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AUDITION PUBLIQUE. A L’. ASSEMBLEE NATIONALE. POLLUTION URBAINE - EFFET DE SERRE. Quelle est la part de l ’automobile ? Quelles solutions ?. Les techniques de dépollution des moteurs : efficacité et degré de maturité. Paris - Mardi 18 octobre 2005 Dr Gérard BELOT.

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paris mardi 18 octobre 2005 dr g rard belot

AUDITION PUBLIQUE

A L’

ASSEMBLEE NATIONALE

POLLUTIONURBAINE - EFFET DE SERRE

Quelle est la part de l ’automobile ? Quelles solutions ?

Les techniques de dépollution des moteurs : efficacité et degré de maturité

Paris - Mardi 18 octobre 2005 Dr Gérard BELOT

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LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE

essence : allumage commandé, combustion steochiométrique homogène

Diesel : allumage par compression, combustion en excès d ’air hétérogène

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Lemoteur thermique est un système qui intègre tous les

composants de la chaîne thermomécanique y compris

les dispositifs de dépollution par post-traitement

Optimisation des prestations:

- rendement énergétique

- consommation de carburant

- puissance et couple

- émissions gazeuses (HC, CO, NOx) et particulaires

- acoustique et vibrations

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Le moteur essence

Le catalyseur trois-voies

  • Support mécanique :
  • céramique ou métallique

Revêtement (washcoat) :

  • alumine (Al2O3),
  • métaux précieux (Pt/Pd/Rh)
  • dopants (Ce, Zr, etc..)
  • stabilisants phase active

(Ba, La, etc..)

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Zone de fonctionnement

NOx

100

Taux de conversion (%)

HC

CO

Pauvre

1

Riche

Richesse

Le principe de la catalyse trois-voies

Un capteur de mesure de la richesse assure le fonctionnement du moteur à la steochiométrie

2 réactions d’oxydation (CO et HC)

1 réaction de réduction (NO)

 d’autres réactions :

Fenêtre de fonctionnement

Fonctionnement :R= 1 5 %, 300 < T < 700°C (60-1200s cycle MVEG),

VVH = 30 – 100 000 h-1

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Les moteurs Diesel HDi® et le FAP®

LA TECHNOLOGIE HDi®

  • Injection directe haute pression (common rail)
    • Réduction des polluants et de la consommation
  • Suralimentation par turbocompresseur
    • Réduction de la cylindrée moteur, donc de la consommation
  • Carré magique
    • Consommation :jusqu’à 30% de gains par rapport au moteur remplacé
    • Agrément de conduite :excellente capacité d’intégration dans le trafic grâce au couple élevé à très bas régime
    • Silence de fonctionnement
    • Émissions :réduction très importante des émissions gazeuses & particulaires

LE FILTRE À PARTICULES

    • Suppression totale des particules : efficacité de 99,99%
    • Suppression complète des fumées noires
    • Technologie de très grande série
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Injector + regulator

DIESEL PARTICULATE FILTER SYSTEM

High pressure pump

Engine computer

Fuel

tank

HDi engine

Feed pump

1 2 3

1. Pilot injection

2. Main injection

3. Secondary injection

ADDITIVE

TANK

Common-rail injection

Sensors : P and T

Gas

Silencer

DPF

Oxidation catalyst

DPF

COMMON-RAIL

Particulates are trapped then burnt

ECU

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Les moteurs Diesel HDi® et le FAP®

PSA PEUGEOT CITROËN

  • Leader mondial de la technologie Diesel
  • Pionnier de 2 technologies clés
    • Moteur HDI :1,5 million de moteurs produits en 2004
    • Filtre à particules (FAP) :plus d’un million de FAP en circulation à ce jour

60% du marché PSA Peugeot Citroën en Europe est HDi

  • Une implantation française sur 2 sites
    • Trémery (57) : 7000 moteurs / jour (5000 pers.)
    • Douvrin (62) : 2500 moteurs / jour (4500 pers.)

Déploiement progressif de la technologie HDi en Chine et au Mercosur, …

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Le post traitement des NOx en Diesel :

état des lieux

La technologie piège à NOx

La réduction catalytique sélective (SCR ammoniac, ex. urée)

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SO2 + 1/2 O2 SO3

SO3 +"Ba" BaSO4

MECHANISM OF NOx TREATMENT

NOx TrapHow does it work ?

Lean atmosphere (60s)

 NOx Storage

Rich atmosphere (2s)

 Release and Reduction

Reductant

CO, HC, H2

N2

NO3-

NO3-

NO + O2

NOx

NO2

Storage

Material

Storage

Material

Pt

Rh

Pt

Rh

Release Ba(NO3)2 NOx +"Ba"

Reduction NOx +  "réd"  N2

NO2 Formation NO+1/2 O2 NO2

Storage 2NO2+"Ba" Ba(NO3)2

With sulphur

DEACTIVATION OF THE NOx STORAGE FUNCTION BY

FORMATION OF STABLE BARIUM SULPHATE

REGENERATION AT HIGH TEMPERATURE

(T>700°C) AND R>1

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NOx trap : risks and limitations

The present status is as follows :

  • Durability
      • Immature technology
      • Inevitable and irreversible damage due to thermal stress and sulphur poisoning

(even with 10 ppm sulphur in Diesel fuel)

Results of vehicle driving (fuel with 10 ppm sulphur)

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La Catalyse SCR par ammoniac ex.urée

Solution aqueuse d ’urée

calculateur

Air comprimé

Dosage

Catalyseur

Chambre de mélange

Injection du réducteur dans la ligne d’échappement

Stockage du réducteur dans le véhicule

Pompe

  • Réduction catalytique des NOx par NH3 suivant

4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O -> Réaction dominante

6NO2 + 8NH3  4N2 + 12H2O

NO2 + NO+ 2NH3  3N2 + 3H2O -> «  fast  »   SCR

6NO+ 4NH3 5N2 + 6H2O

2NO + 4NH3 + O2 3N2 + 6H2O

Réactions parasites: NH3+O2 N2O, NO2, NO

Risques formation

Nitrate d’ammonium entre 100 et 200°C (gestion quantité d’ammoniac introduite)

Sulfate d’ammonium

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Maturité technologie SCR - Urée

Situation : - poids lourds : application possible,

flottes captives (infrastructure)

- véhicules particuliers : perspectives non confirmées

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Le post-traitement des émissions gazeuses et particulaires :

bilan des technologies

  • Catalyse trois-voies essence (TWC) :
  • technologie éprouvée et robuste ; l’amélioration du rendement de la conversion est liée à la charge en métaux précieux (Pt, Pd, Rh).
  • Filtre à particules additivé (FAP®) :
  • technologie éprouvée et robuste ; 1,4 M véhicules équipés, éradication totale des particules Diesel, surconsommation ~ 1%.
  • Piège à NOx :
  • principe validé, rendement de conversion ~ 50%, durabilité insuffisante (40 kkm), charge en métaux précieux, surconsommation ~ 5 %.
  • Réduction catalytique sélective (SCR ammoniac ex.urée) :
  • technologie non validée pour application VP.