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Bobcatalog 2011

DE L'AIR PLUS PRORE POUR TOUS

Partie 1 : l’évolution de la propreté de l’air en amérique du nord et l’impact des réglementations sur les émissions des moteurs sur votre activité

Une chose est claire — l’air que nous respirons est de plus en plus propre, grâce à des années de travail de la part des constructeurs de moteurs et d’équipements, encouragés par les agences pour l’environnement et par le Clean Air Act.

Bref historique des développements en matière de propreté de l'air

Depuis le milieu du XXème siècle, le gouvernement américain — et d'autres gouvernements dans le monde — travaillent pour rendre l'air qui nous entoure plus propre. Aux Etats-Unis, ces actions ont commencé en 1955, lorsque le Congrès américain a voté le Air Pollution Control Act. C'était la première fois que le gouvernement identifiait officiellement la pollution atmosphérique comme un problème national et définissait la pollution comme un risque pour la santé et le bien-être des personnes. Cette loi a également marqué le début du financement de méthodes de recherche pour améliorer la qualité de l'air.

Huit ans plus tard, le Congrès votait le Clean Air Act original de 1963. Cette loi établissait des normes sur les émissions des sources fixes de pollution (ex. centrales électriques, aciéries). En 1965, un amendement du Clean Air Act intitulé le Motor Vehicle Pollution Control Act a établi les premières normes fédérales sur la réduction des émissions pour les automobiles, en commençant par les modèles de 1968.

Création de l'EPA

Une autre étape importante dans la lutte pour un environnement plus propre a été la création de l'Agence de Protection de l'Environnement, connue sous le nom d'EPA. Cette agence a été créée en 1970 à l'occasion de l'extension du Clean Air Act. L'EPA a été créée — en partie — pour aider à appliquer les réglementations établies par le Clean Air Act amendé. La nouvelle version du Clean Air Act a établi de nouvelles normes nationales pour la qualité de l'air ambiant et des normes de rendement de "sources nouvelles" réglementant rigoureusement les émissions d'une nouvelle source (par ex. automobiles, usines) pénétrant dans une zone.

Une partie de l'extension du Clean Air Act concernait également les nouvelles normes relatives aux émissions dangereuses des véhicules à moteur. Elles incluaient le monoxyde de carbone, les hydrocarbures, les oxydes d'azote, le plomb et les particules. Ces émissions sont toujours d'une importance capitale aujourd'hui et représentent la majeure partie des normes sur les émissions — telles que Tier 4 Interim et Tier 4 Final — exigées pour le futur.

Pour lutter contre les émissions dangereuses des véhicules à moteur, l'industrie automobile a incorporé le pot catalytique. Il a été introduit en 1975 comme méthode de réduction des émissions automobiles. Il est rapidement devenu une pièce essentielle du système d'échappement des véhicules.

Amendement 1977

La mise à jour importante suivante du Clean Air Act a été apportée en 1977. Les amendements incluaient la création de la New Source Review (Examen des sources nouvelles), chargée d'aider les anciennes installations (centrales électriques, usines de production, etc.) qui étaient jusqu'alors soumises au Clean Air Act, à effectuer des essais environnementaux et installer des contrôles de la pollution à l'occasion d'extensions des installations. En outre, l'amendement de 1977 a établi pour la première fois des normes sur le plomb dans l'essence utilisée dans les véhicules, tels que les automobiles et les camions légers.

Le dernier amendement du Clean Air Act digne d'intérêt date de 1990. Il mettait l'accent sur l'interdiction de l'essence au plomb après 1995; il abordait les problèmes des pluies acides, la disparition de la couche d'ozone et la pollution toxique de l'air; et il créait un programme national de permis intitulé "échange des droits d'émission." Son but était d'encourager les entreprises à réduire la pollution atmosphérique grâce à des primes destinées à encourager le respect des réglementations sur la qualité de l'air. Les entreprises pouvaient acheter des crédits d'émission pour émettre des volumes spécifiques de pollution — ou des permis d'échange avec d'autres entreprises — mais elles n'avaient pas le droit de dépasser un certain plafond.

