Comment garder un moteur EGR et FAP propre ?

Les trajets urbains courts et fréquents empêchent le FAP de se régénérer lui-même, condamnant ainsi le moteur à s'encrasser silencieusement.
Les trajets urbains courts et fréquents empêchent le FAP de se régénérer lui-même, condamnant ainsi le moteur à s'encrasser silencieusement.

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Les systèmes EGR et DPF/GPF sont deux technologies d'émission complémentaires qui aident le moteur à rester propre : L'EGR renvoie une partie des gaz d'échappement dans le cylindre, ce qui abaisse la température de combustion et empêche dès le départ la formation d'oxydes d'azote (NOx) ; le DPF et le GPF des moteurs essence, quant à eux, capturent les particules de suie formées dans l'échappement et les brûlent lors de régénérations périodiques. Ces deux systèmes sont conçus pour la propreté, mais comme ils ne parviennent pas à achever leurs cycles d'auto-nettoyage, notamment lors des fréquents et courts trajets urbains, ils s'encrassent avec le temps.

Points clés

  • L'EGR renvoie typiquement 5 à 15 % des gaz d'échappement dans les moteurs essence ; sur les diesels, ce taux peut atteindre 50 % dans certaines conditions.
  • Les NOx se forment lorsque l'azote et l'oxygène se combinent à haute température ; l'EGR réduit cette température et empêche ainsi leur formation dès le départ.
  • La combustion de la suie dans le DPF nécessite une température d'environ 600 °C dans l'échappement.
  • Lors des trajets de moins de 15 à 20 km, le moteur atteint rarement la température requise pour la régénération passive.
  • Le GPF des moteurs essence est constitué d'une structure céramique à parois poreuses en nid d'abeille et est monté à proximité du catalyseur ou intégré à celui-ci.

Pourquoi l'EGR renvoie-t-il les gaz d'échappement dans le cylindre ?

À première vue, cela semble une idée contradictoire : pourquoi remettre dans le moteur un gaz déjà brûlé au lieu d'air frais ? La réponse réside dans la chimie. Les NOx se forment lorsque l'azote et l'oxygène se combinent à haute température dans la chambre de combustion. Plus la température est élevée, plus la formation est importante. Le système EGR, en mélangeant une partie des gaz d'échappement côté admission, dilue la quantité d'oxygène dans le cylindre ; moins d'oxygène signifie moins de carburant brûlé, et la température maximale du cylindre diminue. Lorsque la température baisse, la formation des NOx est empêchée dès le départ.

De plus, la vapeur d'eau et le CO2 présents dans les gaz d'échappement ont une capacité thermique différente de celle de l'air ; cela abaisse encore davantage la température adiabatique de la flamme. Sur les moteurs diesel modernes, le gaz renvoyé passe généralement par un refroidisseur EGR, c'est-à-dire un échangeur de chaleur. Grâce à ce refroidissement, un taux d'EGR plus élevé peut être utilisé et la température de la charge entrant dans le cylindre reste basse.

Sur les moteurs essence, l'équilibre est critique : le taux d'EGR typique se situe dans une plage de 5 à 15 %. Si vous augmentez excessivement ce taux, la continuité du front de flamme est perturbée ; des ratés d'allumage et une combustion incomplète apparaissent. C'est pourquoi l'EGR n'est pas actif dans toutes les conditions : il est désactivé à pleine charge car il réduit la puissance maximale, et au ralenti car il rend la combustion instable. Sur les diesels, dans des situations comme le ralenti où l'excès d'air est abondant, le taux peut atteindre des niveaux bien plus élevés. Sur les moteurs essence, l'EGR présente aussi des avantages secondaires : un papillon plus ouvert réduit les pertes liées au papillon des gaz ; les pertes thermiques et la dissociation chimique diminuent.

Pourquoi la valve EGR s'encrasse-t-elle avec le temps ?

EGR supabını tıkaran yalnızca kurum değil; sıcak egzoz gazı, yağ buharı ve taze hava manifolddaki katran benzeri tortunun ana malzemesidir.

