Avril 2013

Qualité de l’air : les technologies de PSA Peugeot Citroën pour un moteur Diesel toujours plus

respectueux de l’environnement

17 avril 2013

Qualité de l’air : une priorité pour l’automobileChristian Chapelle Directeur chaines de traction et châssis

Les grands défis d’aujourd’hui…opportunités de demain

How can we

adapt to

new patterns of

mobility?

2015: 350 millions d’hommes en mégapoles

���� Le défi des infrastructures et de la mobilité

Changement

climatique et

Qualité de l’air

���� Un défi environnemental

���� Un défi technique et industriel

Evolution des

besoins des

clients

Urbanisation

Réduire les gaz à effet de serre (réchauffement climatique)

Enjeu pour l’automobile : baisser les émissions de CO2 en réduisant la

consommation des véhicules

Réduire la pollution (qualité de l’air)

Enjeu pour l’automobile : limiter les émissions de polluants des véhicules

Automobile et environnement : deux priorités

4

Stratégie Essence : vers un moteur plus économe

Développer des motorisations plus économes en carburant pour réduire les émissions de CO2 sans dégrader les niveaux actuels d’émissions de polluants

�Familles EP (moteurs 4cyl de 1,6l développés avec BMW)

�Famille EB (moteurs 3cyl de 1 et 1,2 l atmosphériques lancés sur Peugeot 208 et Citroën C3, version turbo lancée fin 2013)

Stratégie Diesel : vers un moteur toujours plus vertueux

Poursuivre les progrès en émissions (NOx), tout en maintenant l’avantage de 20% en termes de consommation par rapport à l’essence et en préservant l’agrément de conduite

Des développements hybrides adaptés aux motorisations Essence et Diesel

Une stratégie « Chaînes de traction » équilibrée

5

Qualité de l’air : après les particules, le défi des NOx

Deux polluants associés au moteur Diesel ont un impact sur la qualité de l’air en milieu urbain :

Les particules fines et ultrafines de moins de 2,5 µm ( PM2,5)

Les oxydes d’azote (NOx)

Le Filtre à Particules (FAP) a permis de traiter toutes les particules fines et ultra-fines des moteurs Diesel

La SCR (ou Selective Catalytic Reduction) va apporter la solution pour réduire les émissions d’oxydes d’azote (NOx)

PSA Peugeot Citroën présente un système de dépollution Blue HDi

optimisé pour ramener les émissions du Diesel au niveau de l’essence

7

17 avril 2013

Qualité de l’air : Les technologies pour réduire les émissions de polluants

Pierre Macaudière – Expert Groupe Systèmes de Dépollution

Sévérisation des limites d’émissions Diesel qui convergent vers celles de l’essence

Réduction

drastique des

limites

d’émissions

Source CCFA, véhicules particuliers 9

Particules en Masse (g/km)

EssenceEuro 6

Sources d’émissions de particules fines (PM2,5) et d’oxydes d’azote (NOx)

Particules

14% des particules fines (PM2,5) sont issues du transport routier, loin derrière les secteurs du résidentiel/tertiaire (41%) et de l'Industrie manufacturière (31%) en 2010

27% des PM2,5 issues du trafic routier en Ile-de-France

Oxydes d’azote, NOx

55% des émissions de NOx issues du transport routier en 2010

• Les poids lourds Diesel représentent 23% du total

• les véhicules particuliers Diesel 17%

10

Source CITEPA, Inventaire des émissions de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre en France, séries sectorielles et analyses étendues, Format Secten, Avril et Juillet 2012.

Comment PSA Peugeot Citroën a traité les émissions de particules fines et ultrafines

Introduction en 1996 du catalyseur d’oxydation (CATOx), pour réduire les émissions de HC, CO et de particules (en masse)

Introduction en 1998 du moteur HDi (réduction de 30% des particules)

Invention et lancement en première mondiale du Filtre à Particules (FAP) dès 2000 sur la Peugeot 607, large déploiement à partir de 2007 et généralisé avec la norme Euro 5 à partir du 1er janvier 2011

Système FAP très efficace traitant TOUTES les particules dans TOUTES les conditions d’usage :

Le FAP élimine les particules quelle que soit leur taille (fines et ultrafines) avec une efficacité supérieure à 99,9% en nombre

11

12

(Rapport SECTEN, CITEPA, Avril 2011)

En 20 ans, une hausse de 40% du parc automobile mais une baisse de 50% des émissions de particules fines

Comment PSA Peugeot Citroën a traité les oxydes d’azote (NOx)

Depuis Euro1 (1992), les émissions d’oxydes d’azote (NOx) liées au transport ont déjà été divisées par cinq en sortie moteur (« à la source »)

Moteur HDi (common rail injection haute pression)

Optimisation de la combustion (chambre de combustion, Turbo,

recirculation des gaz d’échappement (EGR)…)

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Source CITEPA, Inventaire des émissions de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre en

France, séries sectorielles et analyses étendues, Format Secten, Avril et Juillet 2012.