Amendement 1990

Peu après les amendements de 1990 du Clean Air Act, de nouvelles normes sur les émissions ont été annoncées pour les voitures et les camions légers. Il s'agissait d'un système à deux niveaux mis en place en 1994, qui a pris fin en 2010. Entretemps, les poids lourds et les bus se sont également conformés aux nouvelles exigences relatives aux émissions. Le niveau final pour les voitures, les camions légers, les poids lourds et les bus, est comparable aux émissions Tier 4 pour les engins non routiers. Les engins de travaux publics ont été la dernière catégorie à se conformer aux contrôles de qualité de l'air, mais les engins non routiers entrent actuellement dans les phases finales des normes EPA sur les émissions pour éliminer pratiquement tous les polluants nocifs.

PARTIE 2 : NORMES EPA POUR ENGINS NON ROUTIERS

L'impact exact que les normes EPA sur les émissions ont sur les engins non routiers — comme les machines Bobcat — peut être difficile à comprendre, et il est encore plus compliqué de déterminer ce que les constructeurs — y compris Bobcat — apportent à leurs équipements pour les rendre conformes aux réglementations EPA. Le reste de cet article tente d'expliquer, à un niveau élevé, les implications des normes EPA sur les émissions des engins non routiers et les technologies disponibles pour aider les entreprises comme Bobcat à se conformer aux réglementations Tier 4 Interim et Tier 4 Final.

Avantages pour la santé

Tout d'abord, de l'air plus propre est bénéfique à tout le monde. Cela peut sembler évident, mais la recherche a montré que des améliorations considérables sur la santé, notamment au niveau respiratoire, ont été obtenues grâce aux modifications des normes sur la propreté de l'air. Des études ont révélé que les efforts faits par l'EPA ont permis de réduire les polluants atmosphériques, notamment les deux substances les plus nocives, à savoir les particules solides (PM) et les oxydes d'azote (NOx). D'ici la fin de 2010, l'EPA a estimé que les émissions de NOx seraient réduites d'environ un million de tonnes par an. Cette quantité équivaut à retirer de la circulation 35 millions de véhicules de tourisme. Mieux encore, d'ici 2030, L'EPA prévoit que, chaque année, l'air plus propre évitera 12.000 décès prématurés, 8.900 hospitalisation et 1 million de journées de travail perdues.

Les bénéfices sur la santé sont donc tous positifs, mais quelles ont été les actions concrètes de l'EPA depuis l'entrée en vigueur des premières réglementations sur la propreté de l'air pour les moteurs diesel des véhicules non routiers, en 1995? Le principal objectif de l'EPA était de mettre en place un programme national destiné à réduire les émissions nocives provenant des moteurs diesel des véhicules non routiers. Pour cela, l'Agence a encouragé les constructeurs d'équipements à mettre en place des contrôles des moteurs et des carburants afin d'éliminer ou de réduire les niveaux de particules et de NOx dans les gaz d'échappement des moteurs diesel.

Observons les cinq étapes individuelles depuis leur mise en place:

Tier 1

L'étape 1 concernait le premier groupe de normes sur les émissions adoptées et réglementées par l'EPA pour les nouveaux moteurs diesel de véhicules non routiers. L'objectif de Tier 1 était de réduire les émissions de NOx des moteurs diesel de véhicules non routiers d'environ 30 pour cent. Le délai pour les équipements Bobcat était de 1998 à 2004, en fonction de la puissance du moteur. Pour se conformer aux exigences Tier 1, Bobcat a dû apporter quelques modifications simples au système de combustion du moteur. La méthode de combustion du carburant diesel dans les cylindres du moteur a été modifiée.

