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#1 25-04-2018 14:28:00

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[Technologie diesel] Recirculation des gaz d'échappement (EGR)

Recirculation des gaz d'échappement (EGR)

Les moteurs essence BMW actuellement n'utilisent pas un système EGR "externe" plus conventionnel. L'EGR sur les moteurs à essence BMW est considéré comme un système «interne» qui est réalisé via le système de commande variable de l'arbre à cames (VANOS).

Le système VANOS modifie le calage de l'arbre à cames pour obtenir une quantité précise de chevauchement des soupapes. Le chevauchement des soupapes permet l'apparition d'une certaine quantité d'EGR, réduisant ainsi considérablement le NO X

Généralement, les moteurs à essence répondent à un débit EGR d'environ 5 à 15%. Les moteurs à essence BMW peuvent bénéficier de la méthode «interne» d'EGR grâce à la conception du moteur et aux stratégies de gestion du moteur.

Dans le cas des moteurs diesel, qui fonctionnent en mode constamment pauvre, la teneur en NOX dans les gaz d'échappement est beaucoup plus élevée. Par conséquent, la méthode "EGR interne" n'est pas capable de réduire suffisamment les NOx à des niveaux acceptables. Ainsi, les moteurs diesel BMW utilisent un système EGR externe pour répondre à ces besoins. Les moteurs diesel bénéficient de taux de RGE aussi élevés que 50% dans certaines conditions d'exploitation. Contrairement aux moteurs à essence, les moteurs diesel peuvent introduire l'EGR au ralenti. Cela est dû au fait que le gazole a une accélération au ralenti. Cela permet de réduire les émissions de NOx au ralenti, c'est-à-dire quand un diesel est le plus pauvre. Les gaz d'échappement recirculés, qui sont mélangés à l'air frais et agissent comme gaz inerte, permettent d'obtenir ce qui suit:

• Une concentration plus faible d'oxygène et d'azote dans le cylindre,
• Réduction de la température de combustion maximale jusqu'à 500 ° C. Cet effet est encore accru si les gaz d'échappement recirculés sont refroidis.

La soupape EGR est située dans le boîtier des gaz. Les gaz d'échappement sont acheminés du collecteur d'échappement vers le carter d'étranglement. Il y a une connexion à l'extrémité avant du collecteur à cet effet. Connecté ici est la soupape EGR, qui contrôle le volume de gaz d'échappement recirculés.

Recirculation des gaz d'échappement


Le recyclage des gaz d'échappement est l'une des méthodes utilisées pour réduire les émissions de NOx dans un moteur diesel. En introduisant des gaz d'échappement dans le courant d'admission, la quantité d'oxygène dans la chambre de combustion est réduite, ce qui entraîne des températures plus basses de la chambre de combustion. Les systèmes EGR diffèrent entre le E70 et le E90. Les deux véhicules utilisent le "EGR haute pression", mais le E70 utilise un système supplémentaire "EGR basse pression". Le système EGR basse pression est nécessaire dans le E70 en raison de son poids supplémentaire et de ses charges opérationnelles plus élevées (c.-à-d. Le remorquage, etc.).

EGR basse pression

Le système EGR connu a été étendu par l'EGR basse pression sur le E70. Ce système offre des avantages en particulier pour les charges élevées et les régimes moteur. C'est pourquoi il est utilisé dans le modèle E70 plus lourd car il est souvent utilisé dans les plages de charge les plus élevées.

L'avantage est basé sur le fait qu'une plus grande masse totale de gaz d'échappement peut être recirculée. Ceci est rendu possible pour deux raisons:

• Température de gaz d'échappement inférieure - Le gaz d'échappement pour l'EGR basse pression est prélevé à un point où une température plus basse prévaut que dans l'EGR haute pression. Par conséquent, les gaz d'échappement ont une densité plus élevée permettant ainsi une masse plus élevée.

De plus, les gaz d'échappement sont ajoutés à l'air d'admission frais avant le turbocompresseur d'échappement, c'est-à-dire avant le refroidisseur intermédiaire, où il est davantage refroidi. La température inférieure du gaz total permet un taux d'EGR plus élevé sans augmenter la température dans la chambre de combustion.

• Recirculation avant le turbocompresseur d'échappement - Contrairement à l'EGR haute pression où les gaz d'échappement sont amenés à l'air de suralimentation déjà comprimé, dans ce système les gaz d'échappement sont ajoutés à l'air d'admission avant le turbocompresseur d'échappement.
Une pression plus faible règne dans cette zone dans toutes les conditions de fonctionnement.
Ceci permet de recycler un grand volume de gaz d'échappement même à un régime et à une charge plus élevés du moteur, alors que ceci est limité par la pression de suralimentation dans l'EGR haute pression.

Système EGR basse pression

Systeme-EGR-basse-pression_20180422-0932.png

Le graphique suivant montre le contrôle du système EGR avec EGR basse pression:

le-systeme-EGR-avec-EGR-basse-pression.png

Comme déjà mentionné, l'EGR basse pression présente le plus grand avantage à des charges plus élevées et n'est donc activé, en fonction de la carte caractéristique, que dans ce mode de fonctionnement.

