Les Moteurs Essence HPi (Haute Pression d'Injection)
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- Un dispositif de post-traitement spécifique pour les oxydes d’azote (NOx)
En fonctionnant en mélange pauvre, le moteur HPi produit des gaz d’échappement riches
en oxygène ce qui a conduit PSA PEUGEOT CITROËN à développer un système de
post-traitement spécifique capable de traiter à la fois le monoxyde de carbone (CO), les
hydrocarbures imbrûlés (HC) et les oxydes d’azote (NOx), dans ces conditions particulières.
A la source, les NOx ont été réduits de façon significative, grâce à un taux important d’EGR
à 30 % (recirculation des gaz d’échappement).
Compte tenu de l’excès d’air en présence, il est impossible de traiter en continu les NOx
restants avec les catalyseurs trois voies traditionnels.
PSA PEUGEOT CITROËN a mis au point avec la société DMC
de traitement séquentiel comprenant une fonction de stockage et de déstockage des NOx.
Descriptif du dispositif de post-traitement
Il est constitué d’un pré-catalyseur de 0,8 litre situé près du collecteur d’échappement dont
la mission est de s’amorcer rapidement pour traiter le CO et les HC.
Un autre catalyseur de 3 litres, placé sous le plancher de la voiture, assure à la fois une
fonction de stockage et déstockage des NOx et une fonction trois voies classique.
La fonction de stockage est assurée par un sel dérivé du métal alcalino-terreux baryum,
qui présente une affinité chimique particulière pour les oxydes d’azote.
La fonction de stockage et de déstockage des NOx
Le revêtement actif du catalyseur est, entre autres, imprégné de platine, de palladium et
de rhodium, ainsi que de sel de baryum.
Lorsque le moteur fonctionne en mélange pauvre, les NOx, oxydés totalement en dioxyde
d’azote (NO2) sur le platine, sont stockés sous la forme de nitrate de baryum.
Périodiquement, en moyenne pendant trois secondes toutes les minutes, on procède à un
déstockage des NOx retenus dans le catalyseur en augmentant brièvement la richesse du
mélange de combustion.
Cette opération augmente la présence de CO et des HC qui agissent en tant que
réducteurs. Les NOx sont alors déstockés et réduits chimiquement en azote (N2) sur le
rhodium.
Cette séquence de stockage – déstockage est pilotée par le contrôle moteur. Elle s’effectue
en deux étapes, en toute transparence pour le conducteur :
-
à stockage-déstockage. Il déclenche le déstockage des NOx (en augmentant la richesse
du mélange) lorsque le sel de baryum est saturé.
-
présentes dans les gaz d’échappement.
Lorsqu’elle détecte une variation de la teneur en oxygène, correspondant au moment
où la totalité des NOx ont été traités par le CO et les HC présents en excès, le contrôle
moteur modifie le fonctionnement du moteur, pour revenir à une combustion en charge
stratifiée à mélange pauvre.
Le catalyseur peut alors reprendre sa fonction de stockage.
La place du catalyseur sur la ligne d’échappement et la fenêtre de fonctionnement
optimale
En mélange pauvre, le traitement des NOx dépend de la température des gaz
d’échappement. Au-delà de 500 °C, l’efficacité du catalyseur à stockage-déstockage des
NOx est fortement réduite.
Le catalyseur a donc été placé sur la ligne d’échappement en un point qui assure une
plage de température variant de 300 °C à 450 °C, fenêtre qui correspond à l’usage urbain
et durant laquelle le système traite plus de 90 % des NOx. La maîtrise de la pollution
urbaine de proximité est ainsi particulièrement bien prise en compte.
Sur route, lorsque la température dépasse les 500 °C, le contrôle moteur augmente la
richesse du mélange ce qui permet de retrouver une composition des gaz d’échappement
qui est traitée par la catalyse trois voies classique.
