Diagnóstico de las emisiones reales de los vehículos ligeros. Influencia de las condiciones del tráfico y de la conducción

Transcripción

1 Diagnóstico de las emisiones reales de los vehículos ligeros. Influencia de las condiciones del tráfico y de la conducción Jesús Casanova Kindelán Catedrático de Motores Térmicos Universidad Politécnica de Madrid Politécnica

2 Emisiones de los vehículos en servicio Emisiones de gases por el tubo de escape motor. Gases principales: N 2, H 2 O, O 2, y CO 2 ( G.E.I.) Productos contaminantes en pequeñas concentraciones Emisiones de partículas sólidas o líquidas en suspensión en el gas de escape (PM) Combustión + aceite Emisión de partículas de desgaste Frenos, embrague y neumáticos. Gases de evaporación de la gasolina del tanque del vehículo y en estación de servicio Control en carga desde camión pero no en boquerel. Cannister en vehículos de gasolina Gases de cárter del motor. Por normativa son recirculados. Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 1/23

3 Medida de emisiones de vehículos En banco de pruebas de motor Ciclos ESC y ETC para homologación de vehículos pesados. Ciclos normalizados y factores de ponderación estadística. En banco de rodillos Ciclos normalizados según estudios estadísticos. Solo vehículos ligeros. Sobre vehículos No hay estandarización en Europa. Utilizado para conformidad de emisiones en utilización (EE.UU.). Posibilidad de obtener datos de la vida real. Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 2/23

4 Caracterización del comportamiento de los vehículos en la ciudad El motor en condiciones transitorias de régimen de giro y de grado de carga. El motor utiliza poca potencia < 2 CV Tiempo (s) Velocidad (km/h) rpm/1 Posición Acelerador Comparación CO Frío-Caliente Revoluciones motor < 6 % de su valor máximo Periodos con motor a temperatura de refrigerante y de aceite bajas Tiempo (s) CO caliente CO frío Tª Aceite Comparación HC Frío - Caliente El motor está largos periodos de tiempo a ralentí (mínimo) Tiempo HC caliente HC Frío Tª Aceite Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 3/23

5 Dinámica del tráfico en la ciudad Afectan mucho a las emisiones Velocidades Aceleraciones Tiempos de parada con motor en marcha Bajas velocidades medias asociadas a paradas y arranques repetidos Fuente: INRETS (Francia) 24 Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 4/23

6 Influencia de la velocidad media y de la tecnología en los factores de emisión 4,5 4, 3,5 EMISIONES DE NOx DE TURISMOS GASOLINA ,45,4,35 EMISIONES DE PM DE TURISMOS GAS-OIL Emisión (g/km) 3, 2,5 2, 1,5 Emisión (g/km),3,25,2,15 1,,1,5, Velocidad media (km/h),5, Velocidad media (km/h) 45, 4, 35, EMISIONES DE CO DE TURISMOS GASOLINA ,5 4, 3,5 EMISIONES DE HC DE TURISMOS GASOLINA Emisión (g/km) 3, 25, 2, 15, Emisión (g/km) 3, 2,5 2, 1,5 1, 1, 5,,5, Velocidad media (km/h), Velocidad media (km/h) Fuente: Programa Copert IV Reducciones en la velocidad media aumentan los factores de emisión en tráfico urbano. Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 5/23

7 Proyecto MIVECO Metodología e instrumentación embarcada en vehículos para evaluar los efectos del tráfico real en las emisiones contaminantes Financiado por el Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino, Nº Ref. 71/26/ Participantes Universidad Politécnica de Madrid. Laboratorio de Motores Térmicos Emisiones gaseosas Ensayos en trafico real Universidad de Alcalá. Departamento de Electrónica Sensorización de actividad de vehículos Emisiones electromagnéticas CIEMAT. Unidad de evaluación y control de la contaminación convencional Caracterización de emisiones de partículas Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 6/23

8 Proyecto MIVECO: Objetivos Desarrollar metodologías de ensayo para estudiar los efectos de las condiciones reales de utilización de los vehículos ligeros en las emisiones contaminantes urbanas Capacidad para medir en tráfico real: Emisiones másica instantáneas y promediadas: CO, HC, NOx, O 2, CO 2, etc (g/km). Caracterización del tamaño de partículas. Consumo de combustible: caudalímetro en el tubo de escape + balance de carbonos Variables de utilización y funcionamiento del vehículo: velocidad, aceleración, pendiente, régimen del motor, condiciones atmosféricas, temperaturas, accionamiento del aire acondicionado, etc. El comportamiento dinámico del conductor mediante posición de pedales de freno, acelerador, etc. Basado en instrumentación disponible comercialmente Frecuencia de registro de datos 1 Hz Válido como laboratorio móvil de medida de emisiones. Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 7/23

9 Esquema del sistema completo (MIVECO) INTERNOS T em peraturas Em isiones Consum o SENSO RES RECORRIDO Posición (GPS) Pendiente Imagen visual CONDUCCIÓN Pedales M archas V elocidades/ace ler aciones Régimen motor EXTERNO S Temperatura Presión Hum edad N O x Líne a calefactad a H C s O 2 C O H 2 Filtro c aliente Enfriad or P eltier N 2 A ad quisición de datos PM Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 8/23

10 Equipo de análisis de gases embarcado Equipo embarcable en cualquier vehículo. Universal. Alimentación eléctrica independiente (baterías) Botella de N2 ThermoFID HC Transductor de presión SENSORS NO/NO2 Medidor carga bater ía Inversor 12Vdc/22Vac Analizador CO/CO2 SIGNAL Lambda ETAS HORIBA NOx Baterías Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 9/23

