Minimiser les émissions de polluants grâce aux technologies de détection de la pression

Minimiser les émissions de polluants grâce aux technologies de détection de la pression

Les mesures de rappels de véhicules ont de vastes conséquences dans l’industrie automobile. Les constructeurs subissent généralement des baisses de réputation conséquentes et de fortes augmentations des coûts. Les propriétaires de véhicules, quant à eux, réagissent avec colère et incertitude. Le scandale de ces dernières années sur la manipulation des niveaux d’émissions polluantes a provoqué de vives réactions. Les autorités gouvernementales ont alors réagi en imposant de nouvelles procédures de test.

L’industrie automobile a déclenché une véritable crise de rappels de véhicules au cours de ces deux dernières années. Rien qu’aux États-Unis, près de 51 millions de véhicules ont été rappelés en 2015 par l’Administration américaine de la sécurité de la circulation routière (NHTSA). Ce chiffre dépasse de loin le nombre de véhicules vendus cette même année, bien que les véhicules rappelés n’étaient pas tous liés au scandale des émissions polluantes. Près de 11 millions de ces véhicules proviennent du scandale du « dieselgate » impliquant le constructeur Volkswagen. Les pertes engendrées sont colossales.

La pression exercée sur les coûts de production et la complexité croissante des systèmes intégrés aux véhicules engendrent une propension accrue aux erreurs et aux mesures de rappel qui en résultent. Ce défi doit être relevé par le biais de systèmes de contrôle améliorés et encore plus fiables – de la part des constructeurs et des fournisseurs, ainsi que des organes de contrôle gouvernementaux qui sont responsables du suivi des spécifications légales. Un équipement de mesure de haute qualité est donc nécessaire afin de fournir des résultats précis dans diverses conditions et garantir une conformité (ou post-conformité) optimale aux normes en vigueur. Un important arriéré de demandes a depuis été ouvert à cet égard.

Les meilleures technologies de mesure de pression pour les meilleurs moteurs à combustion

Dans le développement des moteurs à combustion, des capteurs de pression de haute précision sont nécessaires. Lors de l’analyse de la combustion, ils permettent des mesures exactes de la pression dans les cylindres, ainsi que des pressions d’admission et d’échappement. Les capteurs de pression absolue (échanges de gaz) et les capteurs haute pression (mesures de la pression d’injection) doivent également être de la plus haute qualité car le potentiel de réduction des polluants est très conséquent, en particulier pour la pression d’injection. Les particules des moteurs à essence peuvent être réduites par une augmentation de la pression d’injection. Certains constructeurs s’emploient déjà à augmenter les pressions d’injection jusqu’à 350 bars, voire plus.

Les mesures mobiles d’émissions polluantes sont en cours

Le Nouveau cycle européen de conduite (NEDC) est en cours d’introduction par les organismes de réglementation des États pour les mesures d’échappement et de consommation. Comme nous l’avons vu, les procédures de test ont donné aux constructeurs la liberté d’influencer les mesures à leur avantage, puisque les véhicules ne sont examinés que dans une installation de tests et non dans des conditions réelles.

Lorsque le scandale de manipulation des émissions polluantes a éclaté, le Comité d’experts de l’Union européenne a décidé en mai 2015 que les émissions d’homologation de type devaient être testées dans des conditions de conduite réelles (RDE) à partir de la fin 2017. Les conditions de laboratoire pour les contrôles conventionnels seront complétées par une procédure empêchant l’utilisation de dispositifs de coupure pendant les tests. Le véhicule à tester sera examiné sur une piste ouverte et donc soumis à des conditions variables. En outre, des procédures aléatoires de freinage et d’accélération seront également effectuées.

 

Relever ces nouveaux défis en utilisant des solutions modulaires de capteurs de pression

La procédure RDE impose des contraintes particulières aux technologies de mesure de pression. Pour l’optimisation des valeurs d’émissions des moteurs à combustion, l’accent est mis sur la mesure de la pression absolue et relative. Compte tenu des nouvelles procédures de mesure, les technologies de mesure doivent fonctionner de manière fiable dans une plage de températures étendue. Que les tests soient effectués dans des conditions hivernales ou estivales, les valeurs mesurées doivent être parfaitement fiables pour donner une image réaliste des données d’échappement. Cependant, un fonctionnement à des pressions plus élevées peut permettre de réduire significativement les émissions polluantes. Les pressions élevées doivent ainsi être mesurables, et les technologies de détection doivent pouvoir fonctionner dans les applications mobiles sans défaillance.

Les solutions standard ne permettent pas de satisfaire ces objectifs de mesure et sont même à l’origine du problème. Les défis spécifiques exigent des solutions spécifiques. La précision et la flexibilité des instruments est également un facteur essentiel pour obtenir des mesures fiables dans différentes applications. Ce n’est qu’en suivant cette trajectoire que l’efficacité des coûts et la précision des mesures peuvent être conciliées. Dans ce contexte, il est clair que les systèmes modulaires sont la solution idéale. Ils peuvent être adaptés aux exigences individuelles des constructeurs et donner ainsi des résultats extrêmement fiables. Cela représente un avantage particulier dans le développement de nouveaux moteurs, car les adaptations peuvent être effectuées de manière directe et rapide.