Tier 2

La deuxième étape des réglementations sur les moteurs diesel de véhicules non routiers est entrée en vigueur en 2004. L'objectif de ces réglementations était de réduire le NOx, les particules et les hydrocarbures. Le Tier 2 a duré de 2004 à 2007. Là aussi, Bobcat s'est conformé à ces exigences. Sur certaines machines Bobcat, il a fallu incorporer un système d'injection directe pour se conformer aux normes Tier 2. D'autres méthodes ont été mises en oeuvre e pour garantir la conformité aux exigences des normes Tier 2. L'injection directe a été utile dans l'amélioration de l'efficacité du carburant et l'abaissement des coûts globaux d'exploitation pour certains propriétaires de Bobcat. L'injection directe a amélioré le rejet de chaleur du moteur vers le circuit de refroidissement de la machine; certains moteurs ont donc fonctionné à des températures plus froides pour améliorer la durée de vie du moteur.

Note: Cela ne s'appliquait pas à toutes les machines Bobcat.

Tier 3

En 2008, les réglementations EPA Tier 3 sont entrées en vigueur. Ces réglementations sur les émissions ne s'appliquaient qu'aux machines Bobcat équipées de moteurs de puissance supérieure à 75 hp. Les équipements Bobcat équipés de moteurs de puissance inférieure sont passés de Tier 2 à Tier 4 Interim ou Tier 4 Final. L'objectif de Tier 3 concernait à nouveau le NOx; pour le réduire d'environ 37 pour cent par rapport à Tier 2. Pour se conformer aux réglementations Tier 3 pour les machines ayant une puissance comprise entre 75 et 100 hp, Bobcat a introduit un procédé de recirculation des gaz d'échappement refroidis (CEGR). Des composants supplémentaires ont été ajoutés pour que les machines Bobcat soient conformes aux réglementations.

Tier 4 Interim et Tier 4 Final

Il s'agit des dernières étapes mises en place par l'EPA dans le cadre de ses réglementations sur la réduction des émissions des moteurs diesel de véhicules non routiers. A ce stade, les délais imposés pour se conformer aux normes varient beaucoup entre les différentes étapes. Ils ont commencé en 2008 et continueront jusqu'en 2015 lorsque les réglementations Tier 4 Final seront complétées.

La bonne nouvelle est que de nombreuses machines Bobcat sont déjà conformes à Tier 4 Interim (25-75 hp) ou à Tier 4 Final (moins de 25 hp). C'est le cas des machines Bobcat équipées de moteurs ayant une puissance inférieure à 75 HP car les normes sur les émissions étaient moins sévères. Ces machines présentent des réductions de 50 pour cent des particules et sont conformes aux exigences relatives aux carburants diesel a faible teneur en soufre et ultra-faible teneur en soufre. Les machines Bobcat équipées de moteurs diesel ayant des gammes de puissance comprises entre 75 et 100 hp ne seront pas conformes à Tier 4 Interim avant 2012 et seront conformes à Tier 4 Final en 2015.

PARTIE 3 : Tier 4 Interim et technologies Tier 4

Maintenant que nous avons eu un aperçu de l'historique des normes EPA sur les émissions, il est temps de passer en revue les technologies à la disposition des constructeurs pour obtenir la conformité iT4/T4. Il s'agit d'une liste complète des technologies disponibles, à un niveau élevé, et pas nécessairement la façon dont les équipements Bobcat obtiendront la conformité iT4/T4.

Les constructeurs de moteurs ont déterminé que le système d'injection est un point essentiel pour atteindre les niveaux des émissions EPA pour les moteurs diesel de véhicules non routiers pour iT4/T4. Les systèmes d'injection influencent la consommation de carburant, le couple, le bruit et les niveaux d'émission des moteurs diesel.

HPCR

Circuit de carburant à rampe commune haute pression (HPCR)

Système de 0carburant à rampe commune haute pression (HPCR)

Le système d'injection a fait l'objet d'une attention particulière dans le développement de moteurs diesel propres. Le système HPCR est un système d'injection évolué qui régule la pression du carburant et le calage de l'injection. Le système HPCR détermine comment et quand le carburant est injecté dans le moteur. Il prélève tout d'abord le carburant et lui applique une pression très élevée (entre 22.000 et 34.000 psi). La rampe emmagasine le carburant à haute pression et le délivre aux injecteurs.

