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31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 1 Revue des motorisations thermiques actuelles et futures EPFL, AISEN, FRE & emobile 31 Mars 2004 Lausanne.

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1 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 1 Revue des motorisations thermiques actuelles et futures EPFL, AISEN, FRE & emobile 31 Mars 2004 Lausanne Claude DELARUE - RENAULT

2 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 2 Un enjeu majeur: le CO2

3 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 3 EMISSIONS MONDIALES de CO2 environ 800Gt/ an 41.5% 27% < 1%3.5% Source: OECD Environmental Outlook 2001, Paris

4 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 4 Répartition des émissions anthropogéniques mondiales de CO2 Source: OECD Environmental Outlook 2001, Paris 23% 25% 19% 15% 6% 5,5% 3% 2% 1,5% Transport, tous modes : 18% Transport routier: 11,5%

5 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT PAC / H2 Elec.Fr EMHV (diester®) PAC / H2 comp. Gazole GPL ETBE Synfuel Supercarburant PAC / H2liq. ProductionCombustionPhotosynthèseProductionCombustionPhotosynthèse Ethanol SUNFUEL* Sources :A.Douaud, IFP *Goudriaan/GEMIS/Ifeu/LBST CO 2 g/km Emissions de CO2 du "Puits à la Roue" des différents carburants

6 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 6 Les solutions techniques pour réduire le CO2 et la consommation Réduire la demande énergétique des véhicules –Allégement, limité par le coût et lévolution des prestations: sécurité, ergonomie, design, confort –Aérodynamique –Frottements de roulement, dont loptimisation est limitée par la sécurité active et le freinage –Consommateurs auxiliaires: chauffage, climatisation, éclairage, dépollution…

7 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 7 La spirale de la masse et des puissances Chaque nouvelle génération de véhicule salourdit... –Clio 2 a la masse de la R19 –Laguna 2 a la masse de Safrane phase 1 –Golf V a près de deux fois la masse de Golf I Principales causes –Comportement aux chocs et équipements de sécurité –Dimensions et équipements de confort A iso puissance à la tonne, les cylindrées augmentent

8 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 8 Pourquoi le rendement de propulsion est il médiocre ? Le moteur est dimensionné pour des cas rares : –Haute vitesse > 160 km/h –Montée de rampe dautoroute au PTRA –Franchissement de rampe exceptionnelle –Dépassement En usage normal, il fonctionne à une fraction faible de sa puissance nominale –Son rendement mécanique est faible, car il y a une partie des pertes qui est indépendante de la puissance délivrée

9 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 9 Rendement du moteur = f(charge, régime) PME (bar) CSE g/kwh

10 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 10 Les solutions techniques pour réduire la consommation Améliorer les groupes motopropulseurs –Réduire les frottements à froid et à chaud lubrifiants, dimensions des paliers, distributions à rouleaux, refroidissement haute température... –Diminuer la boucle négative, ou pompage du moteur Moteurs Diesel moteurs Injection directe essence stratifiés suralimentation avec downsizing moteurs «camless» ou «VVL» –Optimiser la combustion

11 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 11 Les solutions techniques pour réduire la consommation Améliorer les groupes motopropulseurs –Moteurs diesel: Déjà en injection directe avec turbo... haute suralimentation Adaptation des transmissions –Augmenter louverture bva 5 vitesses bvm 6 vitesses cvt, ivt...

12 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 12 EFFICACITE GLOBALE des SOLUTIONS Gain % de Consommation Gain % sur chaque paramètre Trainée de boîte Ralenti Rendement thermo-moteur Pneus Freins + Roulements Frottement véhicule Huile - Dimensionnement Véhicule de référence : X64- E7M Consommation en cycle NEDC : 7,5l/100 Km Masse MIVEC (Déconnexion de 2 cylindres) VVT-VTEC Turbo (2S) VVT Aérodynamyque 2S 4S Frottement Kaizen Caisse Alu Couple au litre Frottement +Pompage Moteur 2S 4S EGR Mélange pauvre +Denox Carb à 10 ppmS

13 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 13 Les solutions techniques avancées Propulsion hybride thermique-électrique limitations par le coût et la complexité Gains présentés pas toujours seulement dus à lhybridation surtout adaptés à la circulation urbaine, pas ou peu de gain en routier/autoroutier recourir à l'hybridation lorsque le gain en consommation est réel dans les conditions d'usage considérées, et que le retour sur investissement pour le consommateur est attractif. Pile à combustible Intérêt non démontré pour le CO2 rendement intrinsèque cycle de vie, fabrication H2...

