Efficacité énergétique et émissions polluantes des moteurs des véhicules commerciaux *** Horizon 2020 pour les technologies en réduction des émissions polluantes et en efficacité énergétique 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

« Quelles sont les nouvelles technologies qui trouveront leur place dans les moteurs de véhicules lourds de demain? » Congrès ASMA 2012 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

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

Historique du moteur Diesel Il y a près de 120 ans (1893-1897)… 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 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 1967 2007 et génère 90% moins d’émissions polluantes qu’en 1967 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Combustion Diesel 101 75 C° 680 C° 550 C° 2430 C° 1330 C° Injecteur >> Mélange riche diesel / air Produits de la combustion riche : CO, HC, PM CO2, H2O Diesel Air compressé NOx 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

ÉVOLUTION DES NORMES « EPA » 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Intégration et harmonisation des différents composants et systèmes 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 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Les grandes étapes technologiques vers le zéro émissions Refroidisseur d’air de suralimentation “air-air” Gestion électronique du moteur Injection électronique NOx et MP EGR & DPF SCR Journey – major technology and hardware changes. Chasing the emissions requirements kept the hardware in constant change – never matured OBD 2010 - Talk about what is often overlooked when we talk about 2010. That is OBD, as it was required only on the highest volume engine in 2010. Remember this point… as will explore OBD deeper 1990 2000 2010 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

La norme ‘EPA’ des Matières Particulaires g/bhp-hr Diesel à 5000 ppm Diesel à 500 ppm Le niveau de MP chute de 90% à 0.01g Diesel à 15 ppm 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Filtre à Matières Particulaires (DPF) Platine Céramique 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Le niveau de NOx chute de 98% à 0.2g La norme ‘EPA’ de NOx g/bhp-hr Le niveau de NOx chute de 98% à 0.2g 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

OPTIONS TechnologiQUES DU MOTEUR DIESEL 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Diesel #2 EPA 2010 Principe EGR léger Q2 Blue Bird Diesel #2 EPA 2010 Principe EGR léger Catalyseur SCR (Selective Catalytic Reduction) Filtre du reniflard Filtre à particules Réservoir DEF (Diesel Exhaust Fluid - Urée) The DOC is the heart of the Cummins Particulate Filter. The DOC is the driver in the particulate filter. The importance of the DOC is to oxidize (or convert) NO (Nitric Oxide) to NO2 (Nitrogen Dioxide) in the Passive Regeneration mode. The NO2 combines with the Carbon (C) (soot) which is being collected in the particulate filter to form CO2 (Carbon Dioxide) which leaves the tailpipe as a clear gas (no smoke). In the Active Regeneration mode, the DOC oxidizes the dosed fuel (very small quantity). This means that heat is released (no flame, no burning). This action increases the temperature in the particulate filter, thus forcing or enabling a regeneration event to occur. This action cleans or removes the carbon from the filter...again by the process of converting carbon and nitrogen dioxide to carbon dioxide – a clear gas. URÉE Module de contrôle du DEF Turbo à géométrie variable et EGR 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Principe de l’EGR léger & DPF/DEF/SCR Les gaz d’échappement quittent le moteur avec les polluants NOx et MP Le DEF est vaporisé dans le flux d’échappement Les matières particulaires (MP) sont emprisonnées dans le filtre à particules (DPF) Le DEF se transforme en ammoniaque (NH3) et se mélange aux gas d’échappement L’ammoniaque (NH3) et les NOx réagissent pour former de l’azote et de l’eau Catalyseur SCR 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Principe de l’EGR Massif Diesel #2 EPA 2010 Principe de l’EGR Massif Moteurs MaxxForce de Navistar International (5 juillet 2012 CA annonce abandon graduel de cette technologie à partir de 2013) 35% à 50% de recirculation des gaz d’échappement Valve EGR Refroidisseur air-air Refroidisseur EGR T C T C T C Filtre à Particules This schematic shows the airflow on a competitive EGR engine whereby hot exhaust gas is picked up and recycled prior to it being cleaned by the diesel particulate filter. Double turbos compresseurs en série Filtre du reniflard 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

