Conférence de presse IFP 21 novembre 2006
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Quelles énergiesdans les transports de demain ?
Les réponses de l'IFP
Olivier Appert, Président de l'IFP
Philippe Pinchon, Directeur Moteurs-Énergie de l'IFP
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Dépendance du secteur transport (pétrole = transport)
En 2005, au niveau mondial, leEn 2005, au niveau mondial, lesecteur transport :secteur transport :
-- d déépend du ppend du péétrole trole àà 98% 98%
-- repr repréésente 50 % de lasente 50 % de laconsommation de pconsommation de péétroletrole
-- repr repréésente 20 % de lasente 20 % de laconsommation d'consommation d'éénergienergie
- suit une croissance annuelle- suit une croissance annuellede l'ordre de 2 % /ande l'ordre de 2 % /an
Faits marquantsFaits marquants
2,9%
1,1%
1,5%
38,7%
58,5%
0,3%
Essence
Gazole
Biocarb.
GPL
GNV
Consommation mondiale d'énergie dans
le secteur des transports en 20051,6GTEP
44MTEP
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3
Les principaux pays pétroliers
CEI6,2%
Irak10,7%
Iran8,5%
Indonésie0,5%
Océanie1,9%
Arabie Saoudite24,9%
Europe1,8%
Afrique du Nord4,1%
Afrique del’Ouest 3,0%
USA2,9%
Canada0,6%
Venezuela7,4%Mexique et
autres paysd’Amériquelatine 4,3%
Emirats11,6%*
Koweit9,2%
ASIE1,8%
OPEP 70 %OPEP 70 %Source: BP Statistical
Dépendance et risques géopolitiques accrus :l'urgence de la diversification énergétique
Total : 1 050 Gbo38 ans 2004
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4
+62%+131%
+100%
+200%
Passagers
MarchandisesEtude « The Sustainable Mobility Project »WBCSD , 2004
Croissance de la demande de transportdans les prochaines décennies
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5
Avec un scénario « business-as-usual » la consommation et lesémissions de Gaz à Effet de Serre (GES) augmentent régulièrement
+ 64%+ 125%
Etude « The Sustainable Mobility Project »WBCSD , 2004
Consommation en carburant
Emissions de GES
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•• Environmental IssuesEnvironmental Issues :– pollution, GHG
•• Energy Supply ChallengesEnergy Supply Challenges :– fossil fuels reserves,
– increase of production
•• Security of SupplySecurity of Supply :– cost,
– geopolitical issues
•• Energy EfficiencyEnergy Efficiency– production
– use in engines
1.1. Gestion Gestion de la de la demandedemande
2.2. Rendement Rendement éénergnergéétique tique
3.3. Diversification des Diversification des sources sources d'd'éénergienergie
Les enjeux du secteur des transports
• Environnement– pollution, GES
• Approvisionnement en énergie– réserves en énergie fossile
– augmentation de la production
• Sécurité des approvisionnements– coût
– problèmes géopolitiques
• Efficacité énergétique– production
– utilisation dans les moteurs
RRôôle de la technologie etle de la technologie etfacteurs comportementauxfacteurs comportementauxincontournablesincontournables
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Assurer la transition du "tout-pétrole" vers une diversification desénergies pour les transports
Moteurs conventionnelsMoteurs conventionnels
•à essence : injection directe, distributionvariable, combustion CAI, contrôle avancé,"downsizing"•diesel : injection hte pression, distributionvariable, combustion HCCI, FAP, de-NOx
Carburants conventionnelsCarburants conventionnels
• issus du pétrole et additivés : vers une conversion profonde et la meilleure adéquation moteur-carburant
Moteurs alternatifsMoteurs alternatifs
• moteurs dédiés à un carburant : GNV, DME,…
• motorisation électrique (batteries ou pile à combustible)
• motorisation hybride thermique/électrique (autonome avec alimentation possible réseau)
Carburants alternatifsCarburants alternatifs
• bio-carburants :éthanol, ETBE, EMHV, • EEHV, ...)
