Ifp-d_herrier.ppt
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View Ifp-d_herrier.ppt as PDF for free.
More details
- Words: 1,083
- Pages: 13
Powertrain Engineering
L'automobile et la pollution urbaine
Quelles solutions dans les dix prochaines années ? Dépollution à la source : le potentiel des nouveaux concepts de combustion _________
1 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
D. Herrier / IFP
Powertrain Engineering
Les principaux moyens de traitement de la pollution automobile Le traitement à la source
Post traitement
Action directe sur les mécanismes de formation des polluants au sein de la chambre de combustion Combustion
2 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Formulation Carburants
Réduction de la complexité et du coût des systèmes de posttraitement, ainsi que des effets induits sur la consommation
Powertrain Engineering
Les grands principes des nouveaux concepts de combustion La combustion homogène à allumage par compression
Par rapport à la combustion traditionnelle • Mélange homogène air/carburant avec une forte dilution par de l’air ou recirculation des gaz brûlés • Combustion contrôlée par l'auto inflammation et non par la propagation d’une flamme ou la diffusion du carburant
Pas de sur-richesse locale en carburant Température de combustion très basse
Peu de suies et de NOx
3 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
En général, on parle de HCCI pour le diesel et CAI pour l’essence
Le potentiel en consommation de carburant CAI HCCI -15 %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Essence Conv. Rich. 1
IDE Stratifié Pauvre
CAI Rich. 1 EGR
CAI Pauvre EGR
-28 %
Diesel HCCI
Diesel Conv.
Comparaison par rapport à la référence essence conventionnelle (Réf. 100) D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
4
© IFP-2005
Powertrain Engineering
Le potentiel en émissions de NOx
Powertrain Engineering
500 400 Nouveaux modes de combustion
300 200 100
5
2,5
1
0 IDE Stratifié Pauvre
CAI Rich. 1 EGR
CAI Pauvre EGR
Diesel HCCI
Diesel Conv.
Comparaison par rapport à la référence diesel conventionnel (Réf. 100) 5 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Essence Conv. Rich. 1
Powertrain Engineering
La combustion HCCI diesel
Visualisation de la combustion dans un moteur par endoscopie Combustion Homogène
Conditions expérimentales : 1500 tr/min - PMI = 3 bar 6 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Combustion Traditionnelle
Un exemple de procédé HCCI diesel le concept NADITM IFP
Powertrain Engineering
Résultats expérimentaux obtenus sur moteur prototype équipé du concept "Narrow Angle Direct Injection"
• Des émissions de NOx de 50 à 100 fois plus faibles que le diesel conventionnel • Des particules de 5 à 10 fois plus faibles
diesel conventionnel
2,0
NADI 1,5 1,0 0,5 0,0 0
2
4
6
8
10
Charge (PME en bar)
diesel conventionnel
0,25
NADI
0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0
2
4
6
8
10
Charge (PME en bar) 7
D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
particules (g/kWh)
NOx (g/kWh)
2,5
La combustion CAI essence
Powertrain Engineering
Visualisation de la chimiluminescence dans un moteur « transparent » 357°
358.5°
Auto inflammation 359°
359.5°
360°
Expansion rapide de la combustion 361°
Processus très rapide par rapport à la combustion essence conventionnelle
358°
361.5°
en masse 363°
362°
360.5°
Combustion 362.5°
Fin de combustion en "paquets" 363.5°
364°
364.5°
Visualisation des différentes étapes de la combustion CAI 8 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
La combustion démarre localement puis se déroule de manière homogène dans tout le volume de la chambre
357.5°
Powertrain Engineering
Combustions homogènes : l'état des lieux
• Le potentiel des combustions HCCI & CAI est clairement démontré – Ultra basses émissions de NOx et de particules – Gains en consommation substantiels par rapport à l'essence
• Il reste des problèmes à résoudre – Maîtrise de la combustion et du contrôle en transitoire – Réduction des émissions d'imbrûlés et de bruit ...
• Mais les développements technologiques apporteront les réponses appropriées pour conduire vers des applications en série
9 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
– Stratégies avancées de contrôle moteur – Systèmes d'injection à hautes performances ...