14 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% % 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% Vitesse moyenne [km/h] Gain en CO2 Cycle Japon Cycle Europe Diesel Ctrl Alt. Stop&Start SSG 6kW + e-Drive SSG 6kW + Downsizing SSG 6kW + e-Drive + Downsizing Ctrl.Alt. = Alternateur optimisé; SSG: Alterno-démarreur déporté E-drive: capacité à rouler en électrique Downsizing: écosuralimentation Comparaison Hybride essence / Moteur Diesel* * Transmission Manuelle % kilométrage annuel européen véhicule classe C Toyota Prius II Annonce PSA Honda Civic IMA Annonce PSA Sans trainée, Optim moteur… ? ?

15 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 15 Le coût des solutions techniques Les limites sont dabord financières –Caisse aluminium530 Euros –Moteur essence700" –Moteur diesel1300 " –Moteur CNG1300" –Hybridation 7500" –PàC ? gain client dun litre de gazole –< 0,75 Euros / 100 km, à comparer à un péage autoroute de 7,5 E / 100 km et aux surcoûts à rentabiliser

16 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT RenaultMoy. A.C.E.A. engagement volontaire RENAULT premier de la classe Clio 1,5 l dCi Scenic II 1,5 l dCi 149,2 160,7 DIMINUTION DES EMISSIONS DE CO2 AU NIVEAU EUROPEEN ENGAGEMENT VOLONTAIRE ACEA ET TENDANCES A.C.E.A Moy CO2 g/mile g/km

17 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 17 Répartition des ventes de voitures neuves par niveau de CO 2 en EUROPE Source ACEA

18 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 18 Le Diesel incontournable pour le CO2…. Et les émissions polluantes ?

19 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 19 Emissions du Transport Routier Dans l'Europe des 15 Dans l'Europe des 15 indice Bilan du programme Auto-oil 2* *Programme de la Commission Européenne en collaboration avec les industries pétrolière et automobile

20 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 20 Les Réponses Techniques en Allumage commandé stoéchiométrique –Injection électronique multipoint injection dair «logicielle» à léchappement –Catalyse trifonctionnelle light off / cata rapproché piège à HC si nécessaire réchauffage électrique du catalyseur (coûteux) –Diagnostic embarqué Autorise dès aujourdhui SULEV/EZEV, soit des niveaux de type Euro 2005/10, ou atmosphérique

21 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 21 Les Réponses Techniques en Allumage commandé en mélange pauvre –Chambre de combustion, position de linjecteur –Catalyse en milieu oxydant catalyseur doxydation piège à Nox –Diagnostic embarqué Carburant à 50 puis 10 ppm de soufre Aujourdhui peu compatible avec Euro 2005 et gains de consommation insuffisants dans les conditions d'utilisation européenne Surcoût élevé

22 22 Particules HCCO NOx O2 en excès Basses températures Combustion Hétérogène Milieu pauvre Première et principale voie d optimisation : réduire les émissions en sortie moteur Chimie difficile ? Suralimentation Basses températures Combustion du Mélange air/carb. Pourquoi contrôler les polluants Diesel est difficile ?

23 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 23 Les Réponses Techniques en Diesel –Augmentation de la pression dinjection –Multi injections et injecteurs piézo –Forte recirculation (EGR) avec refroidissement –Capteur de NOx –Injecteur à 2 séries de trous –Swirl continuement variable –Taux de compression variable –réduction des cendres et du soufre des lubrifiants pour permettre le bon fonctionnement de nos futurs systèmes de dépollution. –Post-traitement: FàP et piège à NOx (traitement à lurée non retenu en VP) Nouveaux Systèmes de Combustion Diesel: –HCCi est une technologie clé pour réduire les émissions de base NOx and articules, pour Euro V et au delà.

