Development of Natural Gas Demonstrator Based on an Urban Vehicle with a Down-Sized Turbocharged Engine
Développement d'un démonstrateur gaz naturel sur la base d'un véhicule urbain doté d'un moteur suralimenté
IFP-Lyon
Corresponding author: richard.tilagone@ifp.fr
The main objective of this project is to confirm the high efficiency of compressed natural gas (CNG) fuel when used in urban conditions. For this purpose, a demonstrator vehicle using only CNG fuel has been developed when modifying an existing gasoline urban vehicle. The target is to achieve low CO2 emissions with a maximum level of 100 g/km on the motor vehicles emissions group (MVEG) driving cycle, while keeping pollutant emissions below Euro IV level. In addition, partners involved focus to maintain vehicle behaviours as maximum vehicle speed and acceleration close to standard gasoline version. For these reasons, a Smart car has been chosen offering, on one hand, a small displacement engine useful to obtain low CO2 emissions (downsizing approach), and on another hand, turbocharger characteristic necessary to maintain torque and power outputs in accordance with expectation. The first step was dedicated to CNG specific engine parts design (pistons, connecting rod, crankshaft, camshaft, etc.) in order to optimise CNG configuration. During the following steps, the engine has been optimised on a test bench. Valve timing and turbocharger selection have been optimised in order to obtain the best trade-off in terms of power consumption and pollutants. The final step has been to calibrate the engine, firstly on the test bench and secondly on the vehicle. This work allows coping with Euro IV emissions level with optimised catalyst light-off, transient running conditions, drive-ability, etc.
Résumé
L'objectif principal de ce projet est de confirmer le potentiel du gaz naturel en tant que carburant, pour les applications urbaines notamment. Un véhicule de démonstration utilisant uniquement le CNG (compressed natural gas) comme carburant à été développé, en se basant sur un véhicule urbain existant. Le but est de parvenir à des émissions de CO2 faibles, avec un niveau maximal de 100 g/km sur le cycle de conduite MVEG (motor vehicles emissions group), tout en respectant les niveaux d'émissions de polluants imposés par la norme Euro IV. L'accent est mis par les partenaires de ce projet sur le maintien de l'agrément général du véhicule proche de la version essence de référence, telles la vitesse maximale et l'accélération. Pour ces raisons, le choix s'est porté sur une Smart équippée d'un moteur turbocompressé à faible cylindrée, permettant d'obtenir de faibles émissions de CO2 et nécessaire pour maintenir le couple et la puissance proches des valeurs cibles. Dans un premier temps, les composants moteur spécifiques au CNG (pistons, bielle, rampe de gaz, etc.) ont été réalisés. Les réglages du moteur et la suralimentation ont ensuite été optimisés sur banc d'essai afin d'obtenir le meilleur compromis en termes de puissance, de consommation et d'émissions de polluants. La dernière étape a consisté à la calibration du moteur, d'abord sur banc d'essai puis sur véhicule. Cette optimisation a permis de respecter les normes d'émission Euro IV tout en offrant un agrément de conduite satisfaisant.
© IFP, 2004