Systèmes de contrôle des émissions

L’impératif de contrôler les émissions provenant des automobiles a donné naissance à l’informatisation des véhicules. Les hydrocarbures, le monoxyde de carbone et les oxydes d’azote sont produits lors du processus de combustion et sont émis dans l’atmosphère par le tuyau d’échappement. De plus, des hydrocarbures sont libérés en raison de l’évaporation de l’essence et du dégagement de vapeurs provenant du carter du moteur. La loi sur l’air propre de 1977 a établi des limites quant à la quantité de chacun de ces polluants qui pouvaient être émis par un véhicule. En réponse à cela, les constructeurs automobiles ont ajouté des dispositifs de contrôle de la pollution et ont créé des moteurs à réglage automatique. En 1981, les premiers de ces moteurs à réglage automatique, appelés systèmes de contrôle de carburant à rétroaction, ont été introduits.

Ces systèmes incluaient un capteur d’oxygène installé dans le système d’échappement. Ce capteur mesurait la concentration de carburant dans les gaz d’échappement, puis envoyait un signal à un microprocesseur. Ce dernier analysait la lecture et ajustait le mélange air-carburant pour maintenir un rapport approprié. Avec l’évolution des systèmes informatiques, il est devenu possible d’ajuster le calage de l’allumage et de contrôler d’autres dispositifs de réduction des émissions installés sur le véhicule.

De plus, l’ordinateur de bord peut surveiller et diagnostiquer lui-même le fonctionnement du véhicule. En cas de défaillance, il avertit le conducteur en allumant un témoin de dysfonctionnement. Simultanément, il enregistre la nature de la défaillance dans sa mémoire sous forme de code, ce qui permet à un technicien de déterminer ultérieurement la réparation appropriée. Parmi les dispositifs de contrôle des émissions les plus courants installés sur les véhicules, on trouve la VANNE EGR, le CONVERTISSEUR CATALYTIQUE, la POMPE À AIR, la VALVE PCV et le CANISTER DE CHARBON.

Systèmes de contrôle des émissions

Convertisseur catalytique

Les émissions automobiles sont contrôlées de trois manières différentes. Tout d’abord, on favorise une combustion plus complète pour réduire les sous-produits. Ensuite, on réintroduit les hydrocarbures en excès dans le moteur pour les brûler. Enfin, on fournit une zone supplémentaire pour l’oxydation ou la combustion. Cette zone supplémentaire est appelée un convertisseur catalytique.

Le convertisseur catalytique ressemble à un silencieux et est situé dans le système d’échappement avant le silencieux. À l’intérieur du convertisseur se trouvent des pastilles ou un nid d’abeille en platine ou en palladium. Le platine ou le palladium sont utilisés comme catalyseur, c’est-à-dire une substance qui accélère un processus chimique. Lorsque les hydrocarbures ou le monoxyde de carbone dans les gaz d’échappement passent sur le catalyseur, ils sont chimiquement oxydés ou convertis en dioxyde de carbone et en eau.

À mesure que le convertisseur travaille pour purifier les gaz d’échappement, il produit de la chaleur. Plus les gaz d’échappement sont sales, plus le convertisseur travaille dur et plus il produit de chaleur. Dans certains cas, le convertisseur peut être vu en train de rougir de chaleur excessive. Si le convertisseur travaille aussi dur pour nettoyer des gaz d’échappement sales, il se détruira. De plus, le carburant plombé déposera un revêtement sur le platine ou le palladium et rendra le convertisseur inefficace. C’est pourquoi, aux États-Unis, tous les carburants conçus pour les moteurs automobiles sont maintenant sans plomb.

Valve PCV

Le but du système de ventilation positive du carter (PCV) est de prendre les vapeurs produites dans le carter pendant le processus de combustion normal et de les rediriger vers le système d’admission d’air/carburant pour qu’elles soient brûlées lors de la combustion. Ces vapeurs diluent le mélange air/carburant, il est donc nécessaire de les contrôler et de les mesurer avec soin afin de ne pas affecter les performances du moteur. C’est le rôle de la valve de ventilation positive du carter (PCV). Au ralenti, lorsque le mélange air/carburant est très critique, seules de petites quantités de vapeurs sont autorisées dans le système d’admission. À grande vitesse, lorsque le mélange est moins critique et que les pressions dans le moteur sont plus élevées, davantage de vapeurs sont autorisées dans le système d’admission. Lorsque la valve ou le système sont obstrués, les vapeurs remonteront vers le boîtier du filtre à air ou, dans le pire des cas, la pression excessive poussera au-delà des joints et créera des fuites d’huile moteur. Si la mauvaise valve est utilisée ou si le système présente des fuites d’air, le moteur tournera mal au ralenti, ou, dans le pire des cas, l’huile du moteur sera aspirée hors du moteur.

