Projet Triptic-H : Caractérisation et traitement des ... · 2014 -s Plan de la présentation Atelier dépollution moteur Mov’eo –21 avril 2015 - Caen Introduction Contexte et

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

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Atelier dépollution moteur Mov’eo – 21 avril 2015 - Caen

Projet Triptic-H : Caractérisation et traitement des particules issues de moteurs à injection directe d’essence

Atelier dépollution moteur Mov’eo

21/04/2015

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Plan de la présentation


Introduction

Contexte et futures normes

Le projet Triptic-H

Caractérisation des particules issues de moteurs IDE

Développement de solutions de filtration et de formulations

catalytiques innovantes.

Impact de l’hybridation sur les émissions de particules

Conclusions

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Futures normes Euro :

Introduction

Contexte

Augmentation de la part de marché

des véhicules IDE en Europe au cours

de la prochaine décennie

2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

Euro 6b

PN limit (GDI) = 6.10+12 part/km

Euro 6c

PN limit (GDI) = 6.10+11 #/km

Euro 7?

PN limit to be defined

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2 voies possibles pour la réduction émissions des particules IDE

La réduction à la source des émissions de particules

amélioration des technologies injecteurs

amélioration des stratégies d’injection

...

Introduction

Le post-traitement des particules

filtration des particules à l’échappement (GPF)

régénération des particules :

en continue

régénération forcée avec des stratégies adaptées

Projet Triptic-H

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Projet Triptic-H

Triptic-H : Caractérisation et Traitement des Particules

issues de moteurs à injection directe d'essence pour une

application véhicule Hybride

Triptic-H en bref

Projet ANR TTD sur 42 mois

Lancement du projet : Janvier 2012

Budget total : 3025 k€ - Aide accordée par l’ANR = 1345 k€

Partenariat :

Labellisation :

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Projet Triptic-H

Caractérisation des particules IDE

Echappement brut Echappement dilué

DMS500 MK II

5 – 1000 nm

SMPS+E

2 – 37 nm

SMPS :

n-DMA 3085

CPC 3775

4 – 66 nm

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Projet Triptic-H


Détermination du spectre granulométrique sur la

gamme 2 – 1000 nm en combinant 3 analyseurs

de particules

Evaluation de l’effet du catalyseur 3 voies sur le

nombre de particules

Prélèvement de particules pour analyses en laboratoire

DMS500

SMPS+E

SMPS

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Projet Triptic-H


Exemple de caractérisation sur un 1500 tr/min – 5 bar de PME

DMS500SMPS+E

SMPS

Mode accumulation :

23 – 250 nm

Mode nucléation :

2 - 23 nm

THC ~ 2000 ppmC

Mode accumulation :

23 – 250 nm

Mode nucléation :

2 - 23 nm

THC ~ 30 ppmC

Amont 3WC Aval 3WC

Particules du mode nucléation en partie traitées par le catalyseur 3 voies

Présence de particules solides dans le mode accumulation

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Comparaison suies IDE / suies Diesel : analyse MET

Suies IDE

Structure

des

particules

primaires

Coexistence de noyaux carbonés

amorphes et graphitisés.

Diamètre très dispersé :• 10 - 70 nm (particules graphitisées)

• 50 – 100 nm (particules amorphes)

Suies Diesel

Majoritairement graphitisées

Diamètre : 20 – 40 nm

Projet Triptic-H

Les mesures moteur et les analyses laboratoire montrent la présence de particules solides

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Projet Triptic-H

En conclusion, les particules IDE présentent :

un mode nucléation et un mode accumulation identiques à ceux

mesurés à l’échappement des comme les particules Diesel

Diamètre médian de chaque mode identique IDE /Diesel…

… mais des particules en mode accumulation moins structurées

Le catalyseur 3 voies traite efficacement le mode nucléation

Un filtre à particules serait utile pour supprimer le mode

accumulation composé de particules solides

une concentration en nombre

inférieure au Diesel d’un facteur 101 – 102 en sortie moteur…

… mais supérieure d’un facteur 101 – 102 par rapport à celles mesurée

en sortie d’un DPF

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Projet Triptic-H

Traitement des particules IDE : approche choisie

Favoriser une très haute efficacité de filtration des particules en

nombre, avec un filtre vide ou presque vide, sans engendrer

une contre-pression trop élevée

Utilisation d’un filtre à particules de type membrane

Assurer au maximum la régénération en continue des particules

piégées

Développement de 2 solutions en parallèles

1 solution typée 4 voies

1 solution typée FAP catalysé

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Projet Triptic-H







piégées




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Projet Triptic-H

Filtration des particules par un filtre à particules de type membrane

(CTI) :