RÉGLEMENTATION « EPA » 2013-2018 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Système de diagnostic embarqué (OBD) Obligatoire en 2013 Système de monitorage du véhicule Système de refroidissement Capteurs, actuateurs, interrupteurs et lumières témoin 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 2013: This requirement will apply to all on-highway engines. What does it mean? 1. Malfunction Indicator Lamp (MIL) on the dash of the vehicle. 2. Signals operator of a potential issue 3. Simplifies diagnostic and repair procedures for the technician and servicing location Lumière mf ECM Moniteurs/algorithmes Enregistrement de fautes Cummins Confidential 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 Pour la première fois, dès 2014, application d’un standard de réduction de consommation de carburant pour les véhicules lourds. Économie de carburant 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) 10/15/20% Remember we stated the emissions journey continues, with the focus on CO2 reduction. EPA/DOT are acting as one agency and declaring the future regulations now, which was never the case prior – known targets. - Reference lower right corner the stated goals of legislations We are preparing to for a webex to present a deeper look at the proposed GHG regulations and how they ruling apply to various on-highway applications. The SCR solution put Cummins on the correct path to meeting future regulations. Talk about fuel economy benefits 2014 Proposed rule starts… stress this is one year after OBD required…. We have reviewed the past and looked into the future, now let’s look at the present. 2010 2013 2014 2018 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 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” Remember we stated the emissions journey continues, with the focus on CO2 reduction. EPA/DOT are acting as one agency and declaring the future regulations now, which was never the case prior – known targets. - Reference lower right corner the stated goals of legislations We are preparing to for a webex to present a deeper look at the proposed GHG regulations and how they ruling apply to various on-highway applications. The SCR solution put Cummins on the correct path to meeting future regulations. Talk about fuel economy benefits 2014 Proposed rule starts… stress this is one year after OBD required…. We have reviewed the past and looked into the future, now let’s look at the present. 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Technologies ALternatives 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

B5-B20 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-B20 23 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

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. 24 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Gaz Propane Liquéfié Mélange de Diesel et de propane 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Motorisation Hybride 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 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

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) 27 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Gaz Naturel Compressé HC, CO et NOx NOx N CO CO2 HC H2O Q2 Blue Bird Gaz Naturel Compressé NOx CO HC N CO2 H2O 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 The DOC is the heart of the Cummins Particulate Filter. The DOC is the driver in the particulate filter. The importance of the DOC is to oxidize (or convert) NO (Nitric Oxide) to NO2 (Nitrogen Dioxide) in the Passive Regeneration mode. The NO2 combines with the Carbon (C) (soot) which is being collected in the particulate filter to form CO2 (Carbon Dioxide) which leaves the tailpipe as a clear gas (no smoke). In the Active Regeneration mode, the DOC oxidizes the dosed fuel (very small quantity). This means that heat is released (no flame, no burning). This action increases the temperature in the particulate filter, thus forcing or enabling a regeneration event to occur. This action cleans or removes the carbon from the filter...again by the process of converting carbon and nitrogen dioxide to carbon dioxide – a clear gas. 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Gaz Naturel Liquéfié EPA 2010 Q2 Blue Bird Gaz Naturel Liquéfié EPA 2010 Filtre du reniflard Catalyseur SCR Filtre à particules Réservoir DEF URÉE The DOC is the heart of the Cummins Particulate Filter. The DOC is the driver in the particulate filter. The importance of the DOC is to oxidize (or convert) NO (Nitric Oxide) to NO2 (Nitrogen Dioxide) in the Passive Regeneration mode. The NO2 combines with the Carbon (C) (soot) which is being collected in the particulate filter to form CO2 (Carbon Dioxide) which leaves the tailpipe as a clear gas (no smoke). In the Active Regeneration mode, the DOC oxidizes the dosed fuel (very small quantity). This means that heat is released (no flame, no burning). This action increases the temperature in the particulate filter, thus forcing or enabling a regeneration event to occur. This action cleans or removes the carbon from the filter...again by the process of converting carbon and nitrogen dioxide to carbon dioxide – a clear gas. Module de contrôle du DEF 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Composants du Gaz Naturel Liquéfié 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Châssis de camion classe 8: principales composantes pour Gaz Naturel Liquéfié 21ième 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 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Applications des technologies alternatives Q2 Blue Bird Applications des technologies alternatives Initial target markets for the ISL G are refuse and transit, as the 320, 300, and 280 hp ratings were first released. ALF Condor, Autocar, Crane Carrier, and Peterbilt are refuse OEMs. NABI, New Flyer and Orion all have orders with the ISL G. As the 250 and 260 ratings are released in January 2008 more vocational OEMs will make the ISL G available. Negotiations are underway with Thomas, Blue Bird and Freightliner re 2008 availability. 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012

Questions? 21ième Congrès ASMAVERMEQ, Château Bonne Entente, Québec, 7 septembre 2012