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Vanne EGR

La vanne de recirculation des gaz d’échappement (EGR) a pour but de doser une petite quantité de gaz d’échappement dans le système d’admission, ce qui dilue le mélange air/carburant pour abaisser la température de la chambre de combustion. Une température excessive de la chambre de combustion produit des oxydes d’azote, qui sont un polluant majeur. Bien que la vanne EGR soit la méthode la plus efficace pour contrôler les oxydes d’azote, sa conception même a un effet négatif sur les performances du moteur. Le moteur n’a pas été conçu pour fonctionner avec des gaz d’échappement. Pour cette raison, la quantité de gaz d’échappement entrant dans le système d’admission doit être soigneusement surveillée et contrôlée. Cela est réalisé grâce à une série de commutateurs électriques et à vide, ainsi qu’à l’ordinateur du véhicule. Comme l’action de la vanne EGR réduit les performances en diluant le mélange air/carburant, le système n’autorise pas l’action de la vanne EGR lorsque le moteur est froid ou lorsqu’il a besoin de toute sa puissance.

Contrôles d’évaporation

L’essence s’évapore assez facilement. Dans le passé, ces émissions d’évaporation étaient relâchées dans l’atmosphère. Environ 20 % de toutes les émissions d’hydrocarbures (HC) des véhicules proviennent du réservoir d’essence. En 1970, une législation a été adoptée pour interdire le relâchement des vapeurs du réservoir d’essence dans l’atmosphère. Un système de contrôle d’évaporation a été développé pour éliminer cette source de pollution.

Le rôle du système de contrôle d’évaporation du carburant est de piéger et de stocker les émissions d’évaporation provenant du réservoir d’essence et du carburateur. Un canister en charbon actif est utilisé pour piéger les vapeurs de carburant. Les vapeurs de carburant adhèrent au charbon actif jusqu’à ce que le moteur démarre et que le vide du moteur puisse être utilisé pour aspirer les vapeurs dans le moteur, où elles peuvent être brûlées avec le mélange air/carburant. Ce système nécessite l’utilisation d’un bouchon de réservoir d’essence hermétiquement fermé. Ce bouchon est si important pour le fonctionnement du système qu’un test du bouchon est désormais intégré à de nombreux programmes d’inspection des émissions de l’État.

Avant 1970, les voitures libéraient les vapeurs de carburant dans l’atmosphère en utilisant un bouchon de réservoir d’essence aéré. Aujourd’hui, avec l’utilisation de bouchons hermétiques, des réservoirs d’essence redessinés sont utilisés. Le réservoir doit avoir de l’espace pour que les vapeurs se rassemblent, puis elles peuvent être dirigées vers le canister en charbon actif. Une vanne de purge est utilisée pour contrôler le flux de vapeurs vers le moteur. La vanne de purge est actionnée par le vide du moteur. Un problème courant avec ce système est que la vanne de purge peut tomber en panne, et le vide du moteur aspire directement le carburant dans le système d’admission. Cela enrichit le mélange carburant et encrasse les bougies d’allumage. La plupart des canisters en charbon actif ont un filtre qui doit être remplacé périodiquement. Ce système doit être vérifié lorsque la consommation de carburant diminue.

Injection d’Air

Aucun moteur à combustion interne n’est totalement efficace à 100 %, laissant toujours une certaine quantité de carburant non brûlé dans les gaz d’échappement, ce qui entraîne une augmentation des émissions d’hydrocarbures. Pour éliminer cette source d’émissions, un système d’injection d’air a été mis en place.

La combustion nécessite trois éléments essentiels : du carburant, de l’oxygène et de la chaleur. Sans l’un de ces éléments, la combustion est impossible. À l’intérieur du collecteur d’échappement, il y a suffisamment de chaleur pour soutenir la combustion. En introduisant de l’oxygène supplémentaire, tout carburant non brûlé peut s’enflammer. Cette combustion ne génère pas de puissance, mais elle réduit les émissions excessives d’hydrocarbures.

Contrairement à la combustion contrôlée dans la chambre de combustion, cette combustion est incontrôlée. Si la teneur en carburant des gaz d’échappement est excessive, cela peut provoquer des explosions, produisant un bruit de crépitements. Il y a des moments, même dans des conditions normales comme la décélération, où la teneur en carburant peut être excessive. Dans de telles situations, on souhaite désactiver le système d’injection d’air, ce qui est réalisé à l’aide d’une vanne de dérivation. Au lieu de couper complètement l’alimentation en air de la pompe, la vanne redirige l’air loin du collecteur d’échappement.

Étant donné que toutes ces opérations se déroulent après la fin du processus de combustion, ce dispositif de contrôle des émissions n’a aucun impact sur les performances du moteur. La seule maintenance requise est une inspection attentive de la courroie d’entraînement de la pompe à air.

Coclusion

En conclusion, les systèmes de contrôle des émissions sont des composants essentiels des véhicules modernes, conçus pour réduire les émissions polluantes et minimiser l’impact sur l’environnement. Ils comprennent divers dispositifs, tels que les convertisseurs catalytiques, les systèmes de recirculation des gaz d’échappement (EGR), les capteurs d’oxygène, et les systèmes de gestion du moteur. Ces technologies contribuent à la réduction de la pollution atmosphérique et au respect des normes environnementales. Les propriétaires de véhicules doivent entretenir ces systèmes pour garantir leur efficacité et réduire leur impact environnemental.