Los motores térmicos aplicados al transporte

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Segundas Jornadas sobre la energía: La energía asociada al transporte

Los motores térmicos aplicados al transporte

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Índice Índice

1. 1. Fuentes de energía y vectores de energía utilizados en Fuentes de energía y vectores de energía utilizados en automoción

automoción . .

2. 2. Hegemonía del motor de combustión interna. Hegemonía del motor de combustión interna.

3. 3. El camino hacia el futuro. El camino hacia el futuro.

Los motores térmicos aplicados al transporte

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1. 1. - - Fuentes de energía y vectores de energía Fuentes de energía y vectores de energía utilizados en automoción

utilizados en automoción

• • Fuente de energía: Origen de la energía primaria de la Fuente de energía: Origen de la energía primaria de la que se obtiene el combustible a utilizar en el vehículo.

que se obtiene el combustible a utilizar en el vehículo.

• • Vector de energía: La energía secundaria utilizada como Vector de energía: La energía secundaria utilizada como combustible en el vehículo

combustible en el vehículo

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Fósil CNG

Renovable Petróleo Gas Natural

Carbón

Biomasa Eólica

Solar Hidráulica Geotérmica

Nuclear

Bioetanol Biodiesel

Diesel Gasolina

GLP

ICE Otto

ICE Diesel

Tracción convencional

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Renovable Petróleo Gas Natural

Carbón

Biomasa Eólica

Solar Hidráulica Geotérmica

Nuclear

BTL BTL

Electri- cidad

H 2 GTL

ICE

Batería + Motor eléctrico CTL

Pila de Combustible

+ Motor eléctrico Fósil

Tracción alternativa

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2. 2. - - Hegemonía del motor de combustión interna. Hegemonía del motor de combustión interna.

• • Orígenes. Orígenes.

• • Ventajas/desventajas frente a otros modos de tracción. Ventajas/desventajas frente a otros modos de tracción.

• • Emisiones Well Emisiones Well - - to to - - Tank Tank y y Tank Tank - - to to - - Wheel de distintos Wheel de distintos combustibles.

combustibles.

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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.

Serpollet 1895 Tracción a vapor

Lohner-Porsche 1900 Tracción eléctrica

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Peugeot 1895

Tracción a gasolina

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Podemos decir que en la línea de salida compiten en igualdad de Podemos decir que en la línea de salida compiten en igualdad de

condiciones coches de distintas concepciones respecto a la condiciones coches de distintas concepciones respecto a la energía a utilizar.

energía a utilizar.

• • La primera carrera de la historia fue la Paris- La primera carrera de la historia fue la Paris -Rouen de 1884. La ganó Rouen de 1884. La ganó un vehículo a vapor.

un vehículo a vapor.

• • En 1885 se disputa la París- En 1885 se disputa la París -Burdeos Burdeos -París. - París.

• • Los 42 equipos inscritos están formados por: Los 42 equipos inscritos están formados por:

• • 20 propulsados por petróleo 20 propulsados por petróleo

• • 15 a vapor 15 a vapor

• • 5 a gasolina 5 a gasolina

• • y 2 vehículos eléctricos y 2 vehículos eléctricos

• • De los 23 equipos que toman la salida, llegan a la meta 9, 8 de ellos de 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.

combustión interna (4 de gasolina) y uno a vapor.

• • El motor de combustión interna se impondrá “darwinianamente” El motor de combustión interna se impondrá “darwinianamente”

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Ventajas del motor de combustión interna.

Ventajas del motor de combustión interna.

• Respecto a la tracción a vapor.

• • El rendimiento de las calderas a vapor es muy pobre. El rendimiento de las calderas a vapor es muy pobre.

• • El vapor a presión representa un peligro de explosión en caso de El vapor a presión representa un peligro de explosión en caso de accidente.

accidente.

• • Aunque el combustible puede ser muy variado y barato, su manipulación Aunque el combustible puede ser muy variado y barato, su manipul ación es incómoda.

es incómoda.

• Respecto a la tracción eléctrica.

• • La alta densidad de energía de la gasolina/gasóleo ofrece una autonomía La alta densidad de energía de la gasolina/gasóleo ofrece una au tonomía imposible de conseguir con los sistemas de almacenamiento de

imposible de conseguir con los sistemas de almacenamiento de electricidad.

electricidad.

• • La reposición de combustible es mucho más rápida y simple que en La reposición de combustible es mucho más rápida y simple que en el caso el caso de las baterías eléctricas.

de las baterías eléctricas.

Los motores térmicos aplicados al transporte

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Emisiones Well-to-Tank y Tank-to-Wheel de distintos combustibles.

