Los motores térmicos aplicados al transporte

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1 Segundas Jornadas sobre la energía: La energía asociada al transporte Óscar Bonet Centro Técnico de Seat 1 y 2 de Octubre de 2009

2 Índice 1. Fuentes de energía y vectores de energía utilizados en automoción. 2. Hegemonía del motor de combustión interna. 3. El camino hacia el futuro.

3 1.- Fuentes de energía y vectores de energía utilizados en automoción Fuente de energía: Origen de la energía primaria de la que se obtiene el combustible a utilizar en el vehículo. Vector de energía: La energía secundaria utilizada como combustible en el vehículo

4 Fósil Gas Natural Petróleo Carbón Nuclear Renovable Biomasa Eólica Solar Hidráulica Geotérmica CNG Gasolina GLP Diesel Bioetanol Biodiesel ICE Otto ICE Diesel Tracción convencional

5 Fósil Gas Natural Petróleo Carbón Nuclear Renovable Biomasa GTL CTL BTL H 2 ICE Pila de Combustible + Motor eléctrico Eólica Solar Hidráulica Geotérmica Electricidad Batería + Motor eléctrico Tracción alternativa

6 2.- Hegemonía del motor de combustión interna. Orígenes. Ventajas/desventajas frente a otros modos de tracción. Emisiones Well-to to-tank y Tank-to to-wheel de distintos combustibles.

7 La oferta comercial en los inicios del automóvil no está definida aún respecto al tipo de tracción. El comprador puede escoger entre varias opciones, pero acabarán imponiéndose los motores de combustión interna por sus ventajas evidentes. Peugeot 1895 Tracción a gasolina Serpollet 1895 Tracción a vapor Lohner-Porsche 1900 Tracción eléctrica

8 Podemos decir que en la línea de salida compiten en igualdad de condiciones coches de distintas concepciones respecto a la energía a utilizar. La primera carrera de la historia fue la Paris-Rouen de La ganó un vehículo a vapor. En 1885 se disputa la París-Burdeos Burdeos-París. Los 42 equipos inscritos están formados por: 20 propulsados por petróleo 15 a vapor 5 a gasolina y 2 vehículos eléctricos De los 23 equipos que toman la salida, llegan a la meta 9, 8 de ellos de combustión interna (4 de gasolina) y uno a vapor. El motor de combustión interna se impondrá darwinianamente

9 Ventajas del motor de combustión interna. Respecto a la tracción a vapor. El rendimiento de las calderas a vapor es muy pobre. El vapor a presión representa un peligro de explosión en caso de accidente. Aunque el combustible puede ser muy variado y barato, su manipulación ación es incómoda. Respecto a la tracción eléctrica. La alta densidad de energía de la gasolina/gasóleo ofrece una autonomía imposible de conseguir con los sistemas de almacenamiento de electricidad. La reposición de combustible es mucho más rápida y simple que en el caso de las baterías eléctricas.

10 Emisiones Well-to-Tanky Tank-to-Wheel de distintoscombustibles. Para evaluar las ventajas en emisiones de un combustible frente a otro se debe considerar el ciclo de vida completo de éste, desde el origen o de la energía primaria de donde se obtiene hasta su utilización en el vehiculo. Las emisiones de CO2 correspondientes al proceso de extracción, refino y distribución del combustible hasta el depósito del coche e se engloban en el concepto Well-to to-tank. Las emisiones de CO2 sujetas a legislación y homologación son las que se miden en el coche sobre el banco de contaminación (Tank( Tank-to- Wheel)

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13 3.- El camino hacia el futuro. Estado actual del motor de combustión interna. Sistemas de optimización del consumo Futuros desarrollos

14 Estado actual del motor de combustión interna Diesel vs. Gasolina Mercado español % Jahr Benziner Diesel Andere

15 Estado actual del motor de combustión interna El motor Diesel se equipara con el motor de Gasolina 200 Evolución de la potencia Gasolina-Diesel Modelo VW-Golf kw Gasolina Diesel

16 Estado actual del motor de combustión interna

17 Evolución del motor de combustión interna Otto Inyección multipunto Catalizador de 3 vías Gestión por caudal de aire Colector de admisión var. E-Gas Pre-Catalizador EGR EOBD Inyección directa FSI Inyección de aire secundario Distri. variable en avance Turbo FSI Bi-Turbo FSI Down-Sizing Motores FSI-MPI Distri. Totalmente variable EU1 EU2 EU3 EU4 EU5

