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Les technologies Eaton de réduction du CO2 des moteurs diesel poids lourd
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Les technologies Eaton de réduction du CO2 des moteurs diesel poids lourd

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Eaton a présenté une gamme de technologies de récupération de chaleur perdue (WHR pour Waste Heat Recovery) pour les moteurs diesel poids lourds au salon IAA qui s’est tenu à Hanovre, en Allemagne. La société a également présenté des systèmes de calage variable des soupapes, mettant en évidence leur potentiel pour réduire la consommation de carburant et réduire les émissions des camions.

Des systèmes de récupération indirecte et directe de chaleur ont été exposés. Le cycle organique Rankine (ORC) récupère la chaleur résiduelle indirectement en utilisant un échangeur de chaleur positionné dans le système d’échappement. De façon alternative, le système « électrifié » d’Eaton récupère l’énergie directement à l’aide d’un compresseur Roots entrainé par les gaz d’échappement relié à un moteur/générateur.

Compresseur Roots pour système WHR

Les systèmes de récupération de chaleur basés sur un cycle Rankine peuvent conduire à des économies de carburant de l’ordre de 5%, mais le coût du système est élevé, impliquant un petit moteur à piston à combustion externe dans la plupart des cas. Par ailleurs, Eaton a regardé quels fluides sont déjà utilisés à bord du véhicule pour éviter d’en ajouter un autre pour le système WHR. Le premier fluide considéré par Eaton était l’éthylène glycol, déjà utilisé dans les systèmes de refroidissement du moteur.

Comme l’observe Larry Bennett, directeur de l’ingénierie avancée chez Eaton, le fluide serait déjà chaud grâce à son utilisation en tant  que liquide de refroidissement du moteur, mais cela permettrait-il d’y ajouter plus de chaleur d’échappement et d’extraire plus d’énergie? « Grâce à cela, nous pouvons créer la majeure partie du système WHR avec des composants existants», a déclaré Bennett. « Nous avons obtenu une subvention du département de l’énergie (DOE) Américain. Nous travaillons avec Paccar, Shell Oil et la Mississippi State University, qui est le lieu où tous les tests auront lieu.




Un des chercheurs d’Eaton a suggéré que la solution d’urée/AdBlue pour le post-traitement des oxydes d’azote (NOx) serait un fluide idéal pour le système Rankine de récupération d’énergie à l’échappement.

« L’idée est exactement le même, vous effectuez le cycle Rankine en faisant bouillir l’AdBlue », a expliqué Bennett. «L’un des sous-produits intéressants est que lorsque vous le réchauffez, l’ammoniac gazeux se sépare et quand vous le refroidissez, il ne revient pas facilement à l’état liquide. Nous pouvons stocker cet ammoniac gazeux ».

Lorsque le moteur a refroidi et est redémarré, la production et le traitement des NOx est un problème. « Si vous redémarrez le moteur, vous produisez une tonne de NOx parce que vous ne disposez pas de l’ammoniac gazeux pour être en mesure de les traiter», a déclaré Bennett. « Vous avez besoin d’une température dans le système d’échappement d’au moins 250°C (en fonction du système d’injection et de mixage de l’urée) afin de rendre l’ammoniac de l’état liquide à gazeux pour le vaporiser et traiter les NOx. »

L’ammoniac contenu dans l’AdBlue évaporée devrait être suffisant pour traiter les NOx pour les 15 premières minutes de fonctionnement à partir desquelles le moteur est à température optimale. «Ce n’est que de la recherche et de la simulation, mais cela semble possible, » at-il dit. Le système WHR direct implique le montage d’un compresseur Roots juste à côté du collecteur d’échappement et en utilisant le flux des gaz d’échappement pour entraîner les rotors du compresseur. Des essais préliminaires montrent que l’énergie peut être récupérée de cette façon.

« Le concept initial est d’avoir un moteur/générateur relié au compresseur, puis récupérer l’énergie et la mettre dans une batterie», a déclaré Bennett. Ce n’est pas le moyen le plus efficace de récupérer l’énergie, mais cela offre une autre possibilité. Les chercheurs d’Eaton pensent que ce système pourrait être utilisé comme une pompe quand il y a besoin d’avoir des taux élevés de recirculation des gaz d’échappement (EGR). Le système pourrait potentiellement offrir des taux élevés d’EGR de façon indépendante de la vitesse du moteur.

technologie de cycle Rankine d'Eaton

Eaton avait déjà développé un compresseur à vitesse variable assisté électriquement pour une utilisation sur les moteurs essence. « Dans cette application, nous pouvons faire varier indépendamment de la vitesse du moteur, la pression de suralimentation que le moteur peut recevoir », explique Bennett. « Sur un diesel, cela procure beaucoup d’avantages pour le downsizing et le couple instantané. Le gros progrès serait de gérer les flux d’air admission et échappement indépendant de la vitesse du moteur. « Cette capacité serait très attrayante pour les fabricants de moteurs. »

Le système WHR direct a démontré par la simulation une amélioration de 22% de la consomation de carburant tout en réduisant les NOx, selon Eaton.

Le système de distribution variable n’a pas été largement utilisé jusqu’à présent sur les moteurs diesel, mais il y a un certain nombre d’avantages potentiels. Le premier est le frein moteur par compression. Par ailleurs, la fermeture prématurée ou retardée des soupapes d’admission pourrait réduire la température de combustion et donc la génération de NOx, ou améliorer l’efficacité.

« Vous pourriez faire de la fermeture anticipée de la soupape d’échappement en condition transitoire pour réduire le temps de réponse du turbocompresseur, » dit Majo Cecur, directeur de l’ingénierie, Valvetrain, Eaton. « Vous pouvez également désactiver des cylindres dans des conditions de faible charge de sorte à avoir meilleur rendement énergétique. »

Distribution variable Eaton

Eaton étudie différents modes de fonctionnement des soupapes qui permettraient de rendre possible de telles fonctions.

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