune d'entre elles étant destinée à optimiser l'interaction entre le flux d'air et les turbines et à diriger efficacement le flux dans la chambre de combustion pour fournir des niveaux de puissance optimisés.

Amélioration de l'injection de carburant

L'amélioration de la technologie d'injection de carburant constitue une autre approche pour réduire les émissions. Par exemple, le système modulaire à rampe commune pour véhicules utilitaires (CRSN) de Bosch, spécialement conçu pour les applications hors route, est équipé d'injecteurs à électrovanne CRIN fonctionnant jusqu'à 2 500 bars (36 259 psi). Le carburant est ainsi atomisé en gouttelettes microscopiques. Le CRIN commute également rapidement, injectant « une quantité spécifique de carburant dans les cylindres en fonction de la situation de conduite », selon le site web de Bosch. Ces deux systèmes permettent une combustion plus propre, avec des émissions de CO2 et de particules plus faibles.

Gestion des démarrages à froid

Selon un livre blanc publié en 2023 par l'École de génie mécanique de l'Université de Nantong, en Chine, une combustion incomplète du carburant est inévitable lorsque la température de l'air et celle du moteur sont basses. Le rapport cite des données indiquant que les émissions de NOx des moteurs diesel lourds lors des démarrages à froid pourraient augmenter de 40 à 90 %.

Les carburants alternatifs tels que le HVO et le biodiesel peuvent contribuer à résoudre ce problème. Selon le livre blanc, le biodiesel peut réduire considérablement les émissions de CO₂. Bien que les émissions de NOx et d'hydrocarbures aient peu d'effet, la réduction de ces polluants est plus rapide avec le biodiesel qu'avec le diesel pétrolier.

Le livre blanc indique que les composants du système de chauffage constituent la meilleure solution pour réduire les émissions au démarrage à froid. Cela s'inscrit dans la démarche adoptée par Eminox, fabricant britannique de systèmes de post-traitement.

Dans une interview accordée à Power Progress International , Anthony Greatwood, chef de produit mondial chez Eminox, a déclaré que l'entreprise étudiait des moyens d'améliorer les systèmes de réduction catalytique sélective (SCR) afin de réduire les émissions au démarrage à froid. Selon M. Greatwood, Eminox étudie l'introduction d'une double dose de fluide d'échappement diesel (DEF) dans le flux d'échappement, ainsi que le chauffage électrique du catalyseur pour améliorer les performances avant l'augmentation de la température du moteur.

Un projet de camion de livraison postale au propane montre des émissions et des économies de coûts Lancé en 2021 et récemment achevé, le projet a exploré la viabilité du propane comme alternative au carburant diesel dans les camions.