Post on 03-Apr-2015
Conférencier
Olivier Bellavigna-Ladoux, ingénieur, M. Ing.
Président, ProLad Expert Inc.Ingénierie légale: véhicules et équipements motorisés
www.prolad.ca
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Efficacité énergétique et émissions polluantes des moteurs des véhicules commerciaux
***
Horizon 2020 pour les technologies en réduction des émissions polluantes et en efficacité
énergétique
Congrès ASMA 2012« Quelles sont les nouvelles technologies qui trouveront leur place dans les moteurs
de véhicules lourds de demain? »
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Ordre du jour
Historique du moteur Diesel
Le moteur de 1967 à aujourd’hui
L’évolution des normes EPA
Les options technologiques du moteur Diesel
La réglementation de l’EPA de 2013 à 2018
Technologies à venir en efficacité énergétique
Les carburants et technologies alternatifs
Période de questions
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012 3
Remerciements
De nombreux graphiques et images de cette présentation sont tirés de documents obtenus de Monsieur Michel Bergeron, Vice-président chez Cummins Est du Canada
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012 4
Historique du moteur Diesel
• Fruit des travaux de l'ingénieur allemand Rudolf Diesel
• Développe l’idée d’un moteur à combustion interne dont l'allumage n'est pas commandé mais spontané, par phénomène d'auto-inflammation.
• Il n'a donc pas besoin de bougies d'allumage.
• Cela est possible grâce à un très fort taux de compression (rapport volumétrique) d'environ 14:1 à 25:1, permettant d'obtenir une température de 700 à 900 °C
5
Il y a près de 120 ans (1893-1897)…
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Le moteur d’aujourd’hui, comparé au moteur de 1967…
• Développe plus de puissance
• Consomme moins de carburant
• Est plus durable et plus fiable
• Est plus compact et plus léger
• Coûte moins cher en dollars constants
et génère 90% moins d’émissions polluantes qu’en 1967
1967 2007
621ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Injecteur >>
Injecteur >>
75 C°75 C°
DieselDiesel
680 C°680 C°
Air compressé
Air compressé
Mélange riche diesel
/ air
Mélange riche diesel
/ air
550 C°550 C°
1330 C°1330 C°
Produits de la
combustion riche : CO,
HC, PM
Produits de la
combustion riche : CO,
HC, PM
2430 C°2430 C°
NOxNOx
CO2, H2O
CO2, H2O
7
Combustion Diesel 101
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
ÉVOLUTION DES NORMES « EPA »
821ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Évolution des normes d’émissions polluantes pour les
véhicules… de plus en plus strictes et visant à réduire la
pollution atmosphérique due au transport routier.
1967 2012
Moteur + Carburant + Système antipollution + Lubrifiant + Camion
Intégration et harmonisation des différents composants et systèmes
921ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
SCR
Gestion électronique du moteurInjection électronique
EGR & DPF
1990 2000 2010
Refroidisseur d’air de suralimentation “air-air”
Les grandes étapes technologiquesvers le zéro émissions
NO
x et MP
1021ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
La norme ‘EPA’ des Matières Particulaires
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1967 1985 1988 1991 1994 1998 2002 2007 2010
Dieselà 5000 ppm
Le niveau de MP chute de 90% à 0.01g
Diesel à 500 ppm
Diesel à 15 ppm
1121ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
g/bhp-hr
Filtre à Matières Particulaires (DPF)
Céramique Platine
1221ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
02468
10121416
1967 1985 1988 1991 1994 1998 2002 2007 2010
La norme ‘EPA’ de NOx g/bhp-hr
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Le niveau de NOx chute de 98% à 0.2g
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OPTIONS TECHNOLOGIQUES DU MOTEUR DIESEL
1421ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Diesel #2 EPA 2010Principe EGR léger
Filtre à particules
Filtre du reniflard
Réservoir DEF (Diesel Exhaust
Fluid - Urée)
URÉE
Catalyseur SCR
(Selective Catalytic
Reduction)
Module de contrôledu DEF
Turbo à géométrie variable et EGR
1521ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Catalyseur SCR
Les matières particulaires (MP) sont emprisonnées dans le
filtre à particules (DPF)
Le DEF est vaporisé dansle flux d’échappement
Le DEF se transforme en ammoniaque (NH3) et se
mélange aux gas d’échappement
L’ammoniaque (NH3) et lesNOx réagissent pour former
de l’azote et de l’eau
Les gaz d’échappement quittent le moteur avec les polluants NOx et MP
Principe de l’EGR léger & DPF/DEF/SCR
1621ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Diesel #2 EPA 2010 Principe de l’EGR Massif
TC
TC
Filtre du reniflard
Filtre à Particules
Double turbos
compresseurs en série
Valve EGR
Refroidisseur EGR
Refr
oid
isse
ur
air-a
ir
TC
35% à 50% de recirculation des gaz d’échappement
1721ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Moteurs MaxxForce de Navistar International(5 juillet 2012 CA annonce abandon graduel de cette technologie à partir de 2013)
RÉGLEMENTATION « EPA » 2013-2018
1821ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Monitorage du moteur – Seuils d’émissions• Système de carburation• Système EGR/traitement d’air• Capteurs et actuateurs, lumières et interrupteurs…
Monitorage de post-traitement – Seuils d’émissions• Filtre à particules (DPF)• Réduction catalytique sélective (SCR)• Réservoir du liquide/urée ( DEF)
Niveau d’information exigé
• Outil partie externe• Facilité de réparation
ECM• Moniteurs/algorithmes• Enregistrement de
fautes
Lumière mf
Système de monitorage du véhicule • Système de refroidissement• Capteurs, actuateurs, interrupteurs et lumières témoin
Cummins Confidential
Système de diagnostic embarqué (OBD)Obligatoire en 2013
1921ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
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arb
ura
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2010 2014
Règlementation proposée par l’EPA et le DOT concernant la réduction des émissions des GES
2013 2018
10/15/20%
20
Pour la première fois, dès 2014, application d’un standard de réduction de consommation de carburant pour les véhicules lourds.
