Conférencier Olivier Bellavigna-Ladoux, ingénieur, M. Ing. Président, ProLad Expert Inc....

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

http://www.prolad.ca/

Congrès ASMA 2012« Quelles sont les nouvelles technologies qui trouveront leur place dans les moteurs

de véhicules lourds de demain? »


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


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)…


http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_%C3%A0_combustion_interne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_%C3%A0_allumage_command%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Point_d%E2%80%99auto-inflammation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bougie_d'allumage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Taux_de_compression

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


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


ÉVOLUTION DES NORMES « EPA »


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


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pollution_de_l'air

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transport

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


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


g/bhp-hr

Filtre à Matières Particulaires (DPF)

Céramique Platine


02468

10121416

1967 1985 1988 1991 1994 1998 2002 2007 2010

La norme ‘EPA’ de NOx g/bhp-hr

13

Le niveau de NOx chute de 98% à 0.2g


OPTIONS TECHNOLOGIQUES DU MOTEUR DIESEL


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


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


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


Moteurs MaxxForce de Navistar International(5 juillet 2012 CA annonce abandon graduel de cette technologie à partir de 2013)

RÉGLEMENTATION « EPA » 2013-2018


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


Éc

on

om

ie d

e c

arb

ura

nt

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


Règlementation proposée par l’EPA et le DOT concernant la réduction des émissions des GES

21

- 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”


TECHNOLOGIES ALTERNATIVES


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.


Gaz Propane Liquéfié Mélange de Diesel et de propane


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

26

Motorisation Hybride


http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrique

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


Gaz Naturel Liquéfié EPA 2010

Filtre à particules

Filtre du reniflard

RéservoirDEF

URÉE

Catalyseur SCR

Module de contrôledu DEF


Composants du Gaz Naturel Liquéfié


Châssis de camion classe 8: principales composantes pour Gaz Naturel Liquéfié


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


Applications des technologies alternatives


Questions?


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