L'EGR renvoie les gaz d'échappement sans les filtrer. Les particules de carbone abrasives contenues dans le gaz s'accumulent sur la valve ; avec le temps, la valve s'encrasse, restreint le débit et peut se bloquer complètement. Une soupape bloquée empêche la réduction des NOx et peut entraîner l'échec du véhicule au test d'émissions. L'accumulation de carbone ne provient pas uniquement de la suie issue de l'échappement : Le mélange des gaz d'échappement chauds avec la vapeur d'huile provenant du carter moteur alimente également les dépôts. Lorsque la recirculation des gaz d'échappement (EGR) se combine à la ventilation du carter (PCV) dans les moteurs diesel et à essence, le mélange de gaz d'échappement, d'air frais et de vapeur d'huile peut se transformer en dépôts collants semblables au goudron dans le collecteur d'admission.

La conclusion pratique qui en découle est claire : Éviter les facteurs qui favorisent la formation de dépôts, notamment utiliser un carburant de qualité, prolonge la durée de vie de la soupape. Les problèmes thermiques jouent également un rôle dans les pannes d'EGR ; le système est soumis à des cycles de températures élevées en continu.

Comment le FAP capture-t-il la suie : Comment fonctionne la régénération ?

L'EGR a un prix : La réintroduction des gaz d'échappement dans le cylindre augmente les émissions de particules, c'est-à-dire de suie, sur les moteurs diesel. C'est précisément pour cette raison que le FAP est placé sur la ligne d'échappement des moteurs diesel, en aval du moteur. Le filtre capture la suie ; mais la suie accumulée crée une contre-pression dans l'échappement, et cette pression réduit avec le temps l'efficacité énergétique. Pour se préserver, le filtre doit brûler la suie qu'il capture - ce processus s'appelle la régénération. Le système fonctionne grâce à un équilibre dynamique entre la suie capturée et la suie oxydée.

La différence entre la régénération passive et la régénération active

La régénération passive se produit sans intervention supplémentaire : À des températures suffisamment élevées, le composant NO2 des NOx oxyde la suie du filtre aux températures de fonctionnement normales. Ce processus n'est cependant que partiellement efficace et s'affaiblit davantage aux taux d'EGR élevés. La régénération active, quant à elle, est un processus de combustion déclenché par le calculateur moteur : Du carburant supplémentaire est injecté dans le catalyseur d'oxydation (déclenché par une injection supplémentaire après l'injection principale, c'est-à-dire la post-injection), la température d'échappement est élevée et les particules sont brûlées avec l'oxygène résiduel présent dans l'échappement. La suie se transforme en cendres et en CO2.

Les impuretés métalliques et minérales non combustibles présentes dans le carburant et l'huile moteur ne peuvent pas être brûlées par la régénération ; elles restent dans le filtre sous forme de cendres. Après des régénérations répétées, le FAP doit être retiré pour être nettoyé par un procédé externe spécial ou remplacé. La régénération gère la suie, mais pas les cendres.

Le GPF sur les moteurs à essence : Quelle différence avec le diesel ?

Le filtre à particules n'est pas propre aux seuls moteurs diesel. Le GPF - également connu sous le nom d'OPF ou de PPF - capture les fines suies et particules émises par les moteurs à essence, permettant ainsi de respecter les normes d'émissions. De par sa structure, il s'agit d'un filtre en nid d'abeille céramique fonctionnant généralement selon une conception à écoulement pariétal (wall-flow) : Lorsque les gaz d'échappement traversent le filtre, les particules sont retenues sur les parois des cellules. La position de montage est significative : Le GPF est installé à proximité du catalyseur ou intégré à celui-ci en un seul corps. Grâce à cette position, la ligne d'échappement chauffe rapidement ; ce qui est favorable pour la propreté du filtre.

Pourquoi une utilisation urbaine fréquente sollicite-t-elle ces systèmes ?

Le prérequis de la régénération est la température. Pour que le DPF puisse brûler la suie accumulée, une température d'environ 600 °C est nécessaire dans l'échappement. La conduite urbaine en dessous de 40 mph empêche d'atteindre cette température ; la régénération passive s'arrête et l'accumulation de suie dans le filtre s'accélère. Lors des trajets de moins de 15-20 km, le moteur atteint rarement la température de fonctionnement nécessaire à la régénération passive. Sur les trajets courts, la régénération ne démarre parfois jamais ou est annulée avant la fin du trajet. Les trajets courts répétés alimentent les problèmes de DPF, car le véhicule n'atteint pas la température d'échappement complète ou ne parvient pas à terminer la régénération.