Depuis près de 30 ans, nos clients bénéficient au quotidien de ces avantages de modularité. En tant que principal fabricant de systèmes de mesure modulaires spécifiques, nous pouvons fournir des solutions sur-mesure optimisées aux attentes et aux impératifs des constructeurs, dans des délais très courts. Du point de vue des mesures de pression, il n’existe aucun obstacle au développement de nouveaux moteurs économes en carburant et aux essais en conditions réelles.

Les tests de pression hydraulique des trains d’atterrissage

Les tests de pression hydraulique des trains d’atterrissage

Imaginez-vous au commande de votre propre avion par une belle journée ensoleillée. Vous préparez votre approche sur la piste d’atterrissage et actionnez l’interrupteur pour activer le circuit hydraulique du train d’atterrissage. Soudain, une alarme de basse pression retentie et le train d’atterrissage refuse de se déployer. Ça sonne comme un vrai problème! Entre deux respirations saccadées, vous aurez probablement quelques mots tendres à l’attention des ingénieurs qui ont conçu ce système hydraulique. Tout pilote est en droit d’exiger un système d’atterrissage fiable et sans faille, n’est-ce pas? En tant qu’ingénieurs, il est de notre responsabilité de concevoir des systèmes hydrauliques irréprochables. Mais comment garantir une parfaite fiabilité? Bien que les composants, les caractéristiques et les attributs d’un avion soient différentes d’un appareil à un autre, un facteur universel permet de garantir une réelle fiabilité: les tests de pression hydraulique! Lors de ces tests, nous mettons à l’épreuve les systèmes, nous tentons de les endommager, puis nous les testons à nouveau! Nous avons donc besoin de capteurs de pression capables d’offrir des mesures cohérentes et précises pour analyser les variables de nos systèmes hydrauliques et les ajuster finement. Dans la suite de cet article, nous explorons les capacités d’un capteur de pression qui répond exactement à nos impératifs: le capteur haute précision ATM.1ST de STS.

Pour développer notre schéma de mesure des pressions hydrauliques, nous devons d’abord déterminer les données exactes que nous souhaitons collecter. Le terme «pression» est un terme générique qui englobe de nombreux composants d’un système hydraulique: la pression de l’accumulateur, la pression d’alimentation de la pompe, la pression du régulateur, la pression de décharge, etc. Heureusement, STS a mis au point un capteur de pression capable de collecter des données dans n’importe lequel de ces sous-composants. Le capteur haute précision ATM.1ST de STS est conçu selon une approche modulaire et adaptable. Pour nous ingénieurs, cela nous permet de choisir les caractéristiques et les capacités de chaque sous-composant du capteur afin que le dispositif de mesure soit parfaitement adapté à l’environnement auquel il est destiné.

Attardons-nous sur les sous-composants de ce capteur. Premièrement, nous avons le choix des matériaux pour presque chaque partie du capteur afin de garantir une excellente solidité et durabilité d’ensemble. Par exemple, le boîtier et le transducteur peuvent être construits en acier inoxydable ou en titane, en fonction des pics de pression possibles et de la configuration hydraulique.  

La sélection des matériaux ne se limite pas uniquement au boîtier. Nous pouvons également choisir le matériau du joint pour notre capteur: élastomères Viton, EPDM, Kalrez et NBR. Étant donné que le fluide hydraulique est le même dans tout le système de train d’atterrissage, le matériau choisi pour le joint pourra être employé dans l’ensemble du système. L’un des autres facteurs qui nécessitent une cohérence d’ensemble est la précision globale des capteurs. Heureusement, la gamme de capteurs de haute précision ATM.1ST de STS répond parfaitement à cette caractéristique. Ces capteurs bénéficient de précisions de 0,25 %, 0,1 % et 0,05 % PE et permettent de garantir la précision et la cohérence de nos données tout au long des tests.

Les deux dernières sélections modulaires qui sont déterminantes pour nos tests de train d’atterrissage sont les connexions électriques et les raccords de pression. Nous pouvons choisir entre des câbles en polyuréthane, en polyéthylène ou en éthylène propylène fluoré, ainsi qu’une gamme de connecteurs différents. Le choix des raccords de pression, des diaphragmes, des connecteurs DIN et autres éléments, est entièrement à notre discrétion. Bien que ce grand nombre de combinaisons différentes puisse sembler un peu écrasant, cela nous permet de constituer un capteur de pression qui s’insérera de manière optimale dans nos configurations de tests, sans entraîner de modification particulière de la configuration ou des processus.  

Revenons maintenant à nos essais de train d’atterrissage. Au fur et à mesure que nous développerons et testerons le système hydraulique pour obtenir un fonctionnement parfait du train d’atterrissage, nous aurons besoin de données provenant de plusieurs emplacements dans le système. Comme mentionné ci-dessus, nous disposons d’un accumulateur qui permet d’atténuer les variations de pression dans le système. En tant qu’ingénieurs, nous devons pouvoir définir ces variations de manière précise. Cela semble être un emplacement parfait pour un capteur de test!

