RAPPORT N : 14/06163

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1 Ce certificat offre la garantie que les informations contenues dans ce document sous sa forme électronique n ont pas été modifiées de quelque façon que ce soit. Autodrome de Linas-Montlhéry BP Montlhéry cedex France RAPPORT N : 14/06163 DEMANDEUR : INNOSPEC Limited Innospec Manufacturing Park, Oil sites road CH65 4EY Ellesmere Port Cheshire Grande Bretagne OBJET : Caractérisation de l impact d un additif pour carburant de la gamme POWERGUARD développé par INNOSPEC sur la consommation volumique de carburant, les émissions de CO2 et sur les émissions de polluants réglementés d un véhicule tracteur poids lourd SCANIA de type R420 Euro V. La prestation réalisée dans le cadre du dispositif CEE suivant la fiche TRA-EQ-119. Montlhéry, le 26 Janvier 2015 Mathieu CAPITAINE Responsable d Affaire Emissions Energie Environnement mathieu.capitaine@utaceram.com Céline VALLAUDE Responsable du Service Emissions Energie Environnement celine.vallaude@utaceram.com NB : Les présents essais ne sauraient en aucune façon engager la responsabilité de l UTAC en ce qui concerne les réalisations industrielles ou commerciales qui pourraient en résulter. La reproduction de ce rapport d essai n est autorisée que sous la forme de fac-similé photographique intégral. Les résultats des essais ne concernent que le matériel soumis aux essais, et identifié dans le rapport d essais. L accréditation par la Section Essais du COFRAC atteste uniquement de la compétence technique du laboratoire pour les essais ou analyses couverts par l accréditation. (*)Pour déclarer, ou non, la conformité à la spécification, il n a pas été tenu compte de l incertitude associée aux résultats. UTAC shall not be liable for any industrial or commercial applications that occur as a result of these tests. This test report may only be reproduced in the form of a full photographic facsimile. Tests results are only available for the materiel submitted to tests or materiel identified in the present test report. Accreditation by the Cofrac test department only certifies the technical competence of the laboratory for the tests or analyse covered by this accreditation. (*)In order to modify the conformity or no conformity in the requirements, the uncertainty of the test results as not been explicitly taken into account. Seule la version française fait foi / Only the french version is the authentic text. Union Technique de l'automobile, du Motocycle et du Cycle Société par actions simplifiée au capital de euros Autodrome de Linas-Montlhéry BP Montlhéry Cedex France TVA FR Siren RCS Evry Code APE 7120 B Centre d'essais de Mortefontaine Route du golf Mortefontaine France Ce document comporte 20 page(s) et 1 annexe(s) / This document contains 20 page(s) and 1 annex(es)

2 S O M M A I R E 1 OBJET PROGRAMME D ESSAI Déroulement et contenu des essais Mesures réalisées au banc à rouleau et méthodes mises en œuvre Cycle de conduite Mesure des émissions de CO2 et des polluants réglementés sur cycle 60NERV Consommation volumique de carburant (par bilan carbone) sur cycle 60NERV Conditions d essais Protocoles d interventions sur le véhicule Description du roulage sur piste : Caractérisation des injecteurs : Gestion des consommables : MOYENS D ESSAI Véhicule d essai Carburant d essai Banc à rouleau de Montlhéry Pistes d essais de Mortefontaine pour le roulage de 15000km Banc d injection (société EFS) RESULTATS D ESSAIS Synthèse comparative de l ensemble des résultats Informations sur le calcul des intervalles de confiance (IC) Informations sur la comparaison des moyennes Caractérisation des injecteurs Conditions d essais Etude probabilité Etude concentricité Etude de la stabilité du débit d injection Etude du temps de fermeture des injecteurs CONCLUSION...20 Annexe 1 : Analyses de carburant vierge et additivé 2/20