Powertrain Engineering
L'automobile et la pollution urbaine
10 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Merci de votre attention
Powertrain Engineering
La mise en oeuvre des nouveaux concepts de combustion sur véhicule Des motorisations à deux modes de combustion
Mode HCCI ou CAI en utilisation urbaine ou extra urbaine (cycle NEDC)
Moteur bi-modes Mode Conventionnel
11 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
sur route ou autoroute (à fortes charges)
Powertrain Engineering
L'apport de la modélisation 3D pour l'optimisation des procédés HCCI
Combustion HCCI : 2 injections, évolution de la richesse au cours du temps
2ème injection 1ère injection
piston 12 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
culasse chemise
L'impact carburant sur la zone de fonctionnement CAI
Zone 2
3
Zone 3
3.5
bas régime, forte charge
2.5
haut régime, forte charge
3 2.5
2
ShLh3/4 CAN
1.5
2
1.5
1
1
0.5
0.5
0
4
bas régime, faible charge
2
ShLl 4/4 CAN
SlLl 1/4 CAN
2.5 2 1.5 1
EF
1
2 R
R
EF +
EF +
R
D
2
LF 5
1 D
LF
LF
D
Zone 4
3.5 3
LF
4
2
2.5
Zone 1
G
D
LF
G
5 LF
O
LF
D
F
DL
2 1 F RE EF+ EF+ R R
1
F
DL
3
3
F
DL
1
O
DL
2
2
F
4
LF
LF G
2
LF
O
BO
G
O
1
BO
0
2
D
SlLh2/4 CAN
Qualité de combustion CAI
Powertrain Engineering
haut régime, faible charge
1.5 1 0.5
0.5
2
13 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
O
1 O
2
EF R
LF G
BO
LF G
5
1
LF D
EF +
2 R
EF +
1 R
3
LF D
4
LF D
LF D
D
LF
2 O
1
EF R
O
LF EF + 1 G LF 2 D LF R 5 EF + 2
G
R
BO
4
3
LF D
2
LF D
1
LF D
LF D
2
0
0
L'automobile et la pollution urbaine
Quelles solutions dans les dix prochaines années ? Dépollution à la source : le potentiel des nouveaux concepts de combustion _________
1 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
D. Herrier / IFP
Powertrain Engineering
Les principaux moyens de traitement de la pollution automobile Le traitement à la source
Post traitement
Action directe sur les mécanismes de formation des polluants au sein de la chambre de combustion Combustion
2 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Formulation Carburants
Réduction de la complexité et du coût des systèmes de posttraitement, ainsi que des effets induits sur la consommation
Powertrain Engineering
Les grands principes des nouveaux concepts de combustion La combustion homogène à allumage par compression
Par rapport à la combustion traditionnelle • Mélange homogène air/carburant avec une forte dilution par de l’air ou recirculation des gaz brûlés • Combustion contrôlée par l'auto inflammation et non par la propagation d’une flamme ou la diffusion du carburant
Pas de sur-richesse locale en carburant Température de combustion très basse
Peu de suies et de NOx
3 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
En général, on parle de HCCI pour le diesel et CAI pour l’essence
Le potentiel en consommation de carburant CAI HCCI -15 %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Essence Conv. Rich. 1
IDE Stratifié Pauvre
CAI Rich. 1 EGR
CAI Pauvre EGR
-28 %
Diesel HCCI
Diesel Conv.
Comparaison par rapport à la référence essence conventionnelle (Réf. 100) D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
4
© IFP-2005
Powertrain Engineering
Le potentiel en émissions de NOx
Powertrain Engineering
500 400 Nouveaux modes de combustion
300 200 100
5
2,5
1
0 IDE Stratifié Pauvre
CAI Rich. 1 EGR
CAI Pauvre EGR
Diesel HCCI
Diesel Conv.
