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Rapports de recherche scientifique

Année de publication

2004

Langue

Français

Résumé

Ce rapport présente les résultats d’essais en laboratoire effectués afin de démontrer les bénéfices de la technologie hybride diesel-électrique par rapport à une technologie diesel classique. Une chargeuse-navette classique de 1,5 verge cube équipée d’un moteur Deutz F4L912W de 49 hp est comparée à une chargeuse-navette hybride équipée d’un moteur Deutz F2L2011 de 31 hp utilisé pour charger un groupe de batteries. Les batteries alimentent un moteur électrique de capacité suffisante pour effectuer les tâches de la chargeuse-navette classique. Le véhicule hybride est décrit en détail dans un autre rapport. Ce travail fait partie d’une initiative visant à concevoir et à réaliser une chargeuse-navette hybride qui sera construite et mise à l’essai dans une mine souterraine.

En théorie, les avantages d’un système hybride par rapport à un système classique équivalent devraient être appréciables du point de vue de la quantité des émissions toxiques. Premièrement, la puissance requise au niveau du moteur diesel est de beaucoup inférieure pour la configuration hybride, comparativement au véhicule classique. De plus, les simulations numériques ont démontré qu’il est possible de faire fonctionner le moteur diesel du véhicule hybride en régime constant à un mode de fonctionnement optimal. Le moteur sera mis à l’arrêt ou sous faible régime de fonctionnement lorsque le niveau de charge des batteries aura atteint une valeur prédéfinie. Cette façon de faire élimine la plupart des cycles de fonctionnement transitoire observés durant les cycles de travail pour ce type de véhicule en milieu minier. Une quantité importante de substances toxiques est produite pendant ces périodes de fonctionnement transitoire. De plus, les moteurs diesels sont conçus pour fonctionner à un régime élevé, ce qui signifie que l’utilisation d’un plus petit moteur diesel dans un véhicule hybride devrait être beaucoup plus efficace en comparaison avec la chargeuse classique. Enfin, les profils de température des gaz d’échappement seront probablement très stables, prévisibles et relativement élevés. Ceci pourrait rendre l’utilisation des filtres à particules diesels à haute efficacité très simple et la régénération contrôlée des filtres pourrait se faire sur une base beaucoup plus régulière.

La comparaison des deux systèmes a été faite à partir de la mesure des particules et des gaz émis lors de cycles de travail simulés sur banc d’essais. Le moteur de la chargeuse classique a été mis à l’essai dans des conditions de fonctionnement transitoires réalistes, tandis que le moteur du véhicule hybride a été essayé à divers modes de fonctionnement selon des régimes de couple et de vitesse constants. Tous ces essais ont été effectués au laboratoire diesel des Laboratoires des mines et des sciences minérales (LMSM) du CANMET à Bells Corners. La simulation des modes de fonctionnement des moteurs a été faite grâce à un banc d’essais et un dynamomètre à courant alternatif. Pour comparer les deux types de chargeuses, les débits d’air propre nécessaires, afin de diluer les produits des gaz d’échappement à un niveau sécuritaire, ont été calculés en utilisant l’indice de la qualité des émissions (IQE). De plus, un filtre à particules diesels CATTRAP™, fabriqué par Engine Control Systems (ECS) Ltd., a été mis à l’essai sur la chargeuse-navette hybride et sur la chargeuse-navette classique. Les résultats de cette évaluation ont démontré que la température des gaz d’échappement de la chargeuse-navette classique n’était jamais assez élevée pour initier le processus de régénération du filtre à particules. D’autre part, la température des gaz d’échappement du véhicule hybride était assez élevée pour brûler les poussières diesels accumulées dans le filtre, et ce, dans plusieurs modes de fonctionnement.

Les résultats des essais démontrent des réductions importantes des émissions de particules et de gaz, et donc des besoins en ventilation en ce qui concerne les véhicules hybrides. L’utilisation d’un filtre sur la chargeuse-navette classique est problématique à cause des températures de gaz d’échappement insuffisantes pour entraîner la régénération du filtre. Les besoins de ventilation pour la chargeuse hybride, équipée d’un filtre, pourraient être réduits de l’ordre de 48% à 67% en comparaison avec la chargeuse classique à échappement non-filtré.

Mots-clés

Gaz d'échappement, Exhaust gas, Véhicule hybride, Hybrid vehicle, Moteur diesel, Diesel engine, Chargeuse, Loader, Description du matériel, Description of equipment, Essai du matériel, Equipment testing, Évaluation des résultats, Evaluation of results

Numéro de projet IRSST

0099-2140

Numéro de publication IRSST

R-374

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