11 Equipo de análisis de gases embarcado Equipo embarcable en cualquier vehículo. Universal. Alimentación eléctrica independiente (baterías) Línea calefactada Filtro línea calefactada Toma l ínea fría Toma l ínea calefactada Sensor NOx y Lambda Tomas de presión caudalímetro Soporte por ventosa Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 1/23

12 Sistema de registro de variables del vehículo Elementos electrónicos Ubicación de algunos dispositivos sensoriales Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 11/23

13 Desarrollo de software de adquisición y tratamiento de datos medidos en tráfico real Registro variables dinámicas Registro on-line de actividad vehículo-conductor-entorno Ventana principal GUI Captura imagen de recorrido Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 12/23

14 Ejemplo de resultados Relación aire/combustible VARIABLES MEDIDAS EN TIEMPO REAL Datos reales LAND ROVER 1MY-OFF 16/4/9 1:1 Lambda Caudal Caudal instantáneo (lts/min) Tiempo (s) CONSUMO CALCULADO EN POST-PROCESAMIENTO & VELOCIDAD REAL MEDIDA GPS Datos reales LAND ROVER 1MY-OFF 16/4/9 1:1 6 6 Consum o Instantáneo (g/s) 5 Consumo 5 4 Velocidad Tiempo (s) Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 13/23 V elocidad (km /hr)

15 Algunas imágenes Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 14/23

16 Algunas imágenes Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 15/23

17 Evaluación del estilo de conducción Comparación estilos conducción: Eficiente Brusca Emisiones instantáneas de CO Comparación entre conducción suave & brusca Conducción suave Conducción brusca (g/hr) Emisiones instantáneas de HC Comparación entre conducción suave & brusca Conducción suave Conducción brusca 5.2 (g/hr) Tiempo (s) Emisiones instantáneas de NOx Comparación entre conducción suave & brusca Tiempo (s) Conducción suave Conducción brusca.6.5 FACTORES DE EMISIÓN Comparación entre conducción suave & brusca 3 FACTOR DE EMISION CO2 Comparación entre conducción suave & brusca (g/hr) g/km Conducción suave Conducción brusca g/km Conducción suave Conducción brusca Tiempo (s).1 5 FE CO FE HC FE NOx FE CO2 Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 16/23

18 Influencia de la conducción y del arranque en frio Influencia del tipo de conducción y arranque en frío sobre el FACTOR DE EMISIÓN DE CO Influencia del tipo de conducción y arranque en frío sobre el FACTOR DE EMISIÓN DE HC 3,35 2,5,3 g/km 2 1,5 1 Eficiente Normal Brusca Arranque en frío g/km,25,2,15,1 Eficiente Normal Brusca Arranque en frío,5,5 Peugeot 46 Laguna 25 Laguna 27 Estudio realizado en tráfico real por la ciudad de Madrid, Circuito UPM-CM y LR1, sep 29 Peugeot 46 Laguna 25 Laguna 27 Estudio realizado en tráfico real por la ciudad de Madrid, Circuito UPM-CM y LR1, sep 29 Influencia del tipo de conducción y arranque en frío sobre el FACTOR DE EM ISIÓN DE NOx 1,2 1 g/km,8,6,4 Eficiente Normal Brusca Arranque en frío,2 Peugeot 46 Laguna 25 Laguna 27 Estudio realizado en tráfico real por la ciudad de Madrid, Circuito UPM-CM y LR1, sep 29 Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 17/23

19 Influencia de conducción y del arranque en frío FACTOR DE EMISIÓN DEL DIÓXIDO DE CARBONO (CO 2 ) Emisión CO 2 (g/km) Eficiente Normal Brusca Arranque en frío FE CO2 Estudio realizado con Peugeot 46, en tráfico real por la ciudad de Madrid, Circuito UNP-CM, mayo 29 Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 18/23

20 Ejemplo: evaluación de las ventajas del sistema Stop- Start (parada del motor en detenciones) COMPARACIÓN LAND ROVER 1MY & 9MY Emisión instantánea de CO MY 1MY - off 1MY-on 2 CO2 g/hr No. dato (tiempo de muestreo=,1 s) Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 19/23

21 Ejemplo: evaluación de las ventajas del sistema Stop-Start (parada del motor en detenciones) COMPARACIÓN LAND ROVER FREELANDER Factor de emisión CO2 CO 2 Factor de em isión NO x (g/km ) Velocidad media (km/hr) 9MY 1MY on 1MY off Emisión de CO 2 crece al aumentar al reducir la velocidad media Sistema Stop-Start reduce las emisiones de CO 2 Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 2/23

22 Ejemplo: evaluación de las ventajas del sistema Stop- Start (parada del motor en detenciones) COMPARACIÓN LAND ROVER FREELANDER Factor de emisión de CO Factor de emisión CO (g/km) Factor de emisión NOx (g/km) Velocidad media (km/hr) COMPARACIÓN LAND ROVER FREELANDER Factor de emisión NOx Velocidad media (km/hr) 9MY 1MY on 1MY off 9MY 1MY on 1MY off El sistema Stop-Start afecta menos a las emisiones de CO y de NOx (motor diesel) Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 21/23

23 Conclusiones El equipo y la metodología de medida que permite medir emisiones en trafico real está resultando útil para obtener datos de la realidad de las emisiones en situaciones específicas Las emisiones reales de los vehículos en la ciudad no son iguales a las de homologación ni a los factores de emisión que se usan para inventarios de emisiones en Europa. Las emisiones instantáneas de un vehículo en tráfico real se pueden relacionar con la actividad del vehículo y la dinámica de la conducción. Con esta metodología se puede evaluar el impacto real de las nuevas tecnologías que reducen las emisiones contaminantes y las de CO 2 Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 29 J. Casanova 22/23