En 20 ans, une hausse de 40% du parc automobile mais une baisse de 50% des émissions de NOx

14

Comment aller au-delà pour réduire encore de 56% les émissions de NOx et atteindre 80 mg/km (Euro 6)

(1) Continuer à réduire les NOx « à la source »

� Approche réservée aux véhicules de faible masse se faisant au détriment de la consommation et du CO2

(2) Utiliser un système séquentiel d’élimination des NOx (le piège à

NOx)

� Système très intrusif et conduisant à une surconsommation de carburant

(3) Utiliser un système continu d’élimination des NOx, la SCR (selectivecatalytic reduction)

� Seul système alliant forte réduction des NOx et baisse de consommation et du CO2

� Solution technique adaptée pour tous les véhicules dont ceux de forte masse

15

Le choix de PSA Peugeot Citroën pour ramener les émissions de NOx au niveau de l’essence

Une ligne d’échappement innovante

Blue HDi : CATOX + SCR + FAP

qui équipera les futurs véhicules Diesel du Groupe dès fin 2013 et qui traitera :

le CO et les HC

jusqu’à 90% des NOx

99,9% des particules en nombre, quelle que soit leur taille et quelles que soient les conditions de roulage

16

17

La SCR (Selective Catalytic Reduction)Le système d’élimination des NOx le plus performant

� Transformation de l’Adblue® (urée) en ammoniac (NH3) dans la ligne d’échappement

� Réaction de l’ammoniac (NH3) sur les NOx pour donner de l’eau et de l’azote

18

(NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2

2NH3 + NO + NO2 → 3H2O + 2N2

Urée

Capteurs température

Capteur

deltaP

Capteur NOx

Injecteur d’urée

DOC

SCR FAP

∆P

Réservoir

d’AdBlue® (Urée)

Ammoniac

Eau Azote

Un catalyseur efficace dès les basses températures

19

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

100 150 200 250 300 350 400

NO

x c

en

ve

rsio

n,

%

Temperature, °C

DIE838-5

DIE839-5

DIE840-5

DIE841-14

DIE842-5

DIE653-1

Principe de fonctionnement du piège à NOx (NOx-Trap)

Efficacité réduite

Efficacité satisfaisante

Eff

ica

cité

de

co

nv

ers

ion

de

s N

Ox

(%

)

Température des gaz d’échappement (°C)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

SCR Aval FAP SCR Amont FAP

Température inférieure à 180°C

Température supérieure à 180°C

L’innovation Blue HDi : une architecture unique pour permettre à la SCR de traiter jusqu’à 90% des NOx

L’innovation du Groupe : la position de la SCR en amont du FAP

Un catalyseur plus efficace car plus rapidement en température

20

SCRDPF

Urea

DOC SCR DPFDOC

Urea

% du temps passé

Faib

le e

ffic

aci

té

Fort

e e

ffic

aci

té

Fort

e e

ffic

aci

té

Choix PSA Peugeot Citroën

DOC

SCR FAP

T°C upst.DOC

T°C dwst.DOC

T upst. DPF

Ave

rage

Tem

pera

ture

(°C

)U

rban

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<20

km/h

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L’architecture unique Blue HDi rendue possible grâce au FAP additivé de PSA Peugeot Citroën

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L’additif abaisse la température de combustion des suies

Le FAP additivé est le seul à pouvoir être régénéré en aval de la SCR

Exotherme

Perte thermique

200°C

300°C

400°C

500°C

600°C

21

Température minimale requise pour brûler des suies non additivées

Température minimale requise pour brûler des suies additivées

700°C

800°C

Effet de l’additif

T°C amont

DOC

T°C aval

DOC

T°C amont

DOC

T°C amont

SCR

Blue HDi et réchauffement climatique : un gain de 2 à 4% de CO2 par

rapport aux motorisations Euro5 et aux autres systèmes de dépollution

moins efficaces (SCR aval FAP, NOx-Trap)

Blue HDi et qualité de l’air : une efficacité maximale pour traiter les

NOx (jusqu’à 90% d’efficacité) et les particules (99,9% en nombre)