• gazeux: GPL, GNV, DME, H2
• carburants de synthèse : from "X to liquid"(gaz : GTL, biomasse : BTL, charbon : CTL)
•• Pollution localePollution locale
•• Approvisionnement en Approvisionnement en éénergienergie
•• Emissions de GESEmissions de GES
•• EfficacitEfficacitéé éénergnergéétiquetique
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Forces et faiblesses des principales technologies de motorisation
solution pour le long terme
disponibilité d'hydrogène, stockage d''hydrogène àbord, validation usage réel, efficacité réelle
pas d'émissions directes de CO2 ni de polluants, pas de bruit, rendement théorique élevé
pile à combustible
déclinaison du "mild" au "full"essence et dieselréduction des coûts avec la production série
coûttrès bon rendement et faibles émissions de polluants
véhicule hybride
progrès attendus dans la domaine des batteries (li-ion)
faible autonomie et faibles performances
zéro émissions, faible bruit, pas d'émissions directes de CO2
vehicule électrique
mêmes émissions que l'essence
doit réduire ses émissions de NOx et de particules
très bon rendement et technologie éprouvée
diesel
les futurs moteurs on la possibilité de combler leur retard sur le diesel
environ 20% de CO2 deplus par rapport au diesel
Ultra basses émissions possibles et coût modéré
essence
Evolutionsattendues-+Technologie de
motorisation
Situation actuelle
solution pour le long terme
disponibilité d'hydrogène, stockage d''hydrogène àbord, validation usage réel, efficacité réelle
pas d'émissions directes de CO2 ni de polluants, pas de bruit, rendement théorique élevé
pile à combustible
déclinaison du "mild" au "full"essence et dieselréduction des coûts avec la production série
coûttrès bon rendement et faibles émissions de polluants
véhicule hybride
progrès attendus dans la domaine des batteries (li-ion)
faible autonomie et faibles performances
zéro émissions, faible bruit, pas d'émissions directes de CO2
vehicule électrique
mêmes émissions que l'essence
doit réduire ses émissions de NOx et de particules
très bon rendement et technologie éprouvée
diesel
les futurs moteurs ont la possibilité de combler leur retard sur le diesel
environ 20% de CO2 deplus par rapport au diesel
Ultra basses émissions possibles et coût modéré
essence
Evolutionsattendues-+Technologie de
motorisation
Situation actuelle
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Les futures réglementations antipollution vont conduire audéveloppement de nouvelles technologies
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,600
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
Particulesg/km
NOx (g/km)
diesel
EURO 3 (2000)
EURO 4(2005) Combustion
Recirculation des gaz brûl.Injection haute pressionCatalyse d'oxydation
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Les futures réglementations antipollution vont conduireau développement de nouvelles technologies
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,600
0,000
0,010
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Particulesg/km
NOx (g/km)
diesel
EURO 3 (2000)
EURO 4(2005)
* encore en discussion
EURO 5EURO 5EURO 6EURO 6US tier II bin 5US tier II bin 5
Filtre à particules
Piège à NOxCatalyse SCR et injection uréeCombustion "homogène"
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11
Réduction des émissions de CO2 : un objectif difficile à atteindre àdes conditions économiquement acceptables pour le client
Averaged CO2 emissions (EU-15)
120
130
140
150
160
170
180
190
200
1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011
Année
em
iss
ion
s d
e C
O2
(g/k
m)
Essence
Diesel
Tous
1,4%/an
3,3%/an
2008
2012
Emissions moyennes de CO2 (g/km) dansl'Europe des 15
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Réduction des émissions de CO2 : un objectif difficile à atteindre àdes conditions économiquement acceptables pour le client
Averaged CO2 emissions (EU-15)
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1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011
Année
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Essence
Diesel
Tous
1,4%/an
3,3%/an
2008
2012
Emissions moyennes de CO2 (g/km) dansl'Europe des 15
Réduction des émissions de CO2Essence :distribution variable..............-10%Inj. Directe – Comb. Strat....-15%IDE* –Downsizing.................- 25%Hybridation et mot.optimisé..- 40%*IDE : injection directe essence
DieselDownsizing..........................-10%Hybridation et mot.optimisé...- 30%
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Des démonstrateurs IFP pour valider les technologies dans lecadre de divers partenariats industriels
VELSATIS - Downsizing essence PRIUS II – Hybride Gaz Naturel
VELSATIS – Diesel HCCI SMART – Hybride Gaz Nat
cyl : 1,8l à comparer à 3,0l-20 % CO2
cyl : 1,5l <80 g CO2/km
cyl : 2.2l diesel-50 % NOx par rapport à ref.