Le régulateur de pression nécessite également une surveillance accrue. Lorsque la pression fluctue en raison de l’ouverture et de la fermeture des vannes, ou de toute irrégularité dans le système, le régulateur se déclenche pour garantir que la pression reste dans la plage spécifiée. Il s’agit donc d’un autre élément crucial à surveiller lors du développement de notre train d’atterrissage. Heureusement, nous disposons maintenant des ressources nécessaires pour choisir un capteur de pression parfaitement personnalisé et qui s’intégrera facilement dans le système.

En résumé: Nous sommes chargés de développer un système de train d’atterrissage fiable via un programme de tests rigoureux. Le système hydraulique d’un tel mécanisme est extrêmement diversifié en termes de composants et d’emplacements potentiels pour les capteurs. Heureusement pour nous, STS a développé une petite merveille: le capteur de pression ATM.1ST. Ce capteur nous permet d’avoir une juridiction presque complète sur tous les aspects du capteur, y compris les matériaux, la précision, les joints et les connecteurs électriques. Pour faire court, ce capteur de haute précision nous permet de concevoir un processus de test simplifié et robuste, dans lequel les capteurs de test complètent notre configuration existante.

Mettre la pression sur l’avènement du moteur sans arbre à cames

Mettre la pression sur l’avènement du moteur sans arbre à cames

Sous l’impulsion des réglementations draconiennes appelant à réduire les émissions de gaz d’échappement et à améliorer la consommation de carburant, les constructeurs accordent des efforts conséquent à l’amélioration du processus de combustion: ils ont essayé d’ouvrir les soupapes d’admission plus tôt (appelé cycle de Miller), ils ont essayé de les fermer plus tard (communément appelé le cycle d’Atkinson), et ils ont même essayé de créer un moteur hybride à allumage commandé/compression (allumage par compression à charge homogène), le tout avec des résultats limités.

Certains constructeurs utilisent des systèmes comportant plusieurs lobes de cames, mais cela reste un compromis car seuls quelques profils peuvent être utilisés simultanément.

Remplacer les arbres à cames par des vérins pneumo-hydro-électroniques

Le moteur sans arbre à cames utilise un vérin pneumo-hydro-électronique pour remplacer le procédé traditionnel de contrôle du fonctionnement des soupapes d’un moteur à combustion interne. Il en résulte un contrôle beaucoup plus précis et entièrement personnalisable de la levée et du calage des soupapes (en admission et en échappement): la levée et le calage des soupapes peuvent être ajustés librement d’une soupape à une autre et d’un cycle à un autre. Ce vérin permet également de multiples calages par cycle, ou aucun calage par cycle (ce qui entraîne une coupure totale du cylindre).

Bien que ce système offre un contrôle complet des fonctions d’admission et d’échappement, ainsi qu’une masse réduite et plus compacte (un 4 cylindres en ligne: 20 kg, 50 mm de hauteur et 70 mm de longueur), il est crucial de contrôler précisément les pressions pneumatiques et hydrauliques pour obtenir un fonctionnement efficace.

Cartographier les pressions au cours du développement

Pour déterminer les pressions de fonctionnement requises au fonctionnement des soupapes à différents régimes et à différentes charges, il est essentiel que les pressions soient mesurées avec précision en temps réel.

Mais il ne s’agit pas d’une mince affaire: non seulement les capteurs de pression utilisés doivent être précis dans une large plage de températures de fonctionnement, mais ils doivent également être compacts et résistants aux vibrations, aux huiles chaudes et autres produits chimiques présents dans les compartiments moteur.

Étant donné qu’une petite poignée de fournisseurs à travers le monde est capable de fournir des capteurs de pression professionnels de haute qualité, les équipes de développement qui tentent de concevoir un moteur sans arbre à cames doivent s’assurer de choisir des capteurs adaptés et éprouvés.

Avec cette technologie, il est important que la pression pneumatique (utilisée pour actionner l’ouverture/fermeture des soupapes) et la pression hydraulique (qui joue le rôle de clapet et de maintien d’ouverte des soupapes) soient cartographiées avec précision pendant le développement.

Ces pressions sont contrôlées au moyen d’une unité de commande électronique qui détermine la levée, l’accélération et le calage en fonction de la charge du moteur, de la vitesse et des conditions ambiantes.

Si les équipes de développement réalisent correctement la cartographie de ce processus complexe, les avantages sont assez spectaculaires: il est possible d’extraire plus de 170 kW et 320 Nm de couple d’une unité quatre cylindres de 1,6 litre, ce qui représente 47 % de puissance en plus et 45 % de couple en plus qu’un moteur équivalent équipé d’un arbre à cames, tout en améliorant la consommation de carburant de 15 %.

Bien que les arbres à cames sont au cœur des performances des moteurs à quatre temps depuis plus d’un siècle, les soupapes actionnées par pression hydropneumatique pourraient bien équiper les moteurs à combustion dans un avenir proche.

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