3 1 OBJET L objectif de la prestation a été de caractériser l impact de l utilisation d un additif pour carburant de la gamme POWERGUARD développé et fourni par INNOSPEC sur la consommation volumique de carburant, sur les émissions de CO2 et sur les émissions de polluants réglementés à l échappement d un tracteur poids lourd SCANIA de type R440 Euro V, après un roulage de 15000km réalisé sur piste d essais avec le carburant additivé. Ce programme d essais a été réalisé dans le cadre du dispositif CEE (Certificat d Economie d Energie) et de la charte CO2, et s est basé sur le protocole d essais décrit dans le projet de fiche explicative n T965 associée à la fiche TRA-EQ-119 (Optimisation de la combustion et propreté des moteurs diesels, applicable aux véhicules de transport de marchandises de catégorie N2 ou N3). Le programme a été complété par une étude de l impact de l additif sur le fonctionnement des injecteurs, via des mesures de débit et des imageries de spray réalisées avant et après le roulage. Cette prestation a été réalisée par la société EFS. La prestation de roulage a été réalisée par le groupe UTAC-CERAM sur le site de Mortefontaine. Les interventions sur le véhicule, et les 2 configurations d essais ont été réalisées par le groupe UTAC-CERAM au banc à rouleaux poids lourd sur le site de Montlhéry. Configuration 1 : Véhicule fonctionnant avec du carburant gasoil B7 de référence non-additivé. Etude réalisée après une vidange de l huile du moteur, et un changement des filtres (huile/carburant/air). Configuration 2 : Etude réalisée après 15000km de roulage sur piste, avec un véhicule fonctionnant avec du carburant gasoil B7 de référence additivé (avec le même lot de carburant utilisé pour le roulage et pour la 1 ère série d essais avant additivation). Etude réalisée après une vidange de l huile du moteur, et un changement des filtres (huile/carburant/air). 3/20

4 2 PROGRAMME D ESSAI 2.1 Déroulement et contenu des essais Etapes 1 Description des étapes Caractérisation du lot de 6 injecteurs par la société EFS : - Mesure de débit sur banc d injection - Mesure de la pénétration et concentricité du spray par imagerie 2 (injecteurs préalablement démontés, puis remontés après essais par Scania) Préparation du véhicule au banc à rouleaux à Montlhéry : - Installation du véhicule au banc - Vidange réservoir carburant Véhicule révisé par Scania avant réception (vidange huile et changement des filtres à huile/air/carburant) 3 Roulage de conditionnement (6 cycles 60NERV) 4 6 Mesures sur cycles 60NERV Carburant vierge 5 Roulage 15000km sur piste à Mortefontaine à une vitesse stabilisée de 90km/h Carburant additivé 6 Préparation du véhicule au banc à rouleaux à Montlhéry: - Installation du véhicule au banc - Vidange huile moteur et changement des filtres à air/huile/gasoil 7 Roulage de conditionnement (6 cycles 60NERV) Carburant additivé 8 6 Mesures sur cycles 60NERV 9 Caractérisation du lot de 6 injecteurs par la société EFS : - Mesure de débit sur banc d injection - Mesure de la pénétration et concentricité du spray par imagerie (injecteurs préalablement démontés, puis remontés après essais par Scania) 4/20

5 Vitesse (km/h) RAPPORT N 14/ Mesures réalisées au banc à rouleau et méthodes mises en œuvre Cycle de conduite Les essais ont été réalisés sur un banc mono-rouleau suivant un cycle de conduite «60NERV», dont les caractéristiques sont les suivantes : durée de 906 secondes, vitesse maximum de 86 km/h, vitesse moyenne de 60 km/h. Ce cycle d essai est basé sur des enregistrements de roulages réels. 100 CYCLE DE CONDUITE "60NERV" Temps (secondes) 5/20