- Une baisse significative des consommations et du CO2
Le groupe PSA PEUGEOT CITROËN a conçu le moteur HPi en retenant les solutions
technologiques les plus performantes pour obtenir des gains significatifs de consommation
et ainsi réduire les émissions de gaz carbonique (CO
Le gain en consommation (en cycle mixte) est de 10 % par rapport au nouveau moteur
EW et de 19 % par rapport au moteur XU de précédente génération. En ville, selon le
cycle urbain (ECE), ces gains sont portés respectivement à 11 % et 21 %.
Une consommation en ville d’autant plus réduite que la conduite sera responsable
La combustion en charge stratifiée et mélange pauvre est aujourd’hui la seule solution qui
permette d’obtenir des gains de consommation significatifs.
Le fonctionnement en charge stratifiée est possible jusqu’à la mi-charge du moteur et
jusqu’à 3 500 tr/mn.
Cette plage d’utilisation couvre en réalité la quasi totalité de l’usage urbain.
Ainsi, plus l’automobiliste aura une conduite souple en ville, plus il gagnera en
consommation. A l’inverse, si sa conduite est rythmée par de vives accélérations,
le contrôle moteur imposera une augmentation de la richesse du mélange de combustion
pour obtenir la puissance demandée.
L’incidence du taux de soufre sur la consommation
Le soufre présent dans le carburant est oxydé, pendant la combustion, en dioxyde de
soufre (SO
même façon que les oxydes d’azote. Il vient s’y fixer et se transforme en sulfate de baryum,
chimiquement plus stable que le nitrate de baryum.
Le SO
Pour y remédier, le contrôle moteur doit déclencher périodiquement une régénération du
catalyseur en augmentant conjointement la température et la richesse des gaz
d’échappement.
Cette opération induit une augmentation momentanée de la consommation dont le
niveau est directement lié à la quantité de soufre présente dans le carburant.
Les 10 % de gains en consommation du moteur HPi sont obtenus avec un carburant dont
la teneur en soufre est de l’ordre de 150 ppm (partie pour million), niveau correspondant à
la réglementation européenne actuelle.
La diminution de la teneur en soufre à moins de 10 ppm, niveau que préconise l’ensemble
des constructeurs automobiles, permettra d’espacer les séquences de désulfatation du
catalyseur évitant ainsi de pénaliser les gains en consommation et donc d’améliorer encore
l’efficacité du HPi.
2 - Une augmentation du couple et de la puissance pour plus d’agrément
A cylindrée comparable, le moteur HPi offre des prestations améliorées en terme de
consommation, de couple et de puissance par rapport aux moteurs XU et EW.
Sur une base 100 Consommation Couple Puissance
à bas régime
| Sur une base 100 |
Consommation |
Couple à bas régime |
Puissance |
| Moteur XU 2 litres | 100 | 100 | 100 |
| Moteur EW 2 litres | 90 | 104 | 103 |
| Moteur HPi 2 litres | 81 | 110 | 106 |
Ces bons résultats sont notamment obtenus grâce :
A l’injection directe qui a permis d’améliorer la combustion, le rendement et la vivacité
du moteur.
A l’adoption d’une distribution à calage variable de l’arbre à cames pouvant
atteindre 20°.
Au rapport volumétrique (taux de compression) qui a été porté à 11,4 afin de privilégier
les gains de consommation et les performances.
3 - Des émissions à l’échappement bien maîtrisées
Dans les conditions d’homologation, les émissions du moteur HPi se situent très en deçà
de la réglementation européenne Euro 3 qui entrera en application en janvier 2001.
|
g/km (cycle mixte) |
CO |
HC |
NOx |
|
Norme Euro 3 en 2001 |
2,3 |
0,2 |
1,15 |
|
Moteur HPi |
0,5 |
0,075 |
0,06 |
|
Norme Euro 4 en 2005 |
1 | 0,1 | 0,08 |
Ces résultats montrent également qu’il est compatible avec la réglementation Euro 4 qui
entrera en vigueur en 2005.
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