18 Evolución del motor de combustión interna Diesel Turbo-compresor EGR Catalizador de oxidación Gestión electrónica Gestión por caudal de aire Inyección directa Turbo variable Inyector-bomba EOBD Inyectores piezoeléctricos Filtro de partículas Common-rail Catalizador de reducción selectiva (SCR) Down-Sizing Catalizador de almacenamiento de NOx EU1 EU2 EU3 EU4 EU5

19 Factores de influencia en Prestaciones y Consumos (CO2). Getriebeauslegung / Definición cambios Telematik / Telemática Motorkonzept / Concepto motor Aerodynamik / Aerodinámica Rollwiderstand / Resistencia al avance Fahrzeuggewicht / Peso Fahrer / Conductor Nebenaggregate / Agregados de motor Alternative Antr. / Alternativa de impulsión Combustible

20 Influencias directas en consumo/co2 de usuario. Tipo de conducción Ecológica/económica, deportiva Concienciación y cambio de malos hábitos negativos para el consumo/co 2 en la conducción. Orografía y climatología Montañas, temperaturas,. Influencia de los factores orográficos y climáticos. Infraestructuras Fluidez del tráfico, estado y tipo de superficie de la calzada, velocidad de la vía Influencia de factores externos al vehículo y al conductor. Factor humano de conducción normal a eficiente podemos reducir el consumo de un 10% a un 20%.

21 Influencias directas Consumo/CO2 en el ciclo NEFZ Tecnología motor TDI-PD, CR, TFSI, GLP, Start/stop,... Introducir nuevas tecnologías y nuevos carburantes que mejoren el rendimiento del motor y el consumo. Resistencia al avance Ruedas, aerodinámica, peso, fricciones,... Mejora aerodinámica (C x xa), reducción de peso y fricciones. Relaciones de cambio Definición de concepto (Económico 5+E, confortable 6K, deportivo 6S ) Introducción de relaciones de cambio más largas (5+E), cambios DQ,... Factor humano nulo!!

22 Ciclo NEFZ En enero de 1.996, entra en vigor un nuevo ciclo europeo de medición de combustible, común para todos los vehículos turismo de venta en Europa. NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus), NEDC (New European Driving Cycle) o MVEG (Motor Vehicle Emissions Group). Ve locidad (k m/h) Ciclo NEFZ 4 x ciclos de ciudad 1x 1x ciclo ciclo extraurbano extraurbano Tiempo (s)

23 Ciclo NEFZ Urbano Tiempo ciclo: 195s. Ciclo urbano Tiempo total 4 ciclos: 780s Velocidad media de la prueba: 19 km/h. Distancia recorrida por ciclo: 1,013 km Distancia recorrida en los 4 ciclos: Máxima velocidad: 4,052 km. 50 km/h Ciclo (195s): Leerlauf: 69s (35,4%) Cambios de velocidad: 8s (4,1%) V e lo c i da d ( k m /h ) V e lo c id a d C a m b io 1 vel.: 24s (12,3%) 2 vel.: 53s (27,2%) Vel.: 41s (21,0%) Tiempo (seg)

24 Ciclo NEFZ Extraurbano Tiempo ciclo: 400s. Velocidad media de la prueba: 62,6 km/h. Distancia recorrida: 6,955 km. Máxima velocidad: 120 km/h Máxima aceleración: m/s2 Máxima deceleración: m/s2 Ciclo (400s) Leerlauf: 40s (10,0%) Cambios de velocidad: 6s (1,5%) 1 vel.: 5s (1,3%) 2 vel.: 9s (2,2%) 3 Vel.: 8s (2,0%) 4 Vel.: 99s (24,8%) 5 Vel.: 233s (58,2%) V e l o c i d a d (k m / h ) Ciclo extraurbano Tiempo (seg) 5 5 / V e l o c i d a d C a m b i o

25 1 0 Los motores térmicos aplicados al transporte Potencia absorbida. Medición curva de resistencia al avance (Coast-Down). Procedimiento de medición de la curva de resistencia. Directiva 70/156/CEE P (kw) 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 Potencia entregada en rueda Potencia absorbida vs. Potencia en rueda 0, V (km/h) Potencia absorbida Medición 18 ºC / 1438 kg Medición Corr. a 20 ºC / 1438 kg Medición Corr. a 20 ºC / 1390 kg 6ª 5ª Vmax Medida 189,1 Vel. Máxima Resultados. Potencia absorbida. P = M * (V/3,6) * (ΔV/3,6) / 500 / T P: Potencia absorbida en kw. M: Peso en orden de marcha + 100kg. V: Velocidad en km/h. ΔV: Diferencia de velocidad con relación a la velocidad en km/h. T: Tiempos en segundos.