6 2.2.2 Mesure des émissions de CO2 et des polluants réglementés sur cycle 60NERV Les mesures effectuées ont concerné : Le dioxyde de carbone (CO2), Le monoxyde de carbone (CO), Les hydrocarbures imbrûlés (HCt), Les oxydes d azote (NOx), Les particules en masse. Les méthodes analytiques employées sont celles imposées par les réglementations en vigueur, à savoir analyse par infrarouge pour le CO et CO2, par ionisation de flamme pour les hydrocarbures imbrûlés et par chimiluminescence pour les NO x. Les appareils utilisés sont présentés au Consommation volumique de carburant (par bilan carbone) sur cycle 60NERV Les consommations volumiques de carburant en L/100 km sont déterminées sur les bases de la directive 2004/03/CE, modifiées pour prendre en compte les caractéristiques propres du carburant essayé, du cycle de conduite retenu et pour prendre en compte la catégorie de véhicule N3 (poids lourd). Elles sont calculées au moyen de la méthode du bilan carbone qui utilise les émissions de CO 2 mesurées et les autres émissions associées au carbone (CO et HCt). La formule utilisée est la suivante : K1 Consommation = x( K 2 HC 0,4288 CO 0,2729 CO2 ) D Où : le coefficient K 1 dépend du rapport H/C du carburant utilisé (m/n). le coefficient K 2 dépend du rapport H/C des émissions d hydrocarbures à l échappement (y/x). A ce titre, il devrait être calculé à partir des résultats d analyse de la spéciation des hydrocarbures. Toutefois, nous avons fait l hypothèse que la composition des gaz d échappement est identique à la composition du carburant (y/x = m/n). D est la masse volumique du carburant à 15 C, exprimée en kg/l. HCt, CO et CO 2 sont les émissions exprimées en g/km. Pour le calcul, les concentrations de polluants sont corrigées de la pollution présente dans l air de dilution. 6/20

7 2.2.4 Conditions d essais Tous les essais ont été réalisés à chaud (après une phase de chauffe du véhicule permettant d atteindre une cible de température d huile et échappement identique pour chaque essai d une même série) Protocoles d interventions sur le véhicule Description du protocole de vidange de l huile moteur : o Vidange + changement de filtre à huile + remplissage Description du protocole de vidange du carburant : o Vidange du réservoir + changement filtre à carburant o Remplissage avec carburant d essai (100L) o Roulage 10km o Vidange du réservoir o Remplissage avec carburant d essai Remarque : Des interventions ont été réalisées sur le moteur (vidanges huile, carburant, changements filtres) mais aucune intervention n a été réalisée sur le véhicule durant la campagne d essais. Les pneumatiques et le système de freinage sont restés les mêmes pour toutes les séries d essais et pour le roulage. 2.3 Description du roulage sur piste : Le roulage de 15000km avec carburant additivé à été réalisé sur la piste du site de Mortefontaine avec le tracteur PL seul (sans remorque), et à une vitesse stabilisée de 90km/h. Il s est déroulé sur une période de 4 semaines. 2.4 Caractérisation des injecteurs : Une caractérisation des injecteurs (mesures de débit et étude de spray par imagerie) a été réalisée par la société EFS avant et après le roulage avec carburant additivé. Cette prestation a été précédée d une mesure des conditions réelles de commande des injecteurs (pression, temps d inection), effectuée directement sur véhicule chez Scania, afin que ces conditions soient reproduites sur banc d injection chez EFS. 7/20

8 2.5 Gestion des consommables : o Carburant : fourni par UTAC-CERAM (fabrication et livraison par TOTAL) Conditionné en fût pour la 1ère série d essais au banc Conditionné en IBC 1000L pour le roulage. Ce carburant a été utilisé pour la 2nde série d essais au banc. Le carburant utilisé pour les 2 série d essais, et le carburant utilisé pour le roulage sont issus du même lot. o o Additif pour carburant : fourni par INNOSPEC Dosage de l additif : 200mg/km, soit L ( mg) d additif pour 1L du carburant utilisé pour les essais (voir 3.2) Huile et pièces moteur (filtres) : Fournies par UTAC-CERAM 3 MOYENS D ESSAI 3.1 Véhicule d essai Dans le cadre de cette étude, les essais ont été réalisés sur un tracteur PL SCANIA R440 Euro5 Diesel équipé d un système EGR. MARQUE SCANIA TYPE R440 REGLEMENTATION EURO V CHASSIS VLUR4X IMMATRICULATION AP-910-HA MOTORISATION Diesel 6 cylindres cm3 BOITE DE VITESSE Manuelle 6 rapports POST-TRAITEMENT Catalyseur (+EGR) PNEUMATIQUES GOODYEAR Marathon 315/70 R22.5 KILOMETRAGE ARRIVEE km DEPART km AVANT 5830 kg MASSE (pesée) ARRIERE 1980 kg TOTAL 7870 kg INERTIE SIMULEE kg RESISTANCE ROULEMENT 60N/tonne (forfaitaire) RESISTANCE AERODYNAMIQUE N/(km/h)² (forfaitaire) 8/20