Comparaison par rapport à la référence diesel conventionnel (Réf. 100) 5 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Essence Conv. Rich. 1
Powertrain Engineering
La combustion HCCI diesel
Visualisation de la combustion dans un moteur par endoscopie Combustion Homogène
Conditions expérimentales : 1500 tr/min - PMI = 3 bar 6 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Combustion Traditionnelle
Un exemple de procédé HCCI diesel le concept NADITM IFP
Powertrain Engineering
Résultats expérimentaux obtenus sur moteur prototype équipé du concept "Narrow Angle Direct Injection"
• Des émissions de NOx de 50 à 100 fois plus faibles que le diesel conventionnel • Des particules de 5 à 10 fois plus faibles
diesel conventionnel
2,0
NADI 1,5 1,0 0,5 0,0 0
2
4
6
8
10
Charge (PME en bar)
diesel conventionnel
0,25
NADI
0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0
2
4
6
8
10
Charge (PME en bar) 7
D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
particules (g/kWh)
NOx (g/kWh)
2,5
La combustion CAI essence
Powertrain Engineering
Visualisation de la chimiluminescence dans un moteur « transparent » 357°
358.5°
Auto inflammation 359°
359.5°
360°
Expansion rapide de la combustion 361°
Processus très rapide par rapport à la combustion essence conventionnelle
358°
361.5°
en masse 363°
362°
360.5°
Combustion 362.5°
Fin de combustion en "paquets" 363.5°
364°
364.5°
Visualisation des différentes étapes de la combustion CAI 8 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
La combustion démarre localement puis se déroule de manière homogène dans tout le volume de la chambre
357.5°
Powertrain Engineering
Combustions homogènes : l'état des lieux
• Le potentiel des combustions HCCI & CAI est clairement démontré – Ultra basses émissions de NOx et de particules – Gains en consommation substantiels par rapport à l'essence
• Il reste des problèmes à résoudre – Maîtrise de la combustion et du contrôle en transitoire – Réduction des émissions d'imbrûlés et de bruit ...
• Mais les développements technologiques apporteront les réponses appropriées pour conduire vers des applications en série
9 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
– Stratégies avancées de contrôle moteur – Systèmes d'injection à hautes performances ...
Powertrain Engineering
L'automobile et la pollution urbaine
10 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
Merci de votre attention
Powertrain Engineering
La mise en oeuvre des nouveaux concepts de combustion sur véhicule Des motorisations à deux modes de combustion
Mode HCCI ou CAI en utilisation urbaine ou extra urbaine (cycle NEDC)
Moteur bi-modes Mode Conventionnel
11 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
sur route ou autoroute (à fortes charges)
Powertrain Engineering
L'apport de la modélisation 3D pour l'optimisation des procédés HCCI
Combustion HCCI : 2 injections, évolution de la richesse au cours du temps
2ème injection 1ère injection
piston 12 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
culasse chemise
L'impact carburant sur la zone de fonctionnement CAI
Zone 2
3
Zone 3
3.5
bas régime, forte charge
2.5
haut régime, forte charge
3 2.5
2
ShLh3/4 CAN
1.5
2
1.5
1
1
0.5
0.5
0
4
bas régime, faible charge
2
ShLl 4/4 CAN
SlLl 1/4 CAN
2.5 2 1.5 1
EF
1
2 R
R
EF +
EF +
R
D
2
LF 5
1 D
LF
LF
D
Zone 4
3.5 3
LF
4
2
2.5
Zone 1
G
D
LF
G
5 LF
O
LF
D
F
DL
2 1 F RE EF+ EF+ R R
1
F
DL
3
3
F
DL
1
O
DL
2
2
F
4
LF
LF G
2
LF
O
BO
G
O
1
BO
0
2
D
SlLh2/4 CAN
Qualité de combustion CAI
Powertrain Engineering
haut régime, faible charge
1.5 1 0.5
0.5
2
13 D. HERRIER – Audition publique OPECST / voiture propre – 18 octobre 2005
© IFP-2005
O
1 O
2
EF R
LF G
BO
LF G
5
1
LF D
EF +
2 R
EF +
1 R
3
LF D
4
LF D
LF D
D
LF
2 O
1
EF R
O
LF EF + 1 G LF 2 D LF R 5 EF + 2
G
R
BO
4
3
LF D
2
LF D
1
LF D
LF D
2
0
0
