Recirculation des gaz d'échappement (EGR)

La recirculation des gaz d'échappement (EGR), qui consiste à rediriger une partie des gaz d'échappement du moteur vers la chambre de combustion via le système d'admission, présente un fort potentiel de réduction des émissions des NOx. Plusieurs recherches et travaux de synthèse relatifs à l'EGR; en ce qui concerne ses effets sur les NOx, les performances du moteur, le contrôle de la température de l'air d'entrée, le contrôle de la combustion et le fonctionnement en carburants alternatifs; sont discutés dans cette section.

Johnson [53] dans une revue a souligné que les moteurs avancés auront une quantité importante d'EGR pour répondre aux normes d'émission rigoureuses.

Abd-Alla [54] a passé en revue le potentiel de réduction des NOx par l'EGR dans les moteurs diesel, à essence et à bicarburant. L'auteur a recommandé que l'EGR par addition avec l'air d'admission du moteur diesel ait un potentiel de réduction des NOx plus élevé que la méthode d'EGR par déplacement. Une réduction simultanée des NOx et des particules est observée avec un moteur à bicarburarant (dual fuelled engine) fonctionnant avec l'EGR.

Zheng et al. [55] ont présenté, dans leur document de synthèse, les différentes manières de mettre en œuvre l'EGR et ses limites de réduction des NOx. De plus, les auteurs ont analysé l'impact de l'EGR sur le fonctionnement des moteurs diesel et ont proposé des conceptions pour l'EGR par reformage du carburant (EGR fuel reformer). Une préoccupation majeure est de savoir comment agressivement l'EGR devrait être utilisé à toutes les vitesses et toutes les charges sans affecter la durabilité et la performance des moteurs.

Ladommatos et al. [56] ont présenté une série de travaux visant à comprendre l'influence de l'EGR sur la combustion et les émissions dans un moteur diesel à quatre cylindres. Pour simuler les différents effets de l'EGR, les auteurs ont ajouté des gaz synthétiques dans le collecteur d'admission du moteur. La dilution de l'air réduit la pression maximale dans le cylindre, le taux de dégagement de chaleur et la température. La réduction de la disponibilité d'O2 a entraîné une diminution du délai d'allumage, des NOx, mais aussi une augmentation des émissions d'hydrocarbures imbrûlés et des particules. Les études mettent en évidence que la réduction des

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NOx est principalement due à l'effet de dilution avec une faible contribution de l'effet chimique et une contribution négligeable de l'effet thermique.

Thangaraja et al [57] ont passé en revue les effets de l'EGR sur les modes de combustion avancés et les carburants alternatifs (alternate fuels) dans les moteurs diesel. En outre, le travail comprend les différentes conceptions d'EGR, les configurations et la fenêtre de fonctionnement pour les moteurs diesel avancés. Les effets néfastes de l'EGR sur l'usure du moteur et les caractéristiques de l'huile de lubrification ont été également mis en évidence, pour faciliter les modifications du moteur nécessaires à son développement futur.

Hussain et al. [58] et Agarwal et al. [59] ont remarqué que les moteurs diesel tolèrent des taux d'EGR élevés à faibles charges, car il y a une forte concentration d'oxygène dans ces conditions, par rapport aux charges élevées. Avec l'augmentation de la charge, les gaz inertes sont prédominants dans les gaz d'échappement, ce qui entraîne une augmentation des émissions des particules en raison de la disponibilité réduite de l'oxygène. Avec des taux d'EGR allant jusqu'à 20%, une légère augmentation de l'efficacité de conversion de carburant à faibles charges a été observée, expliquée par la combustion des hydrocarbures qui pénètrent dans la chambre de combustion avec les gaz d'échappement recirculés [59]. Les auteurs ont signalé une réduction de la température des gaz d'échappement, une augmentation de la température de la charge d'admission et une réduction de l'efficacité de conversion du carburant avec l'augmentation du taux d'EGR.

Schubiger et al [60] ont étudié l'effet d'EGR sur la combustion et les émissions dans un moteur diesel équipé des systèmes CRDI. Ils ont montré que l'utilisation de l'EGR dans un moteur diesel augmentait la phase de la combustion prémélangée. Le taux maximal de libération de chaleur a été réduit à des charges élevées et été augmenté à des faibles charges. Le délai d'allumage et la durée de combustion ont également été augmentés à des faibles charges. Un taux d'EGR de 40% a permis d'atteindre des niveaux extrêmement bas d'émissions de NOX. Une forte augmentation des émissions de particules a été mesurée avec des niveaux élevés d'EGR, mais l'effet peut être baissé de manière significative dans un certain intervalle en utilisant des pressions d'injection très élevées allant jusqu'à 1600 bars.

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Maiboom et al [61] ont réalisé un travail expérimental et étudié divers effets de l'EGR sur la combustion et les émissions d'un moteur diesel. Ils ont fait tourner le moteur avec une boucle EGR refroidi, un turbocompresseur à géométrie variable et un refroidisseur intermédiaire (intercooler). Différents taux d'EGR ont été fournis au moteur à un rapport air carburant (AFR) constant en faisant varier la pression de suralimentation. Leurs résultats ont montré que les NOx diminuaient toujours avec un taux d'EGR accru. La dilution était l'effet le plus dominant avec un EGR à pression de suralimentation constante, ce qui a eu un effet négatif sur la formation de suie et la consommation du carburant. Mais l'effet thermique devient le plus dominant lorsque l'EGR est fourni à un rapport A/F constant en augmentant la pression de suralimentation. Le maintien d'un rapport A/F constant est préférable pour réduire les émissions des NOx et des particules sans compromettre la consommation du carburant. Cependant, un rapport A/F constant peut être obtenu uniquement pour des faibles taux d'EGR en raison de la limitation du turbocompresseur. Kook et Bae [62] ont étudié l'influence de la dilution de charge et du calage des injections sur le mode de combustion LTC et les émissions dans un moteur diesel monocylindre. Les performances et les émissions ont été étudiées sur une large gamme de taux d'EGR (0 à 65%) et différents calages d'injection. Les résultats du test ont montré que le rapport d'équivalence n'était pas réduit avec l'augmentation de l'EGR. Un bon mélange peut être obtenu en raison d'un délai d'allumage plus long avec un EGR accru. Par conséquent, une phase de combustion à mélange contrôlé joue un rôle important dans des conditions de fonctionnement fortement diluées. Un taux de dilution élevé avec un mélange approprié est essentiel pour réduire les émissions des NOx, de suie et de CO sans affecter la consommation du carburant. Il a été constaté qu'un calage d'injection précoce ne peut être obtenu qu'avec une charge d'entrée diluée. Cependant, une efficacité maximale de conversion du combustible a été observée à des niveaux de dilution de charge modérée (~ 40% EGR) et un calage d'injection légèrement retardé (~ 5 CAD bTDC).

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