IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE PSA PEUGEOT-CITROEN

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1 IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE PSA PEUGEOT-CITROEN 5/03/013

2 SOMMAIRE INTRODUCTION BASES THÉORIQUES IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE CONCLUSION

3 INTRODUCTION Modélisation thermo-chimique des systèmes de dépollution Contrainte conception fonctionnelle : Prise en compte des phénomènes thermiques Prise en compte des phénomènes chimiques Temps de calcul réduit Compatibilité avec motorisations diesel et essence Gains immédiats attendus : Evaluation rapide des systèmes de dépollution par post-traitement sans prototypage (différentes configurations géométriques et chimiques) Gains cibles : Accélération des processus de conception et validation des systèmes de dépollution Elargissement éventuel à des nouvelles technologies de post-traitement Points de vigilance : Limites du modèle : le modèle est précis pour certaines conditions Phases d arrêt et redémarrage du moteur 3

4 INTRODUCTION Rappel présentation conférence utilisateurs GT-SUITE Francfort 01 Etude de validation des systèmes de post-traitement Modélisation DOC Phénomènes pris en compte Thermiques Chimiques Calage sur cycle WLTP Validation sur cycle NEDC Résultats correctes Thermiques Chimiques Impact dépollution sur véhicules hybride 4

5 SIMULATION THERMIQUE GAZ AVAL KTA Cycles : NEDC et WLTP (partiel) Coefficient de convection constant DOC SCR FAP NEDC WLTP 3,4 %,31 % Time (s) Vitesse véhicule 160 WLTP NEDC Vitesse (km/h) SIMULATION ESSAIS ENTRÉES Temps (s) 5

6 SIMULATION CHIMIQUE CO Cycles : NEDC et WLTP (partiel) Coefficient de convection constant DOC SCR FAP Polluants simulés CO, C 3 H 6, C 3 H 8, NO et NO NEDC WLTP 16,10 % 8,86 % Time (s) Time (s) Vitesse véhicule 160 WLTP NEDC Vitesse (km/h) SIMULATION ESSAIS ENTRÉE Temps (s) 6

7 SIMULATION CHIMIQUE HC Cycles : NEDC et WLTP (partiel) Coefficient de convection constant DOC SCR FAP Polluants simulés CO, C 3 H 6, C 3 H 8, NO et NO NEDC WLTP 0,5 % 7,4 % Time (s) Time (s) Vitesse véhicule 160 WLTP NEDC Vitesse (km/h) SIMULATION ESSAIS ENTRÉE Temps (s) 7

8 SIMULATION CHIMIQUE NO Cycles : NEDC et WLTP (partiel) Coefficient de convection constant DOC SCR FAP Polluants simulés CO, C 3 H 6, C 3 H 8, NO et NO NEDC WLTP 5,95 % 8,6 % Time (s) Time (s) Vitesse véhicule 160 WLTP NEDC Vitesse (km/h) SIMULATION ESSAIS ENTRÉE Temps (s) 8

9 SIMULATION CHIMIQUE NO Cycles : NEDC et WLTP (partiel) Coefficient de convection constant DOC SCR FAP Polluants simulés CO, C 3 H 6, C 3 H 8, NO et NO NEDC WLTP 49,38 % 1,53 % Vitesse véhicule 160 WLTP NEDC Vitesse (km/h) SIMULATION ESSAIS ENTRÉE Temps (s) 9

10 SIMULATION CHIMIQUE NOX Cycles : NEDC et WLTP (partiel) Coefficient de convection constant DOC SCR FAP Polluants simulés CO, C 3 H 6, C 3 H 8, NO et NO NEDC WLTP 3,13 % 3,63 % Time (s) Temps (s) Vitesse véhicule 160 WLTP NEDC Vitesse (km/h) SIMULATION ESSAIS ENTRÉE Temps (s) 10

11 SOMMAIRE INTRODUCTION BASES THÉORIQUES IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE CONCLUSION 11

12 BASES THÉORIQUES CATALYSE AUTOMOBILE Catalyseur : Modifie la vitesse de réaction sans y être consommé Catalyse automobile Hétérogène Phase solide : catalyseur Phase gazeuse : réactifs Un catalyseur est composé macroscopiquement : D un pain catalytique «nid d abeilles» souvent en céramique D une ou plusieurs nappe isolante en fibre d alumine D un canning en acier inox Microscopiquement : Alvéoles recouvertes de washcoat neutre souvent en alumine (AlO3) Le washcoat contient des métaux précieux catalyseurs (Platine, Palladium, Rhodium). La charge en métaux précieux se nomme le grammage (g/ft 3 ) Zéolite pour le stockage par adsorption des HC à froid Cerium pour le stockage d oxygène 1