PSA Peugeot Citroën introduira la technologie Blue HDi dès 2013 sur

l’ensemble de ses nouveaux moteurs Diesel pour offrir à ses clients des

véhicules toujours plus respectueux de l’environnement

22

PSA Peugeot Citroën agit pour réduire l’impact de l’automobile sur l’environnement

Annexes

23

Des normes d’émissions Diesel toujours plus sévères

DIESEL NT TTCO

(mg/km)NOx

(mg/km)HC + NOx(mg/km)

PARTICULESen masse(mg/km)

PARTICULESen nombre(2)

(#/km)

Euro1 01/1993 01/1994 2720 s.o. 970 140 s.o.

Euro2 01/1996 01/1997 1000 s.o.DI : 900

IDI : 700

DI : 100

IDI : 80s.o.

Euro3 01/2000 01/2001 640 500 560 50 s.o.

Euro4 01/2005 01/2006 500 250 300 25 s.o.

Euro5a 09/2009 01/2011 500 180 230 5.0 s.o.

Euro5b 09/2011 01/2013 500 180 230 4.5(1) 6. 1011

Euro6b

et 6c09/2014 09/2015 500 80 170 4.5(1) 6. 1011

DI : injection directe IDI : injection indirecte (moteur à « préchambre ») s.o. : sans objet(1) : limite associée à l’utilisation de la méthode de mesure améliorée (2) : introduction d’une nouvelle méthode de mesure

Lien vers les normes de dépollution pour les moteurs essence24

�Après les particules, le challenge du moteur Diesel est d’abaisser les émissions en oxydes d’azote (NOx) au niveau de l’essence

Des normes d’émissions essence plus sévères pour les particules (moteurs à injection directe)

ESSENCE NT TT CO(mg/km)

HC(mg/km)

NMHC(mg/km)

NOx(mg/km)

HC + NOx(mg/km)

PARTICULESen masse(mg/km)

PARTICULESen nombre(2)

(#/km)

Euro1 01/1993 01/1994 2720 s.o. s.o. s.o. 970 s.o. s.o.

Euro2 01/1996 01/1997 2200 s.o. s.o. s.o. 500 s.o. s.o.

Euro3 01/2000 01/2001 2300 200 s.o. 150 s.o. s.o. s.o.

Euro4 01/2005 01/2006 1000 100 s.o. 80 s.o. s.o. s.o.

Euro5a 09/2009 01/2011 1000 100 68 60 s.o. 5.0 s.o.

Euro5b 09/2011 01/2013 1000 100 68 60 s.o. 4.5(1) s.o.

Euro6b 09/2014 09/2015 1000 100 68 60 s.o. 4.5(1) 6. 1012

Euro6c 09/2017 09/2018 1000 100 68 60 s.o. 4.5(1) 6. 1011

s.o. : sans objet(1) : limite associée à l’utilisation de la méthode de mesure améliorée (2) : injection directe essence, introduction d’une nouvelle méthode de mesure

25

26

Stockage du NO2 dans le NOx-Trap (site de baryum),

Passage en mode riche (faible taux d’oxygène, présence de réducteurs CO et HC) et réduction du NO2 comme sur catalyseur essence

Formation NO2 NO + 1/2 O2 ���� NO2

Stockage 2NO2 + "Ba" ���� "Ba(NO3)2"

Fonctionnement classique en pauvre(~ quelques minutes)� Stockage des NOx

Mode normal (pauvre)NO2

NO + O2

NO3

Pt

StockageBa

Rh

Fonctionnement riche (~ quelques secondes)

� Déstockage et conversion des NOx

Déstockage Ba(NO3)2 ���� NOx + "Ba"

Réduction NOx + "réd" ���� N2

Mode riche (purge)

N2

RéducteurCO, HC, H2

NOx

Pt

DéstockageBa

Rh

NO3

Principe de fonctionnement du piège à NOx (NOx-Trap)

Sonde

Température

(AT1)Capteur

NOx

Piège

FAP

Sonde

richesse

DV6

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Faible efficacité à haute T°C : stockage thermodynamiquement limité (T°C catalyseur et NO majoritaire)

Faible efficacité à basse T°C : stockage limité par la faible conversion NO ���� NO2

Une fenêtre d’activité du Piège à NOx plus limitée

Efficacité moyenne mais satisfaisante

Une croissance du Diesel observée à l’échelle Européenne, avec des ventes de VN proches de 55%

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Une croissance du Diesel observée à l’échelle Européenne, avec des ventes de VN proches de 55%

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