Cependant, l'EGR à basse pression n'est jamais actif seul mais fonctionne toujours avec l'EGR à haute pression. Ajouté à cela, il n'est activé qu'à une température de liquide de refroidissement supérieure à 55 ° C. La vanne EGR basse pression est fermée à partir d'un certain niveau de charge, de sorte que seule la vanne EGR haute pression est à nouveau active. Cela signifie que le taux d'EGR est continuellement réduit.

Le système EGR basse pression est situé sur le côté droit du moteur, juste à côté du filtre à particules diesel et de l'étage basse pression de l'ensemble turbo. Le gaz d'échappement est dérivé directement après le filtre à particules diesel et amené à l'air d'admission avant le compresseur pour l'étage basse pression.

le-systeme-EGR-avec-EGR-basse-pression-2.png

Le graphique suivant montre les composants de l'EGR basse pression:

les-composants-de-l-EGR-basse-pression.png

Il y a un filtre à tamis métallique à mailles fines situé à l'entrée des gaz d'échappement du filtre à particules diesel au système EGR à basse pression. Le but de ce filtre est de garantir qu'aucune particule du revêtement, en particulier dans un nouveau filtre à particules diesel, ne puisse pénétrer dans le système EGR basse pression.

De telles particules nuiraient aux pales du compresseur du turbocompresseur d'échappement.
Le filtre à tamis métallique doit être installé lors du montage du refroidisseur EGR basse pression sur le filtre à particules diesel, sinon le turbocompresseur risque d'être endommagé.

les-composants-de-l-EGR-basse-pression-2.png

Turbocompresseur d'échappement

Le moteur américain est équipé du même bi-turbo variable que la version européenne, cependant, l'ensemble turbo est modifié en raison de la basse pression EGR.
D'une part, l'entrée de l'EGR basse pression est située sur le carter du compresseur pour l'étage basse pression. D'autre part, les roues du compresseur sont revêtues de nickel pour les protéger des gaz d'échappement.

EGR à haute pression

La recirculation des gaz d'échappement connue à ce jour est appelée ici EGR haute pression afin de la différencier de l'EGR basse pression.

Par rapport à la version européenne, l'EGR haute pression est équipé des caractéristiques spéciales suivantes:

• Vanne EGR électrique avec retour de position
• Capteur de température avant la soupape EGR haute pression
• Refroidisseur RGE avec bypass.

EGR-a-haute-pression_20180422-0953.png

Le système d'actionnement électrique de la vanne EGR permet un dosage exact de la quantité de gaz d'échappement recirculés. De plus, cette quantité n'est plus calculée uniquement sur la base des signaux du capteur de masse d'air et du capteur d'oxygène à film chaud, mais les signaux suivants sont également utilisés:

• Voyage de la soupape EGR à haute pression
• Température avant la soupape EGR à haute pression
• Différence de pression entre la pression des gaz d'échappement dans le collecteur d'échappement et la pression de suralimentation dans le collecteur d'admission.

Cela permet un contrôle encore plus précis du taux d'EGR.

Le refroidisseur EGR sert à augmenter l'efficacité du système EGR. Cependant, atteindre la température de fonctionnement aussi vite que possible est prioritaire aux basses températures du moteur.
Dans ce cas, le refroidisseur EGR peut être contourné afin de chauffer la chambre de combustion plus rapidement. A cet effet, il existe une dérivation qui détourne le flux de l'échappement autour du refroidisseur EGR.

Cette dérivation est actionnée par un volet qui, à son tour, est actionné par une unité de vide. La dérivation est soit seulement dans la position «Ouvert» ou «Fermé».

Le-contournement.png

Contrôle EGR

La soupape EGR s'ouvre en appliquant une dépression à la connexion de dépression (9). Le vide presse le diaphragme (1) contre le ressort (10) et la tête de soupape EGR est soulevée du manchon à lame (4). Gaz d'échappement (5) peut maintenant passer au-delà de la tête de soupape EGR dans l'orifice d'admission.

Controle-EGR.png

Les gaz d'échappement se mélangent maintenant avec l'air d'admission de la soupape d'étranglement (2) et sont dirigés sous la forme d'un mélange air-gaz d'échappement frais (6) vers le moteur. Le manchon à lame présente l'avantage que, lorsque la vanne EGR est fermée, les dépôts formés sur le manchon sont éliminés par la forme de la lame, assurant ainsi une fermeture fiable de la vanne EGR. De cette manière, une bague de cokéfaction est empêchée de se former sur la surface du siège de soupape.

Refroidissement EGR

L'utilisation d'un refroidisseur EGR augmente l'efficacité de la recirculation des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement refroidis peuvent évacuer plus d'énergie thermique de la combustion et ainsi réduire la température de combustion maximale. En effet, le gaz d'échappement "refroidi" permettra de recycler un plus grand volume de gaz d'échappement.

Le refroidisseur EGR est situé dans la face frontale avant de la culasse. Il est fourni avec le liquide de refroidissement du système de refroidissement dans le carter de vilebrequin directement en aval de la pompe de liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement s'écoule à travers le refroidisseur EGR et, dans le processus, autour des tuyaux transportant les gaz d'échappement recirculés. La chaleur est transférée au liquide de refroidissement. Après avoir traversé le refroidisseur EGR, le liquide de refroidissement s'écoule dans la culasse.

Refroidissement-EGR.png


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