13 BASES THÉORIQUES CONVERSION DE POLLUANTS Efficacité de conversion d un polluant : Me : masse du polluant en amont du catalyseur Ms : masse du polluant en aval du catalyseur Température de light-off : Température pour laquelle on atteint 50 % de conversion d un polluant Hypothèses d écoulement de gaz Température d un gaz dépend de la conduction, convection, radiation Hypothèse de fluide incompressible Écoulement quasi-permanent Catalyse essence Un catalyseur 3 voies (CO/HC/NOx) Taux de conversion optimal à richesse 1 Catalyse Diesel Moteur Diesel fonctionne à une richesse inférieure à 1 Catalyseur d oxydation (DOC : Diesel Oxide Catalyst) Catalyseur de réduction par NH3 (SCR : Selective Catalyst Reduction) CANNING ISOLANT SUBSTRAT GAZ 13

14 BASES THÉORIQUES Modélisation catalyseur 3 voies Espèces chimiques concernées CO, C 3 H 6, C 3 H 8, CO, NO, O, N, H, H O Choix de modélisation chimique globale (différent de la modélisation élémentaire ou toutes les étapes chimiques sont prises en compte : 60 équations en moyenne!) Réactions du TWC CO + 1/ O CO (1) H + 1/ O H O () C 3 H 6 + 9/ O 3CO + 3H O (3) C 3 H O 3CO + 4H O (4) CO + NO CO + 1/ N (5) 14

15 BASES THÉORIQUES Vitesse volumique : Arrhénius Stockage O CeO + O Ce O CeO 1CeO 14CeO CeO NO CeO + CO Ce + C + C + H 3 3 4CeO H H 6 8 Ce O 6Ce 7Ce O / N + CO O O + H CO + 3H + 3CO + 4H O O O A : facteur pré exponentiel dépendant de la réaction Ea [J] : énergie d activation R [J/mol/K] : constante des gaz parfaits T [K] : température du mélange Le terme Ea/(R*T) peut s exprimer par Ta/T, Ta [K] la température d activation 15

16 SOMMAIRE INTRODUCTION BASES THÉORIQUES IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE CONCLUSION 16

17 IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE Moteur thermique : essence Evaluation sur cycle WLTP Evaluation de scénario énergétique (moteur thermique + hybridation, temps de coupure du moteur thermique) Thermique sur la ligne d échappement Emissions polluants à la canule Méthodologie mise en place pour évaluation des scénarios Scénario Descripteur régime/couple Descripteur polluants Modélisation post-traitement Sollicitation moteur thermique Emissions à la source Thermique ligne d échappement Emissions polluants à la canule 17

18 MODELE TWC Entrées modèle: Débit massique d air Concentration polluants Température sortie moteur Température ambiante Vitesse véhicule 18

19 IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE Evaluation de scénario énergétique (moteur thermique + hybridation) Impact thermique kta sur base moteur essence Température kta Référence scénario 4 Impact émissions à la canule CO HC NOx Déficit thermique Scénario 1-10,48% Scénario -15,48% Scénario 3-1,54% 19

20 IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE Evaluation de scénario énergétique (moteur thermique + hybridation) Impact traitement CO Température kta CO Cumulé Référence scénario 4 Sur émissions CO Scénario 1 9,74% Scénario 34,35% Scénario 3 78,18% 0

21 IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE Evaluation de scénario énergétique (moteur thermique + hybridation) Impact traitement HC Température kta HC Cumulé Référence scénario 4 Sur émissions HC Scénario 1 0,91% Scénario 47,07% Scénario 3 9,85% 1

22 IMPACT DEPOLLUTION SUR VÉHICULES HYBRIDE Evaluation de scénario énergétique (moteur thermique + hybridation) Impact traitement NOx Température kta NOx Cumulé Référence scénario 4 Sur émissions NOx Scénario 1 19,64% Scénario 4,3% Scénario 3 86,9%

23 SOMMAIRE INTRODUCTION BASES THÉORIQUES APPLICATION AUX VÉHICULES TYPE HYBRIDE CONCLUSION 3

24 CONCLUSION Avantages GT-SUITE Facile à utiliser Plusieurs technologies de post-traitement disponibles Couplage facile avec d autres logiciels (MATLAB-SIMULINK) Mises à jours régulières Outil pour traitement de résultats incorporé et facile à utiliser Bons résultats en thermique Bons résultats en chimie Evaluation rapide par simulation des différentes technologies Evaluation rapide de différentes configurations 4

25 Merci de votre attention 5

26 BIBLIOGRAPHIE a GT-POWER user s manual 6