Pression de carburant

  • La pompe applique une pression extrême au carburant (entre 22.000 et 34.000 psi).
  • La rampe commune emmagasine le carburant sous pression.
  • Les injecteurs délivrent le carburant au moteur.

Calage de l'injection

L'unité de commande électronique contrôle l'injecteur avec précision pour permettre plusieurs injections de carburant pendant chaque cycle de combustion.

Avantages du HPCR

La pression extrême transforme le carburant en brouillard très fin lorsqu'il quitte les injecteurs. Le brouillard de carburant brûle plus complètement.

  1. Coûts d'exploitation réduits : Lorsque le carburant brûle plus complètement, il en faut moins pour faire tourner le moteur. Le résultat est une économie de carburant améliorée.
  2. Gaz d'échappement plus propres : Lorsque le carburant brûle plus complètement, il en reste moins dans les gaz d'échappement après la combustion. Le résultat est une propreté supérieure des gaz d'échappement.
    Lorsque le carburant est injecté plusieurs fois pendant chaque cycle de combustion, la combustion dure plus longtemps pour générer davantage d'énergie et réduire la pression de crête des cylindres du moteur:
  3. Performances améliorées: La production de plus d'énergie pendant la combustion permet d'obtenir un couple de sortie supérieur de la part du moteur.
  4. Confort amélioré du conducteur: La réduction de la pression de crête des cylindres du moteur permet de réduire les niveaux de bruit du moteur.
Fig. 1

Fig. 1

Système de post-traitement

La bonne nouvelle pour les constructeurs de moteurs de véhicules non routiers est la suivante: Les constructeurs de voitures et de camions légers se sont conformés aux réglementations EPA il y a plusieurs années et ont mis au point des technologies qui ont été testées dans des moteurs de véhicules non routiers. Ces systèmes de post-traitement prélèvent les gaz d'échappement du moteur diesel qui ont déjà été générés par le moteur et les nettoient en utilisant une ou plusieurs des méthodes suivantes:

  • Oxydation catalytique
  • Chaleur
  • Filtration
  • Fluide d'échappement diesel (FED)
Fig. 2

Fig. 2

Ces dispositifs de post-traitement utilisent la filtration, la chaleur et l'oxydation catalytique pour réduire les émissions des gaz d'échappement des moteurs diesel. Ils sont généralement associés les uns aux autres dans une cartouche unique. Ensemble, ils réduisent de nombreuses émissions mais, mieux encore, ils réduisent les particules solides.

Systèmes DOC/FPD
Les catalyseurs d'oxydation diesel (DOC)

Les gaz d'échappement du moteur sont transformés par le catalyseur d'oxydation diesel pour réduire les particules. Le catalyseur d'oxydation diesel est un catalyseur spécial qui réagit au contact des gaz d'échappement du moteur. La réaction transforme les émissions de particules des gaz d'échappement en substances inoffensives telles que l'eau et le dioxyde de carbone. Voir Figure 1.

Fig. 3

Fig. 3

Le FPD (Filtre à particules pour moteurs diesel)

Les gaz d'échappement du moteur sont filtrés par le filtre à particules diesel pour réduire les particules. Le FPD est un système de filtration spécial à "écoulement par paroi en céramique" qui sépare davantage les particules des gaz d'échappement du moteur. Voir Figure 2.

Régénération du FPD

Pour maintenir la propreté et l'efficacité du FPD, on utilise la température élevée des gaz d'échappement pour brûler les particules accumulées dans le filtre. Cette procédure de nettoyage du FPD est appelée "régénération." Voir Figure 3.

Fig. 4

Fig. 4

Réduction catalytique sélective (RCS)

Les gaz d'échappement du moteur sont transformés par RCS pour réduire les oxydes d'azote (NOx). Le système RCS utilise un liquide à base d'ammoniac et d'eau appelé fluide d'échappement diesel (FED). En combinant les gaz d'échappement au FED, on obtient une réaction avec un catalyseur RCS. Cette réaction transforme le NOx nocif en azote et en vapeur d'eau sans danger. Voir Figure 4.