Réduction imposée de la consommation de carburant entre 2014 et 2018: - Camions tracteurs: 20% (4 gallons à chaque 100
miles)- Gros pick-ups: 15% (1 gallon à chaque 100
miles)- Autobus et camions porteurs : 10% (1 gallon à
chaque 100 miles)
530 millions de barils de pétrole économisés pendant la vie des camions construits entre 2014 et 2018
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Règlementation proposée par l’EPA et le DOT concernant la réduction des émissions des GES
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- Pour les utilisateurs finaux, économie de carburant de l’ordre de 50 milliards de dollars
- Aucune augmentation significative des coûts d’entretien- Pour les motoristes, continuation de l’application des
technologies telles que DPF, DEF, EGR, SCR- Pour les manufacturiers de camions, travaux au niveau de
l’aérodynamisme, poids des camions et “rolling resistance”
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
TECHNOLOGIES ALTERNATIVES
2221ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Biodiesel• Mélange de 2 @ 20% à du pétrodiesel
• Provenant de matières végétales, de gras d’animal ou
d’huile de friture
• Doit être produit industriellement avec de
l’énergie...fossile
• Il faudrait le double des surfaces cultivées
mondialement pour
permettre au parc actuel de rouler
• Point trouble et qualité à considérer
B5-B2021ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012 23
Biogaz
Tous les sites d’enfouissements génèrent des biogaz.
Le biogaz est un gaz combustible, un mélange de méthane à 65% et de CO2 à 35%. Une énergie renouvelable issue de la biomasse.
L’épuration du biogaz en arrive à une composition similaire au gaz naturel et sert à alimenter les moteurs au gaz naturel.
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Gaz Propane Liquéfié Mélange de Diesel et de propane
2521ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Véhicule faisant appel à deux stockages d'énergie distincts pour se mouvoir, dont l'un de nature électrique
• De 25 à 50 % plus économique en carburant et en entretien que les systèmes conventionnels• Hybride électrique
diesel• Hybride hydraulique
• Fonctionne à très haute tension ou pression
• Autonomie limitée, encombrant et lourd
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Motorisation Hybride
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Hydrogène
• Souvent évoqué comme carburant
du futur
• Très loin d’être aussi concentré en
énergie que le pétrole
• Doit être très fortement comprimé
pour fournir une
autonomie satisfaisante
• N’existe pas à l’état naturel
• La production d’hydrogène demande
beaucoup d’énergie
• Fuel cell - Autre option considérée
(génération d’électricité)21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012 27
Gaz Naturel Compressé
• Explosions provoquées par des bougies d’allumage • Dispositif de post-traitement passif simple• Convertit et réduit trois éléments des émissions
polluantes:
• HC, CO et NOx• Rencontre la vie utile requise par l’EPA • Ne requiert aucun entretien préventif
NOxCOHC
NCO2H2O
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Gaz Naturel Liquéfié EPA 2010
Filtre à particules
Filtre du reniflard
RéservoirDEF
URÉE
Catalyseur SCR
Module de contrôledu DEF
2921ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Composants du Gaz Naturel Liquéfié
3021ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Châssis de camion classe 8: principales composantes pour Gaz Naturel Liquéfié
3121ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Technologies disponibles au Québec en ce moment
Le biodiesel
Le biogaz
Technologie diesel EGR léger
Technologie diesel EGR massif
Technologie gaz naturel compressé
Technologie gaz naturel liquéfié
Technologie gaz propane
Technologie hybride
3221ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Applications des technologies alternatives
3321ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012
Questions?
21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012