Nouvelles

Mar 17, 2023

Se préparer aux convertisseurs catalytiques le jour de la Terre

Dan Carney | 22 avril 2020 Smog de Los Angeles, 1973. Source de l'image : EPA États-Unis

Dan Carney | 22 avril 2020

Smog de Los Angeles, 1973. Source de l'image : EPA

Le US Clean Air Act de 1970 a imposé des restrictions radicales sur les sources de pollution quelques mois seulement après le premier Jour de la Terre, le 22 avril de cette année-là, il y a un demi-siècle.

Il s'avérait que les voitures contribuaient considérablement à la pollution de l'air et que le smog étouffait non seulement des endroits évidents comme Los Angeles, mais aussi des villes comme Louisville, Ky., Phoenix, Arizona et Tacoma, Washington, qui ne sont normalement pas considérés aujourd'hui comme des points chauds de pollution. Cela se voit sur les photos du programme Documerica de l'Environmental Protection Agency qui a photographié l'impact de la pollution en 1970.

En réponse à la Clean Air Act et à un resserrement des règles dans une mise à jour de 1990 de la loi, les constructeurs automobiles ont été tenus d'éliminer pratiquement la plupart de la pollution dite «critère» produite par les voitures. Les principaux critères d'émission sont le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote, les hydrocarbures imbrûlés et les particules, ainsi que l'ammoniac et le soufre. Le soufre est principalement une préoccupation pour les véhicules à moteur diesel en raison de la présence de cet élément dans le carburant diesel.

Les fabricants ont réagi en développant des convertisseurs catalytiques, une technologie inventée par l'ingénieur français Eugène Houdry en 1950 à la suite de la publication des premières études sur le smog à Los Angeles. Selon le site Web soutenu par l'industrie, catalyticconverters.com, Engelhard Corporation a créé le premier convertisseur catalytique de production au monde en 1973.

Test des émissions des véhicules sur un dynamomètre. Source de l'image : EPA

Les convertisseurs catalytiques utilisent des métaux précieux tels que le platine et le palladium stratifiés sur un nid d'abeilles en céramique, qui, lorsqu'ils sont chauffés, facilitent la décomposition des polluants en éléments constitutifs bénins, en eau et en C02. Certains convertisseurs ont également utilisé des billes de céramique recouvertes de métal précieux, mais les nids d'abeilles sont devenus la norme de l'industrie, car les fabricants ont augmenté l'efficacité et réduit la quantité de métal précieux nécessaire.

"Les normes d'émissions des véhicules de l'EPA ont directement déclenché le développement et la mise en œuvre d'une gamme de technologies", a déclaré un porte-parole de l'EPA dans un communiqué fourni à Design News. "Le convertisseur catalytique automobile, en particulier, est considéré comme l'une des grandes inventions environnementales de tous les temps. Par rapport aux modèles de véhicules de 1970, les nouvelles voitures, VUS et camionnettes sont environ 99 % plus propres pour les polluants courants (hydrocarbures (HC), émissions de monoxyde de carbone (CO), d'oxydes d'azote (NOx) et de particules).

En effet, une réduction de 99 % de la pollution est sûrement l'une des grandes inventions environnementales de tous les temps. Ces améliorations n'ont pas été faciles, car les premières voitures à carburateur ne fonctionnaient pas bien, en termes de pollution, de puissance ou de maniabilité.

1975 Ford Mustang II Ghia. Source de l'image : Ford Motor Co.

Ford a introduit des catalyseurs dans la plupart de ses voitures pour l'année modèle 1975, en réponse à des normes fédérales plus strictes et à des exigences beaucoup plus restrictives en Californie. La Californie a imposé des réductions de 94 % pour les HC, 90 % pour le CO et 67 % pour les NOx par rapport aux voitures totalement non réglementées d'une décennie plus tôt, selon le communiqué de presse de Ford pour ses voitures de 1975.

Pour respecter ces règles, toutes les voitures de 1975 à destination de la Californie étaient équipées de catalyseurs, et la plupart des soi-disant voitures à 49 États qui se rendaient dans le reste du pays le faisaient également, avec celles propulsées par le plus petit moteur de l'entreprise à l'époque, le quatre cylindres de 2,3 litres à arbre à cames en tête, comme seule exception.