24 Diesel Particulate Filters CO 2 + H 2 O Filtration T > 550°C Régénération thermique ! Augmentation de la conso NOx trap Wash Coat Stockage des NOx en condition pauvre Pt Storage Material Rh NO + O 2 NO 2 NO 3 - Augmentation de la conso N2N2 Régénération en condition riche NO 3 - NO x CO, H 2, HC

25 Combustion pauvre combustion ~stoechio => NOx combustion riche => PM Jet liquide Combustion pauvre et rapide forte dilution => HC, CO Principe de base de lHCCI Combustion Diesel Conventionelle Combustion Diesel Homogène

26 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 26 Performance de Combustions CAI & HCCI développées à l' IFP 640,4 98,5 2,5 1,0 100,0 0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 PFI gasoline stoichio DI gasoline stratified CAI gasoline lean HCCI diesel DI diesel Emissions brutes de NOx (%) PME 3 bar, 1500 RPM Comparaison des émissions brutes de NOx pour divers procédés de combustion

27 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 27 Performance de Combustion HCCI développée à l' IFP HCCI diesel DI diesel Emissions brutes PM (%) PME 3 bar, 1500 RPM Comparaison des émissions brutes de particules

28 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 28 Une Réponse Technique Future Calibration dynamique –Lévolution de la télématique et de calcul embarqué permet dimaginer une calibration dynamique: Sur route et autoroute, réglage moteur modifié en vue de réduire lémission de CO2 et de Nox, au détriment du bruit (cest laéro et le roulement qui dominent) et des HC/CO En urbain, calibration favorisant HC, NOx et bruit au détriment du CO2 (on roule peu) et des perfos. En zone protégée ( près des hôpitaux, écoles, extrêmes centre ville), limitation sévère de lenveloppe dutilisation du moteur (régime, couple) pour limiter bruit et accidents

29 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 29 Zoom sur les particules Diesel

30 ? 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 91/441 CEE 94/12 CEE Particules in g/km Reconstitution (évaluation) 88/ 436 CEE 98/69 CE EURO 3 98/69 CE EURO 4 REDUCTION des EMISSION de PARTICULES DIESEL DIRECTIVE 70/220

31 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 31 Un projet réglementaire suisse Les Suisses ont lancé une procédure à leur niveau national pour imposer le FàP aux (seuls) véhicules diesel Euro 4, au travers d'un ajout aux exigences Euro 4. En plus dune limite en masse, les véhicules devraient satisfaire en plus une limite en nombre: /km Pb de définition des appareils de mesure et de répétabilité: travaux en cours au WP29 Niveau très sévère, même pour les véhicules essence 3-voies Si la mesure était adoptée, elle serait applicable à partir du 1er janvier L'ACEA a saisi la Commission contre l'initiative Suisse, justifiant qu'une telle initiative constitue une barrière commerciale par le non respect de l'accord 1958, signé par la Suisse.

32 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 32 PARTICULES (PM) (en kilotonnes) 3 catégories pour le transport Transport hors émissions (freins, pneus, etc...) Transport Essence Transport Diesel

33 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 33 Technologies Moteurs/Carburants Une Vision % 6% 78% % 22% 0% 25% 50% 75% 100% Essence Injection indirecte Essence injection Directe Gaz/Hybrides/PaC Essence CAI Diesel HCCI HCCI: Homogeneous Charge Compression Ignition (diesel) CAI: Controlled Auto Ignition (essence) PaC: Pile à Combustible Nouvelles technologies Diesel injection directe Diesel injection indirecte 42% Parts de marché

34 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 34 CONCLUSIONS Le Véhicule a pour objet –doffrir aux clients de la mobilité –avec un haut niveau de confort –pour un prix qui doit rester accessible aux clients Le Véhicule doit –satisfaire la demande dune meilleure protection de lenvironnement, proche (bruit, polluants) et lointain (effet de serre), –réaliser cette obligation à un coût global acceptable pour la collectivité

35 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 35 CONCLUSIONS Pour ce faire: –Les technologies actuelles, avec des évolutions fortes, accompagnées par lévolution des carburants, restent dactualité à dix/vingt ans –Les véhicules «exotiques» : véhicules électriques, hybrides,piles à combustibles, nont pas (encore) un bon ratio coût/efficacité Il y a des potentiels considérables (émission de type «atmospheric level», EZEV en architectures conventionnelles

36 31 Mars 2004 LAUSANNEClaude DELARUE - RENAULT 36 Merci de votre attention


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