26 Definiciones curva de resistencia al avance. F [N] = f0 + f1 * v + f2 * v 2 Fahrwiderstand f0 Peso Tipo de neumático Presión ruedas 100 kg (~8 g/km) 1 º/oo (~2 g/km) Fuerza [N] 300 f1 Tipo de cambio IBIZA / POLO 1.4 TDI 59kW f2 Aerodinámica Vehículo 0.1 m 2 (~4 g/km) Velocidad [km/h] IBIZA ECOMOTIV POLO BLUEMOTION Rango de velocidad: 20km/h a 120km/h

27 Cálculo curva de resistencia al avance. F [N] = f0 + f1 * v + f2 * v 2 v: Velocidad [km/h] m: masa [kg] g: 9,81 m/s 2 Fr: K / 1000 β: Factor corrector f0 [N] = m * 1,03 * g * Fr + β f1 [N/(km/h)] = Experimental (~0,20 a ~1,80) f2 [N/(km/h) 2 ] = 1/2 * ρ * cw * A * (1/3,6) 2 * α ρ: Densidad 1,189 [m 3 /kg] cw: Coeficiente aerodinámico [-] A: área [m 2 ] α: Factor corrector

28 Nuevas Tecnologías. Start/Stop Consiste en el apagado automático del motor cuando el coche se detiene. Permite reducir las emisiones de CO2 entre 3.0 y 5.0 g/km

29 Nuevas Tecnologías. Recuperación Consiste en el ahorro de combustible a través del control del ciclo de carga del alternador, supone una reducción de las emisiones de 3,2 g/km

30 Ibiza Ecomotive Record de Consumo. Con una media de 2,75 l/100km, el SEAT IBIZA Ecomotive consigue realizar una distancia de unos 2500km con un solo deposito. El recorrido transcurre por tierras alemanas y es realizado por el periodista austriaco Gerhard Plattner Ganador del Eco-Tour 2008 Clasificación: 1. SEAT Ibiza 1.4 ltr TDI 3,8 ltr/100km 2. VW Passat 1.9 ltr TDI 3,9 ltr/100km 3. AUDI A3 TDIe 1.9 ltr 4,0 ltr/100km 4. Daihatsu Cuore 1.0 ltr 4,5 ltr/100km 5. Toyota Prius 1.5 ltr 4,6 ltr/100km 6. VW Passat 1.4 ltr TSI 5,9 ltr/100km Internet-Link: Quelle: Pilz Internet-Link:

31 Ibiza Ecomotive Quelle: Pilz

32 La gama ECOMOTIVE actual Altea Ecomotive (con Start/Stop y recuperación): León Ecomotive: (con Start/Stop y recuperación): Ibiza Ecomotive: 119 g CO 2 / km 99 g CO 2 / km 98 g CO 2 / km Quelle: Pilz

33 Futuros desarrollos Motor CCS (Combined Combustion System) Es un concepto de motor que reúne la combustión homogénea con bajas emisiones de NOx de los motores de gasolina de baja cilindrada, con el bajo consumo de un motor Diesel. El motor CCS utiliza inyectores piezo-eléctricos, iniciando la combustión mucho antes que en los motores diesel actuales. El combustible inyectado se vaporiza completamente lo cual, combinado con el encendido avanzado, reduce la producción de óxidos de nitrógeno y partículas. La larga combustión del motor CCS ayuda a mantener las temperaturas del cilindro bajas, que también redunda en menores emisiones de NOx. Para obtener las mayores ventajas de este tipo de motor, es necesario diseñar un combustible a medida de las exigencias del mismo. El grupo Volswagen junto con la industria química están trabajando en un combustible sintético obtenido a partir de residuos vegetales para su utilización en motores CCS. Actualmente existe un vehículo de demostración de este concepto.

34 Futuros desarrollos Motor CCS (Combined Combustion System)

35 Futuros desarrollos Estrategia de futuro del Grupo Volkswagen

36 Futuros desarrollos Propuesta de Seat: El vehículo híbrido

37 Gracias por su atención

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