Projet VDH
cyl : 0,66l <80 g CO2/km
Projet VEHGAN"mild hybrid"
cyl :0,21 l 60 g CO2/km
CLEVER – Gaz NaturelProgramme Européen
"Full hybrid"
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Le projet VEHGAN : VEhicule Hybride GAz Naturel
Objectif : véhicule hybride urbain à émissions de CO2 ultra basses(<80 g/km) et conforme à Euro 4
Durée : 2 ans, fin : 2007
Pilote : IFP
Partenaires : Gaz de France VALEO INRETS ADEME
Projet labellisé PREDIT (soutien financier de l'ADEME)
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Le concept VEHGAN
Moteur Moteur downsizdownsizéé 660 cm660 cm33 d déédidiéé Gaz Gaz
NaturelNaturel : :•• moteur 3 cylindres moteur 3 cylindres
••A x C x A x C x Lb Lb : 64,6 mm x 67 mm x 114 mm: 64,6 mm x 67 mm x 114 mm
•• rapport volum rapport voluméétrique de compression 12:1trique de compression 12:1
•• turbocompresseur Garrett GT12 turbocompresseur Garrett GT12
•• puissance maximale : 40 kW puissance maximale : 40 kW àà 5250 tr/min 5250 tr/min
•• couple maximal : 90 m.N entre 2700 et 4500 couple maximal : 90 m.N entre 2700 et 4500
tr/mintr/min
RRééservoirs intservoirs intéégrgréés sous chs sous chââssisssis :•• 3 x 12 litres 3 x 12 litres
•• mat matéériau compositeriau composite
•• masse : 45 kg masse : 45 kg
•• implantation sous ch implantation sous chââssisssis
•• habitabilit habitabilitéé non affect non affectééee
•• conservation de la garde au sol conservation de la garde au sol
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Le concept VEHGAN
Machine Machine éélectrique StARS de VALEOlectrique StARS de VALEO :•• machine type 137, 6 spires 6 aimants machine type 137, 6 spires 6 aimants
•• entra entraîînement par courroie "6V"nement par courroie "6V"
•• machine r machine rééversible ("Starter-versible ("Starter-AlternatorAlternator")")
•• couple maximal : 50 Nm couple maximal : 50 Nm
•• onduleur (gestion de la r onduleur (gestion de la rééversibilitversibilitéé))
•• supercapacit supercapacitéés 27 V, 2000 F (s 27 V, 2000 F (acacéétonytriletonytrile))
•• convertisseur DC/DC 1500 W convertisseur DC/DC 1500 W
DC
DC
14V
CAN
14V + "X"
Performances de la machine Performances de la machine éélectriquelectrique•• puissance en assistance : 3 kW puissance en assistance : 3 kW
•• puissance en r puissance en réécupcupéération : 4 kWration : 4 kW
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Le concept VEHGAN
ContrContrôôle moteur et vle moteur et vééhiculehicule•• contr contrôôle moteur sple moteur spéécifique pour application GNVcifique pour application GNV
•• contr contrôôle de la boite de vitesse robotisle de la boite de vitesse robotisééee
•• contr contrôôle du vle du vééhiculehicule
•• gestion des communications avec le syst gestion des communications avec le systèèmeme
StARS StARS via un rvia un rééseau CANseau CAN
•• gestion de l' gestion de l'éénergie nergie àà bord (mode hybride) bord (mode hybride)
3TC sp
2EC sp
1To logger
TRANSMISSION CONTROL
D_TransmissionManagement
ENGINE ANDTRANSMISSION ACTUATORS
D_Actuators_control
ENGINE CONTROL
C_EngineManagement
VEHICLE MANAGER
B_VehicleManager
5Activations
4error
3Sensors
2Calib data
1TrigCAN
Véhicule
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Comparaison Pleine Charge "essence" et "gaz naturel"
20
30
40
50
60
70
80
90
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Régime en tr/min
Co
up
le m
ote
ur
en
N
.m
Couple ESSENCE
Couple gaz naturel
Assistance électrique 3 kW
Performances : plus de couple et moins de CO2
Emissions CO2 et consommation sur cycle MVEG