C'est une réalité souvent exprimée par les utilisateurs de véhicules diesel : Le moteur peut être en parfait état sous le capot, mais la chaîne d'échappement a besoin de chauffer régulièrement. Un diesel utilisé uniquement sur de courtes distances peut devenir incapable de nettoyer lui-même son filtre. La question qui vient naturellement à l'esprit du lecteur : désactiver complètement le système. Dans les débats sur la suppression de l'EGR, face aux allégations d'augmentation de puissance, la suppression du système élève les températures de combustion et peut augmenter l'usure du moteur et le stress du turbo ; elle augmente en revanche considérablement les émissions de NOx. De plus, si l'EGR n'est pas supprimé en même temps que le DPF, la charge de suie et les températures de régénération du DPF augmentent encore davantage - les deux systèmes ne peuvent pas être considérés indépendamment l'un de l'autre.

Comment fonctionnent le catalyseur et toute la chaîne d'échappement ?

Pour compléter le tableau, il faut examiner le premier maillon de la chaîne. Le catalyseur est un dispositif de contrôle des émissions qui convertit les gaz toxiques et les polluants sortant du moteur en substances moins toxiques : Il réduit le monoxyde de carbone, les hydrocarbures et les oxydes d'azote. Les moteurs essence comme diesel utilisent ces dispositifs pour éliminer les principaux polluants. Sur la plupart des véhicules diesel modernes, le DPF et le catalyseur fonctionnent ensemble pour se conformer aux réglementations strictes sur les émissions.

Si l'on considère l'ensemble de la chaîne, la répartition des tâches est claire :

  • EGR - réduit dès le départ la formation de NOx à l'intérieur du cylindre.
  • Catalyseur / DOC - convertit les composants de monoxyde de carbone, d'hydrocarbures et de NOx dans l'échappement.
  • DPF - capture la suie et se nettoie lui-même par régénération.
  • SCR - convertit les NOx partant vers l'échappement en azote et en eau inoffensifs grâce à la solution d'urée injectée.

Le dysfonctionnement d'un maillon fait peser une charge sur l'autre. Si l'EGR ne fonctionne pas correctement, le contrôle des NOx est reporté hors du cylindre ; si la régénération ne peut pas s'achever, la contre-pression étouffe le moteur. Ce qui maintient le moteur propre, c'est le fonctionnement de cette chaîne dans son ensemble.

L'EGR raccourcit-il ou prolonge-t-il la durée de vie du moteur ?

La réponse à cette question n'est pas unilatérale. D'un côté, le retour non filtré des gaz d'échappement peut, sur les diesels, laisser la suie entrer dans le cylindre, provoquer l'usure des segments et la contamination de l'huile ; vu sous cet angle, l'EGR raccourcit la durée de vie du moteur. De l'autre, l'EGR pouvant abaisser les températures du cylindre, il peut protéger le moteur - notamment en ce qui concerne la durée de vie des soupapes d'échappement. Les deux effets agissent en sens opposés ; lequel l'emporte dépend des conditions d'utilisation et de la propreté avec laquelle le système est maintenu. Sur le plan du rendement aussi, le tableau est mitigé : Sur un diesel, la recirculation EGR peut réduire le rendement thermodynamique et augmenter les émissions de particules ; sur certains moteurs essence, elle peut en revanche améliorer le rendement. Les configurations EGR refroidi sont associées à une baisse de rendement d'environ 3 %. Pour toutes ces raisons, certains moteurs modernes préfèrent atteindre leurs objectifs d'émissions sans recourir du tout à l'EGR - la technologie n'est pas une voie obligatoire, mais un outil d'équilibre.

Conclusion : Un moteur qui reste propre, un moteur qui chauffe régulièrement

L'EGR et le DPF/GPF ne sont pas des alternatives mais des compléments : L'un supprime la formation de NOx à l'intérieur du cylindre, l'autre brûle dans l'échappement la suie restante. Leur pire ennemi à tous les deux est le même : une utilisation courte et lente qui ne permet jamais d'atteindre la température d'échappement nécessaire. Rouler régulièrement sur une distance suffisante avec un véhicule diesel, utiliser un carburant de qualité et éviter les conditions qui nourrissent les dépôts de carbone figurent parmi les conditions nécessaires et suffisantes au bon fonctionnement de ces systèmes. Lorsque le système est encrassé, la solution n'est souvent pas un nettoyage ponctuel, mais une révision des habitudes d'utilisation.

Sources