9 3.2 Carburant d essai Dans le cadre de cette étude, tous les essais ont été réalisés avec du carburant gasoil de référence B7 fabriqué par TOTAL (référence : EU6 DVPT B7 DIESEL 03G - Lot B ), dont les caractéristiques principales sont : H/C : O/C : %massique d eau : % Masse volumique à 15 C : kg/l L analyse EN590 complète du carburant est présentée en Annexe1 9/20

10 3.3 Banc à rouleau de Montlhéry Cellule équipée d un banc monorouleau qui permet de mesurer les émissions de polluants réglementés. Ces analyses se font sur la base des prescriptions techniques fixées par les directives européennes pour les véhicules légers. Caractéristiques principales : Surface Hauteur Banc à rouleaux Puissance Type de rouleaux Inerties disponibles Prélèvement des gaz dilués en sacs Type Débit de prélèvement Polluants réglementés 210 m m 200 kw à 90 km/h Monorouleau circonférence de 8 m inerties électriques de 4900 à kg NOVA MESS TECHNICH 50, 70, 90 et 120 m 3 /min CO (NDIR), CO2 (NDIR), HC CH4 (FID), NOx (analyse par chimiluminescence), Particules par gravimétrie Consommation de carburant Par bilan carbone (par somme du CO2, du CO et des HC) 3.4 Pistes d essais de Mortefontaine pour le roulage de 15000km Organisé autour d un anneau de vitesse et d une aire plane unique en Europe par ses dimensions, le site de Mortefontaine dispose d un circuit routier et de pistes à revêtements et profils variables permettant de satisfaire tous besoins d essais, de performances, de validation, et de fiabilité. 10/20

11 3.5 Banc d injection (société EFS) Afin d étudier l impact de l additif sur le fonctionnement des injecteurs, UTAC-CERAM a fait appel à la société EFS, spécialisée dans la domaine de la caractérisation de système d injection (mesure de débit d injection, et analyse de spray d injection par imagerie). Entant qu expert dans le domaine, EFS a participé activement à la détermination des conclusions de cette étude complémentaire. Voici les moyens d essais utilisés par EFS pour la caractérisation des injecteurs réalisée avant et après l utilsation de l additif : Banc d injection équipé du système Injetvision et du débitmètre IFR : Le système Injetvision (développés et produits par EFS) permet de visualiser les sprays des injecteurs, de mesurer la pénétration des jets, leur concentricité, et probabilité de présence de fluide sur une moyenne de 10 injections. Le débitmètre IFR (développés et produits par EFS) est utilisé pour la recherche, le développement ou la production de système d injection pour moteurs essence ou diesel. 11/20

12 4 RESULTATS D ESSAIS 4.1 Synthèse comparative de l ensemble des résultats : ESSAIS CO2 g/km Comparatif Config. 1 Config. 2 Config. 1 Config. 2 configurations 2/1 0km 15kkm ECART (%) Egalité des moyennes Consommation L/100km 0km 15kkm ECART (%) Comparatif configurations 2/1 Egalité des moyennes Non-Egalité % des moyennes Moyenne IC Ecartype % Non-Egalité des moyennes 12/20

13 ESSAIS NOx g/km Comparatif Config. 1 Config. 2 Config. 1 Config. 2 configurations 2/1 0km 15kkm ECART (%) Egalité des moyennes Particules g/km 0km 15kkm ECART (%) Comparatif configurations 2/1 Egalité des moyennes Egalité des -3.6% moyennes % Moyenne IC Ecartype Egalité des moyennes 13/20

14 ESSAIS CO g/km Comparatif Config. 1 Config. 2 Config. 1 Config. 2 configurations 2/1 0km 15kkm ECART (%) Egalité des moyennes HCt g/km 0km 15kkm ECART (%) Comparatif configurations 2/1 Egalité des moyennes Egalité des 8.7% moyennes Moyenne IC Ecartype % Egalité des moyennes 14/20