Véhicule VEHGAN
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
Smart
Essence
Smart
Gaz Nat
Hybride
VEHGAN
Em
issio
ns C
O2 (
g/k
m)
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
Co
ns
om
ma
tio
n e
qu
i. e
ss
. (l
/10
0 k
m)
gain
32%
- 32%
+ 82%
Couple
Émissions de CO2
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Diversification énergétique :de nombreuses filières pour les transports
essence
gazole
GPL
essence FT
gazole FT
éthanol
méthanol
biodiesel
GNV
DME
hydrogène
électricité
pétrole
gaz naturel
charbon
biomasse
hydraulique
solaire
éolien
géothermique
nucléaire
vecteur énergétiquesource primaire motorisation
Moteur à combustion interne
MCI hybride
PAC et PAC hybride
+ moteur électrique
Moteur électrique
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Filières énergétiques : une problématique spécifiquepour chaque maillon de la chaîne
Du puits au réservoir Du réservoir à la roue
Source primaire
d'énergie
• Disponibilité des ressources
• Capacités de production
• Émissions de GES (CO2)
• Efficacité énergétique
• Coût de production et detransformation
• Sécurité desapprovisionnements
Système de
motorisation
• Émissions polluants
• Émissions de GES (CO2)
• Efficacité énergétique
• Performances
• Autonomie
• Facilité de stockage
• Réseau de distribution
• Sécurité
• Coût de distribution
• Émissions - Pertes
Vecteur
énergétique
PuitsPuits RoueRoue
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21
-200
-100
0
100
200
300
400
0 100 200 300 400 500 600
Total WTW energy (MJ / 100 km)
WT
W G
HG
em
iss
ion
s (
g C
O2e
q / 1
00 k
m
Gasoline
Diesel fuel
LPG
CNG
CBG
EtOH ex SB
EtOH ex wheat
EtOH ex cellulose
EtOH ex sugar cane
MTBE/ETBE
Bio-diesel
Syn-diesel ex NG
Syn-diesel ex coal
Syn-diesel ex wood
DME ex NG
DME ex coal
DME ex wood
Ém
issi
on
s G
ES
Pà
R (
g C
O2/
100k
m)
Énergie du puits à la roue (MJ/100km)
Émissions du "puits à la roue" des carburants alternatifs(étude EUCAR/JRC/CONCAWE, 2005)
GNV
Bio-dieselEthanolBtL
essenceet diesel
ref gas.2002
ref
gas.
2002
GAZ A EFFET DE SERRE
ENERGIE CONSOMMEE
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22
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 200 400 600 800 1000 1200
Total WTW energy (MJ / 100 km)
WT
W G
HG
em
iss
ion
s (
g C
O2
eq
/ 1
00
km
Gasoline
Diesel fuel
C-H2 ex NG, ICE
C-H2 ex NG, FC
C-H2 ex coal, ICE
C-H2 ex coal, FC
C-H2 ex wood, ICE
C-H2 ex wood, FC
C-H2 ex NG+ely, ICE
C-H2 ex NG+ely, FC
C-H2 ex coal+ely, ICE
C-H2 ex coal+ely, FC
C-H2 ex wood+ely, ICE
C-H2ex wood+ely, FC
C-H2 ex nuclear elec, ICE
C-H2 ex nuclear elec, FC
C-H2 ex wind elec, ICE
C-H2 ex wind elec, FC
C-H2 ex EU-mix elec, ICE
C-H2 ex EU-mix elec, FC
L-H2 ex NG, ICE
L-H2 ex NG, FC
L-H2 ex wood, ICE
L-H2 ex wood, FC
L-H2 ex EU-mix elec, ICE
L-H2 ex EU-mix elec, FC
L-H2 ex NG+ely, ICE
L-H2 ex NG+ely, FC
L-H2 ex coal+ely, ICE
L-H2 ex coal+ely, FC
Énergie du puits à la roue (MJ/100km)
Ém
issi
on
s G
ES
Pà
R (
g C
O2/
100k
m)
Émissions du "puits à la roue" de l'hydrogène(étude EUCAR/JRC/CONCAWE , 2005)
ex GN
ex charbon, H2.liq., Moteur
ex énergie renouvelable
reference
nucléaire
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23
Production mondiale de biocarburants de 1ère génération
46%
14%
11%
17%
7%2%
3%
10%
36%
37%
15%2%
Consommation mondiale de pétrole dans les transports routiers : 1,6 Gt
Am. sud (Brésil)
Am. Nord (Etats-Unis)
Asie
Production mondiale d'éthanol en 2005 : 37 Mt, 80% utilisés pour la
Carburation (estimation)
Production mondiale d'EMHV en 2005 ~ 4 Mt.
