Pour que certains véhicules diesel répondent aux normes d'émission, ce qui doit être ajouté est quelque chose auquel la plupart des gens ne peuvent pas penser. En raison des problèmes d’émissions, les oxydes d’azote doivent être traités. Il existe deux manières de résoudre le problème des émissions. L’une est la prévention, qui consiste à freiner l’apparition de problèmes dès les premiers stades de leur développement. Une approche est la gouvernance, qui implique une conclusion efficace-après l'apparition d'un problème. Ces deux méthodes sont respectivement appelées prétraitement et post-traitement. Le pré-traitement s'attaque à la cause profonde, tandis que le post-traitement traite les symptômes. Les émissions des moteurs diesel sont principalement constituées d'oxydes d'azote (NOx) et de particules (PM) (dont la suie (DS)), suivies par les HC. Comparés aux moteurs à essence, les moteurs diesel contiennent beaucoup moins de CO et de HC, mais beaucoup plus de PM.
Les normes européennes d'émission pour les moteurs diesel sont les suivantes : Au début des années 1990, de nombreuses technologies se sont développées rapidement avec l'aide du contrôle électronique (par exemple, Denso du Japon a lancé la rampe commune à haute pression). Grâce à des améliorations apportées à la chambre de combustion, aux règles d'injection de carburant, à l'admission et à l'échappement, etc., il a été possible de compléter la purification à l'intérieur de la machine. Cependant, que ce soit en Europe ou en Chine, un tournant a été franchi avec la quatrième étape des normes d'émission. Il n’est plus possible de compter uniquement sur le prétraitement pour répondre aux normes actuelles. Le CO sert de preuve d'une combustion complète ou non.
Les normes sont restées inchangées dans les étapes suivantes, ce qui indique essentiellement que continuer à optimiser la combustion pour réduire les émissions est une tâche plutôt difficile. Comme mentionné précédemment, les émissions les plus importantes des moteurs diesel sont les NOx et les PM. Le traitement des particules repose principalement sur des filtres à particules (DPF), tandis que les NOx sont principalement traités par réduction catalytique. Les NOx constituent également une émission relativement cruciale pour les moteurs à essence. Les émissions de NOx des moteurs à essence et des moteurs diesel ne sont pas très différentes. Bien entendu, le contrôle des moteurs diesel est plus difficile, mais ils sont fondamentalement du même ordre de grandeur. Ce n’est qu’à la troisième étape des normes d’émission européennes que les émissions de NOx ont été officiellement répertoriées comme un élément distinct.
Les principales conditions de formation de NOx sont une température élevée et une richesse en oxygène. La température des gaz d'échappement d'un moteur à essence est légèrement supérieure de 100 à 200 degrés à celle d'un moteur diesel, mais elle est fondamentalement la même lors du passage à travers une section de pipeline jusqu'à la section de post-traitement. Le traitement ultérieur pour contrôler les NOx est principalement réalisé via un catalyseur à trois-voies. Parmi les trois métaux précieux, le rhodium et le Rh peuvent catalyser la réduction des NOx en azote gazeux par un agent réducteur à une température relativement basse. L'agent réducteur peut être H2 ou CO.
Cependant, ce type de réaction de réduction dépend fortement de la concentration en oxygène dans l’environnement. Une fois que la concentration en oxygène dépasse une certaine limite, cette réaction REDOX est difficile à réaliser efficacement. C'est la condition préalable. Qu'il s'agisse d'un moteur à essence ou d'un moteur diesel, le processus de combustion peut essentiellement être divisé en période de latence (préparation à l'allumage), période d'allumage rapide (libération rapide d'énergie) et période de post-combustion (le carburant qui n'a pas été complètement brûlé pendant la période d'allumage rapide continue de libérer de l'énergie). Cependant, avant la période de postcombustion d'un moteur diesel, on pense généralement qu'il y a une période de combustion lente-. Pendant cette période, la combustion est encore rapide et la pression à l’intérieur du cylindre ne cesse d’augmenter. Mais le piston a dépassé le point mort haut et a commencé à descendre, et le volume du cylindre continue d'augmenter. La combustion doit être suffisamment rapide pour que l’augmentation de la pression contrecarre l’effet de l’expansion du volume du cylindre. Par conséquent, dans l’ensemble, le taux d’augmentation de la pression est plus lent que celui de la période de combustion rapide-.
Pendant la période de post-combustion, en raison de la présence de gaz d'échappement et de produits intermédiaires générés pendant les périodes de combustion rapide et de combustion lente, la concentration en oxygène a déjà commencé à diminuer. Si la concentration en oxygène est insuffisante, cela entraînera une forte détérioration de la combustion du carburant restant, entraînant une combustion incomplète, une efficacité économique réduite, une augmentation des émissions de particules et d'autres effets. Ce phénomène des moteurs diesel est assez grave. L'effet de la suralimentation apportera ici de nombreux avantages (en fait, les turbocompresseurs sont presque standard pour les moteurs diesel de nos jours), les moteurs diesel ont donc besoin d'une combustion enrichie en oxygène-. Cependant, la combustion enrichie en oxygène-est la raison pour laquelle le contrôle des NOx dans les moteurs diesel est plus difficile. Compte tenu de la dépendance mentionnée précédemment des convertisseurs catalytiques à trois voies à la concentration en oxygène, il est irréaliste pour les moteurs diesel d'utiliser les convertisseurs catalytiques à trois voies des moteurs à essence.
Bien entendu, il existe également une contradiction dans la régulation de la combustion dans le cylindre, à savoir la difficulté de concilier NOx et PM, l’un augmentant et l’autre diminuant. La méthode de traitement des NOx avec de l'urée est appelée SCR (Selective Catalytic Reduction), qui possède une sélectivité catalytique extrêmement forte. Les agents réducteurs utilisés dans la SCR peuvent être diverses substances à base d'ammoniac-, telles que l'ammoniac gazeux (NH3), l'ammoniaque (NH4OH), l'urée (NH2) (2CO) et même certains HC. Lors de l'utilisation d'ammoniac, la température de travail doit être comprise entre 250 et 500 degrés C. Les réactions pertinentes sont les suivantes : Si la température est trop basse, la réaction ne peut pas se dérouler efficacement ; s'il est trop élevé, cela endommagera le pot catalytique et provoquera l'oxydation directe de l'agent réducteur, ce qui entraînera une consommation accrue de l'agent réducteur et la formation de nouveaux NOx.
Si de l’eau ammoniaquée est utilisée comme agent réducteur, l’effet est remarquable. Il peut réduire les émissions de NOx de plus de 95 %. Cependant, l’ensemble de la machine nécessite un système de contrôle très complexe et l’odeur de l’eau ammoniaquée est extrêmement difficile à accepter. D’une manière générale, il est donc plus pratique d’utiliser de l’urée. Lorsque la solution aqueuse d'urée est supérieure à 200 degrés, du NH3 sera produit. De cette manière, grâce au système d’injection et de contrôle, les NOx peuvent être traités efficacement.
L'ECU calcule la concentration des émissions de NOx en fonction de la vitesse de rotation du moteur diesel et du volume d'injection de carburant, estime le taux de conversion des NOx grâce à la théorie de l'urée et à la température du convertisseur catalytique SCR, et calcule la quantité de NH3 requise. Enfin, le volume d’injection d’urée actuellement requis est obtenu grâce à la relation entre NH3 et urée.
L'efficacité est assez considérable. Le taux de conversion exigé par Euro IV n'est que de 50 %.
Pour les émissions, la combinaison des technologies de pré-traitement et de post-traitement est également assez particulière, et un compromis doit être trouvé entre performances et coût.