15 4.2 Informations sur le calcul des intervalles de confiance (IC) : Sur la base des résultats obtenus par la méthode d essai décrite dans ce rapport, les intervalles de confiance (IC) sont calculés et associés à l estimation des moyennes des polluants réglementés. Les intervalles de confiance de ces moyennes sont estimés sur les bases des prescriptions techniques de la norme ISO Les bornes de l intervalle de confiance sont construites selon la formule : Valeur estimée y de la moyenne S r T n où : les intervalles de confiance IC sont donnés en g/km pour les émissions de CO2, CO, HC, NO X, Particules, et en L/100km pour la consommation volumique de carburant. T est un facteur d élargissement pour un niveau de confiance (p) de 0,95. S r est l écart-type de répétabilité exprimé en g/km pour les émissions de CO2, CO, HC, NO X, Particules, et en L/100km pour la consommation volumique de carburant n est le nombre de mesures réalisées. S r S r L intervalle [ y T ; y T ] contient donc avec une probabilité de 95%, la n n valeur vraie de la moyenne, paramètre inconnu de la population. 4.3 Informations sur la comparaison des moyennes : Cette comparaison se fait en 2 étapes : 1. Tester préalablement l égalité des variances. Pour cela, un des tests communément utilisés est le test de Levène. 2. Puis le test global Fischer (F) d égalité des moyennes est réalisé. Lorsque l égalité des moyennes n est pas vérifiée, un test de comparaisons multiples des moyennes est effectué afin d identifier quelles sont les paires de moyennes qui diffèrent. Le test de Bonferroni indique si les moyennes prises deux par deux sont statistiquement égales ou non. 15/20

16 4.4 Caractérisation des injecteurs : Conditions d essais : Sur les deux systèmes, les injecteurs ont été testés dans les conditions suivantes : Pression rail : 400 bars. Temps d injection : 750 µs. Contre pression : 20 bars Etude probabilité : L étude de probabilité réalisée avec le système injetvision est une méthode qui permet de visualiser la qualité de l injection de carburant. Méthode : le dégradé de couleur correspond à la probabilité de présence de fluide sur une surface (moyenne de 10 injections) La surface blanche correspond à une forte probabilité de présence de fluide. La surface colorée correspond à une dégradation de la probabilité de présence de fluide. Exemple d étude de l injecteur n 1 Injecteur 1 avant utilisation de l additif Injecteur 1 après utilisation de l additif La proportion de surface blanche par rapport à la surface colorée étant plus importante après utilisation de l additif, on peut conclure à une optimisation de la qualité d injection de carburant liée à un nettoyage externe des injecteurs (trous du nez) par l utilisation de l additif lors d un roulage de 15000km. 16/20

17 4.4.3 Etude concentricité : L étude de la concentricité réalisée avec le système injetvision est une méthode qui permet de visualiser la qualité de l injection de carburant. Méthode : un cercle est appliqué sur l image d une injection et est positionné à la périphérie de chacune des plumes (sprays d injection) Une concentricité importante est représentative d une bonne qualité de l injection (répartition homogène des sprays dans la chambre de combustion) Synthèses des mesures de concentricité Mise à part l injecteur n 4, La concentricité étant plus importante après utilisation de l additif, on peut conclure à une optimisation de la qualité d injection de carburant liée à un nettoyage externe des injecteurs (trous du nez) par l utilisation de l additif lors d un roulage de 15000km. 17/20

18 4.4.4 Etude de la stabilité du débit d injection La stabilité du débit d injection étant plus importante après utilisation de l additif, on peut conclure à une optimisation de la qualité d injection de carburant lié à un nettoyage interne des injecteurs (guidage de l'aiguille) par l utilisation de l additif lors d un roulage de 15000km. 18/20

19 4.4.5 Etude du temps de fermeture des injecteurs Le délai de fermeture des injecteurs étant plus faible et plus répétable (std plus faible) après utilisation de l additif, on peut conclure à une optimisation de la qualité d injection de carburant liée à un nettoyage interne des injecteurs (guidage de l'aiguille) par l utilisation de l additif lors d un roulage de 15000km. 19/20