France
Allemagne
Italie
AutresEuropeEurope
Autres Etats-Unis
Brésil Autres
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24
Croissance rapide de la production de biocarburants de 1ère génération
0
1 000 000
2 000 000
3 000 000
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
1975
1977
1979
1981
1983
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
DrinkIndustry
Growth rate 2000/2005
-3%
-3%
+ 15%fuels
x 1000 t
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
1975
1977
1979
1981
1983
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
DrinkIndustry
Growth rate 2000/2005
-3%
-3%
+ 15%fuels
x 1000 t
tEMHV
Ethanol
+65% +65% entre entre 2004 et 20052004 et 2005en Europeen Europe
+15% +15% entre entre 2000 et 20052000 et 2005dans dans le mondele monde
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25
Perspectives des biocarburants de 2ème génération
• Limites des filières d'aujourd'hui
- volume limité
- concurrence avec le marché de l'alimentaire
Production de biocarburants à partir de résidus de bois ou depailles de céréales
• Avantages :
- réduction des coûts (matières premières moins onéreuses)
- augmentation du potentiel de production sans impact sur lafilière alimentaire
- bilan CO2 plus favorable
- pas de co-produits
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26
• IEA. Biofuels for Transport ( 2004) : 33% oftransportation fuels worldwide in 2050-2100
• BIOFRAC vision (2005) : 25% of transportation fuels inEurope in 2030 (20% local production, 5% imports)
• CONCAWE/EUCAR/JRC study (2005) :in 2012 lessthan 10% for 1st gen and 2nd generation biofuels,20 %for Hydrogen
• IFP estimates (2005) : 12-18% of transportation fuelsin 2015 in Europe
Potentiel de production des biocarburants 1ère
et 2ème génération
• AIE. "Biofuels for Transport" (2004) : 33% des carburants pour letransport mondial en 2050-2100.
• BIOFRAC (2005) : 25% des carburants pour le Transport enEurope en 2030.
• Étude CONCAWE/EUCAR/JRC (2006) :Europe en 2012 moins de10% pour les biocarburants de 1ère gén. et 2éme gén. 20 % pourl' hydrogène ex biomasse.
• Estimations IFP (2006) : 12-18% des carburants routiers en 2015en Europe (biocarburants de 1ère et 2ème génération ).
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27
L'IFP et les biocarburants
• Production
- Des recherche depuis les années 80
- Des procédés IFP sur toutes les filières
- Une dizaine d'unités IFP aujourd'hui dans le monde
• Validation de l’utilisation dans les transports
- Adéquation des biocarburants aux évolutions des moteurs à combustion
- Moteurs dédiés (FFV)
Travaux en partenariat avec les pouvoirs publics, l'industrie pétrolière etautomobile et les diverses filières agricoles
De la production à l’utilisation
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28
Les différentes filières : l'approche de l'IFP
EMHA
EMHV :
EEHV :
NexBtL:
Ethanol/ETBE
ProcProcééddéé IFP/ IFP/EniEni
ProcProcééddéés issus de la recherche IFPs issus de la recherche IFP
IFP pilote du projet europIFP pilote du projet europééen en NileNile
procprocééddéé IFP IFP Esterfip Esterfip HH
IFP/IFP/Dvt Dvt d'un procd'un procééddéé àà l' l'éétudetude
travaux IFPtravaux IFPen coursen cours
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29
Roadmap des carburants alternatifs
2000 2010 2020 2030 Année
Échelle de risques
R et D, v
alidation en usage ré
el
GNV
Biocarb. 1ére gén.: biodiesel éthanolbiogaz
huile hydrotraitée(NexBTL)
GTL
Biocarb. 2ème gén.:
Ethanol ex-paille,biogaz
CTL avec stockage du CO2
Biocarb. 2ème gén.:
BTL
hydrogène
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30
Roadmap des systèmes de motorisation automobiles
2000 2010 2020 2030 Année
Échelle de risques
Moteur dédié au GNFFV
Downsizing et IDE (E)Contrôle basé sur modèles
Piège à NOx (D) SCR (D)
Diesel HCCI (D)Levée Variable soupapes (D)
Catalyseur 4 voies (D)désactivation de cylindre (E)
Hybride (G,D,NG) Turbo 2 ét. (D)
IDE haute pression (E) combustion CAI(E)
Hybrides recharg. (G, D, NG)
Pile à CombustibleHybride Hydrogène
moins de polluants et m
oins de CO2
moins de polluants et m
oins de CO2
Downsizing (D)Piège à NOx (E)
Soupapes à dist. variable (E)IDE stratifié (E)
Filtre à particules (D)
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31
Roadmap des systèmes de motorisationPoids Lourds et Bus
2000 2010 2020 Année
Échelle de risques
EGR refroidiTurbine à géométrie variable
GNV
SCR (UE)Filtre à particules (US)
Contrôle basé sur modèlesturbo double étageMultiple InjectionPmax : 200 bar
HCCI partielPiège à NOx
Filtre à particules (UE)Injection à taux piloté
TurbocompoundHybride DieselPmax : 240 bar
HCCI étenduSoupapes à dist VariableHybride All. Commandé
HCCI totalPmax :300 bar
moins de polluants et m
oins de CO2
moins de polluants et m
oins de CO2
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