Chaque Ford de 1975 est passée de l'allumage classique à points à un allumage électronique plus puissant et des carburateurs à jets de carburant traditionnels à ceux utilisant des tiges de dosage plus précises à la place. De plus, le passage au carburant sans plomb qui était nécessaire pour protéger le fonctionnement du convertisseur catalytique a nécessité le passage à des soupapes d'échappement durcies, qui étaient auparavant lubrifiées par l'additif de plomb dans le carburant.

Le résultat de ces changements était moins de puissance des moteurs à tous les niveaux. La sportive Mustang II Mach I, équipée du V8 petit bloc 302, était évaluée à une puissance dérisoire de 140 chevaux, contre 220 ch pour le moteur Mustang équivalent en 1969 et 290 ch pour le Boss 302 amélioré. C'était encore pire pour le modèle californien. , qui ne produisait que 122 ch à partir de son petit bloc 302 autrefois musclé.

Mais la même loi de Moore qui a rendu nos PC et nos téléphones si puissants a également fourni des systèmes de gestion de moteur intelligents pour coordonner les systèmes d'injection de carburant avec les dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement afin d'éliminer pratiquement la pollution une fois que le moteur de la voiture et son convertisseur catalytique ont atteint la température de fonctionnement.

En 1995, ce même Ford 302 V8 de la Mustang avait été restauré à 215 ch en version standard et 240 ch en configuration à haut rendement, tout en produisant encore moins de pollution pour respecter les limites de pollution plus strictes de deux décennies plus tard. Naturellement, les progrès se sont poursuivis au cours du quart de siècle qui s'est écoulé depuis.

"Les catalyseurs et les filtres d'aujourd'hui ont une efficacité très élevée avec un taux de réduction supérieur à 95 à 98 % des polluants tels que les hydrocarbures, le monoxyde de carbone, l'oxyde d'azote et les particules", a noté. Rolf Brück, responsable des catalyseurs et des filtres, Vitesco Technologies, qui est une division de Continental.

Le défi consiste à amener le catalyseur à la température de fonctionnement le plus rapidement possible au démarrage, car c'est la période où la plupart des pollutions sont créées par les voitures propres d'aujourd'hui. En effet, 70 à 80 % des émissions s'échappent dans les premières secondes après le démarrage, selon Brück. C'est un défi particulier pour les trajets de courte distance, a-t-il ajouté.

Pire encore, les technologies destinées à améliorer l'efficacité et à réduire les émissions de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (qui, en tant que gaz inerte, n'a jamais été considéré comme un polluant à l'aube de l'ère du contrôle des émissions) peuvent exacerber le problème du maintien du catalyseur dans sa phase chaude. plage de température de fonctionnement.

Les moteurs diesel ont des températures d'échappement plus froides, en particulier en conduite urbaine, a-t-il souligné. Les moteurs diesel en ville à faible charge sont un défi car les températures sont si basses que les catalyseurs ne fonctionnent pas de manière efficace », a déclaré Brück.

De même, les véhicules à essence modernes équipés de systèmes d'arrêt/démarrage automatiques du moteur, et en particulier les véhicules hybrides, dont les moteurs à combustion peuvent être éteints pendant de longues périodes, rendent difficile le maintien du bon fonctionnement du catalyseur.

"Les futurs systèmes d'échappement ont, par exemple par la gestion thermique via le chauffage actif du catalyseur, la tâche de nettoyer les émissions de manière robuste indépendamment du comportement du conducteur ou de l'environnement", a-t-il expliqué. "Il en va de même pour les véhicules électrifiés comme les hybrides. Ici, le défi consiste à amener le catalyseur à la température de fonctionnement respectivement pour le maintenir à la température de fonctionnement lorsque la voiture est conduite électriquement."

La solution, comme elle l'a été tout au long de la durée de vie des convertisseurs catalytiques, sera l'application continue de la technologie pour contrôler les circonstances aussi précisément que possible. "La bonne combinaison d'électrification et de gestion thermique du catalyseur est capable de réduire encore plus les émissions tout en réduisant la consommation de carburant et donc le CO2", a conclu Brück.

Le résultat est un échappement automobile plus propre et un ciel plus clair que les prévisions les plus optimistes auraient pu prédire le Jour de la Terre 1970.

Ce catalyseur Continental utilise du carburant diesel injecté pour chauffer le catalyseur. Source de l'image : Continental

ARTICLES LIÉS:

Dan Carney est rédacteur en chef de Design News, couvrant la technologie, l'ingénierie et la conception automobiles, en particulier les véhicules électriques émergents et les technologies autonomes.

Plus d'informations sur les formats de texte