Support

Membrane

Photo : CTI

Support en SiC à forte porosité pour assurer la tenue

mécanique et thermomécanique de l’ensemble

Membrane de quelques dizaines de µm pour assurer une bonne

efficacité de filtration, en particulier en l’absence de lit de suies

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Evaluation du filtre membrane au banc moteur (vol. 1.2L) :

3 points de fonctionnement stabilisés : A, B and C

Tests réalisés avec un filtre vide


Efficacité de filtration significativement améliorée, surtout à forte charge

~ 6 pt de conversion:

-60% de PN en sortie

GPF

Projet Triptic-H

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Evaluation du filtre membrane au banc moteur :

Evaluation de la perte de charge À 500 m3/h (4500 tr/min – 8 bar de PME)


Projet Triptic-H

La perte de charge du filtre membrane reste un point sensible, compensé

partiellement par une augmentation du volume

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Projet Triptic-H







piégées




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Projet Triptic-H

Solution typée 4 voies :

Concept de la « micropile » : Electrochemical promotion of

catalysis (EPOC)

COCO2

O2

Catalyseur d’oxydation :

catalyse : CO + ½ O2 CO2

idem pour

HC, PM

Catalyseur de réduction :

catalyse : 2 NO N2 + O2

NO

N2

O2

électrocatalyse : CO + O2- CO2 + 2e-

O2- e-

électrocatalyse : 2NO + 4e- N2 + 2O2-

O2-e-

Micropile :

synergie entre

oxydation et réduction

Cathode Anode

COCO2

O2



idem pour

HC, PM

COCO2

O2 COCO2

O2O2



idem pour

HC, PM



NO

N2

O2



NO

N2

O2


O2- e-


O2-O2- e-e-


O2-e-


O2-e-

Micropile :

synergie entre


Micropile :

synergie entre


Cathode AnodeSource : Saint-Gobain CREE

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Projet Triptic-H


Test de montée de température entre 70 et 500 °C au BGS

Oxydation du CO

Réduction de NO en N2O

Oxydation du propane

Réduction de Rh2O3 en Rh

Réduction de NO en N2

Activation de la

micro-pile

Conditions de tests : C3H8 = 1800 ppm, CO = 1 %, NO = 840 ppm, O2 = 1 % , H2O = 10 %, débit total = 18 L/h,

masse de catalyseur = 200 mg, GHSV 229300 h-1 Vieillissement : 950 °C , 4 h, air + 10 % H2O

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Projet Triptic-H


Test de montée de température pour l’oxydation de suie modèle

300 400 500 600 700

0

20

40

60

80

100

Co

nv

ers

ion

(%

)

Temperature (°C)

Pd/Rh - CGO

CGO

Printex U

Sélectivité en CO2:

100 % pour Pd/Rh / CGO

95 % pour CGO

Conditions de tests : Mélange mécanique suie modèle (printex U) / catalyseur (rapport massique ¼), oxydation en température

programmée, 1 % O2 / He, 6 l/h, 10 °C/min

Catalyseur Pd-Rh (4/1) / CGO actif

pour l’oxydation de la suie à partir

de 400 °C

Le support seul présente

également une bonne activité

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Projet Triptic-H

Solution typée GPF catalysé :

Basé sur les matériaux Pérovskites à conduction ionique

Formulation retenue à l’issue de la phase de criblage :

Photo : IRCELyon

La0.50Sr0.24Ag0.26MnO3

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Projet Triptic-H

La phase d’imprégnation

des catalyseurs sur la

membrane reste une

partie sensible du projet

Solution typée GPF catalysé :

Test de montée de température pour l’oxydation de suie modèle

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Projet Triptic-H

Impact de la chaîne d’hybridation sur les émissions de particules

Mesure des émissions de particules sur cycle NEDC (hybride et non hybride)

En sortie turbine, sortie catalyseur 3W et sortie GPF

Mode conventionnel Mode hybride

Limite Euro 6b : 6.10+12 part/km

Limite Euro 6c : 6.10+11 part/km

5 fois plus de particules en mode hybride

en aval 3WC

dans les 2 cas, le GPF est efficace à plus

de 96 % et permet d’être en dessous de

6.1011 part/km sur un cycle NEDC chaud

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Conclusions

Le filtre à particule membrane est un bon moyen pour réduire les

émissions de particules sur un moteur IDE, en particulier lorsque

le filtre n’est pas chargé en suies

La membrane permet d’améliorer l’efficacité de filtration par

rapport à un filtre classique :

Entre 40 et 70% de PN en moins en sortie GPF

La formulation micropile permet d’assurer une catalyse 4 voies

HC,CO, NOx + particules avec une oxydation de la suie à partir

de 400 °C.

La formulation pérovskites permet de catalyse la réaction

d’oxydation de la suie dès 350 °C.

Projet Triptic-H


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