20 5 CONCLUSION L objectif de la campagne a été de caractériser l impact de l utilisation d un additif pour carburant de la gamme POWERGUARD développé par INNOSPEC sur la consommation volumique de carburant, sur les émissions de CO2 et sur les émissions de polluants réglementés à l échappement d un tracteur poids lourd SCANIA de type 440 Euro V, après un roulage de 15000km réalisé sur piste d essais avec du carburant additivé. La prestation s est déroulée dans le cadre du dispositif CEE suivant la fiche TRA-EQ-119. Les 2 carburants utilisés pour la campagne (additivé et non-additivé) sont conformes à la norme EN590 (voir en annexe1 les résultats des analyses réalisées par le laboratoire indépendant SGS) Emissions de CO2 et consommation volumique de carburant Les essais réalisés au banc à rouleau mettent en évidence un gain significatif de 3.1% sur les émissions de CO2, et de 3.1% sur la consommation volumique de carburant (tests d égalité des moyennes négatifs). Emissions de polluants réglementés Les essais réalisés ne permettent pas de mettre en évidence un gain ou une augmentation significative sur les émissions de NOx, les émissions de particules, ou les émissions de CO et d HCt (tests d égalité des moyennes positifs). Caractérisation des injecteurs L étude réalisée par la société EFS permet de mettre en évidence une optimisation de la stabilité de l injection de carburant, ainsi qu un temps de fermeture de l injecteur plus court et plus répétable. Ce phénomène est clairement lié à un nettoyage des injecteurs interne (trous du nez de l injecteur) et externe (guidage de l'aiguille), permettant ainsi d optimiser la combustion. Cette conclusion corrèle avec le gain d émissions de CO2 et de consommation volumique de carburant observé lors des essais au banc à rouleau. 20/20

21 Annexe 1 A N N E X E I Analyse des 2 carburants d essais : - EU6 DVPT B7 DIESEL 03G - Lot B vierge - EU6 DVPT B7 DIESEL 03G - Lot B additivé 1/2

22 Annexe 1 ANALYSES NORMES UNITES RESULTATS VIERGE ADDITIVE NF EN 590 Masse volumique à 15 C NF EN ISO kg/m de 820 à 845 Distillation Point initial NF EN ISO 3405 c automatique 5% c (pression atm.) 10% c % c % c % c % c % c % c % c % c % c <360 Point final c Récuépé à 250 C Pct Vol <65 Récuépé à 350 C Pct Vol >85 Total condensé Pct Vol Residu Pct Vol Pertes Pct Vol Pression Atmosphérique kpa NF EN ISO 3104 mm²/s de 2 à 4.5 NF EN ISO mg/kg < 10 Viscosité à 40 C Teneur en Soufre Teneur en eau Contamination Totale Teneur en Cendres Indice de Cetane (mesuré) Indice de Cetane calculé Résidu de Carbone (10%) NF EN ISO mg/kg <200 NF EN mg/kg <6 6.1 <24 NF EN ISO 6245 Pct Masse <0.001 <0.001 <0.01 NF EN ISO >51 NF EN ISO >46 NF EN ISO Pct Masse <0.1 <0.1 <0.3 NF EN ISO NF EN ISO Corrosion Cuivre, 3hrs à 50 C Stabilité à Insolubles Filtrables g/m l'oxydation Insolubles Adhérents g/m h à 95 C Insolubles Totaux g/m3 1 0 <25 Filtres Utilisés Période d'induction NF EN Heures Température NF EN C Point Eclair Pensky-Martens Méth A NF EN ISO 2719 C >55 Pouvoir Lubrifiant Température air début NF EN ISO C Humidité air début Pct Longueur x µm Longueur y µm MWSD µm Température air début C Humidité air début Pct AVP WS1.4 µm <460 Point de trouble NF EN C <-5 Température limite de filtrabilité NF EN <-15 Hydrocarbures Mono-aromatiques NF EN Pct Masse Poly.Aromatiques Di-aromatiques Pct Masse Tri+Aromatiques Pct Masse Polyaromatiques Pct Masse Aromatiques totaux Pct Masse Polycyclique Pct Masse <11 Esters Méthyliques d'acides gras (Inter.B) NF EN Pct Vol <5 2/2