• • Para evaluar las ventajas en emisiones de un combustible frente a otro Para evaluar las ventajas en emisiones de un combustible frente a otro se debe considerar el ciclo de vida completo de éste, desde el o

se debe considerar el ciclo de vida completo de éste, desde el origen rigen de la energía primaria de donde se obtiene hasta su utilización

de la energía primaria de donde se obtiene hasta su utilización en el en el vehiculo.

vehiculo.

• • Las emisiones de CO2 correspondientes al proceso de extracción, Las emisiones de CO2 correspondientes al proceso de extracción, refino y distribución del combustible hasta el depósito del coch

refino y distribución del combustible hasta el depósito del coche se e se engloban en el concepto

engloban en el concepto Well Well- -to to -Tank - Tank . .

• • Las emisiones de CO2 sujetas a legislación y homologación son las Las emisiones de CO2 sujetas a legislación y homologación son la s que se miden en el coche sobre el banco de contaminación (

que se miden en el coche sobre el banco de contaminación (Tank Tank- -to to- - Wheel

Wheel) )

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Los motores térmicos aplicados al transporte

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Los motores térmicos aplicados al transporte

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3. 3. - - El camino hacia el futuro. El camino hacia el futuro.

• • Estado actual del motor de combustión interna. Estado actual del motor de combustión interna.

• • Sistemas de optimización del consumo Sistemas de optimización del consumo

• • Futuros desarrollos Futuros desarrollos

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%

50 47 45 46

42 38

34 31 29 27

50 53 55 54 58 62 66 69 70 71 73

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Jahr

Benziner Diesel Andere

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Diesel vs. Gasolina – Mercado español

Estado actual del motor de combustión interna

Estado actual del motor de combustión interna

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Evolución de la potencia Gasolina-Diesel Modelo VW-Golf

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

1 9 7 6 1 9 7 7 1 9 7 8 1 9 7 9 1 9 8 0 1 9 8 1 1 9 8 2 1 9 8 3 1 9 8 4 1 9 8 5 1 9 8 6 1 9 8 7 1 9 8 8 1 9 8 9 1 9 9 0 1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8

k W

Gasolina Diesel

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Estado actual del motor de combustión interna Estado actual del motor de combustión interna

El motor Diesel se equipara con el motor de Gasolina

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Estado actual del motor de combustión interna

Estado actual del motor de combustión interna

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EU4 EU4

Evolución del motor de combustión interna Otto

1992 1992 1994 1994 1996 1996 1998 1998 2000 2000 2002 2002 2004 2004 2006 2006 2008 2008 2010 2010 2012 2012

EU3 EU3 EU5 EU5

EU2 EU2 EU1 EU1

In y e c c n m u lt ip u n to C a ta li z a d o r d e 3 v ía s G e s ti ó n p o r c a u d a l d e a ir e C o le c to r d e a d m is n v a r. E -G a s P re -C a ta li z a d o r E G R E O B D In y e c c n d ir e c ta F S I In y e c c n d e a ir e s e c u n d a ri o D is tr i. v a ri a b le e n a v a n c e T u rb o F S I B i- T u rb o F S I D o w n -S iz in g M o to re s F S I- M P I D is tr i. T o ta lm e n te v a ri a b le

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EU4 EU4

1992 1992 1994 1994 1996 1996 1998 1998 2000 2000 2002 2002 2004 2004 2006 2006 2008 2008 2010 2010 2012 2012

EU3 EU3 EU5 EU5

EU2 EU2 EU1 EU1

T u rb o -c o m p re s o r E G R C a ta li z a d o r d e o x id a c n G e s ti ó n e le c tr ó n ic a G e s ti ó n p o r c a u d a l d e a ir e In y e c c n d ir e c ta T u rb o v a ri a b le In y e c to r- b o m b a E O B D C a ta li z a d o r d e r e d u c c n s e le c ti v a ( S C R )

In y e c to re s p ie z o e c tr ic o s F il tr o d e p a rt íc u la s C o m m o n -r a il D o w n -S iz in g C a ta li z a d o r d e a lm a c e n a m ie n to d e N O x

Evolución del motor de combustión interna Diesel

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Aerodynamik / Aerodinámica

Rollwiderstand / Resistencia al avance

Fahrzeuggewicht / Peso

Motorkonzept / Concepto motor

Nebenaggregate / Agregados de motor

Getriebeauslegung / Definición cambios

Fahrer / Conductor

Alternative Antr. / Alternativa de impulsión

Telematik / Telemática

Factores de influencia en Prestaciones y Consumos (CO2).

Combustible

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Tipo de conducción

Ecológica/económica, deportiva

Infraestructuras

Fluidez del tráfico, estado y tipo de superficie de la calzada, velocidad

de la vía …

Orografía y climatología

Montañas, … temperaturas, .

►Influencia de los factores orográficos y climáticos.

►Concienciación y cambio de malos hábitos negativos para el

consumo/CO 2 en la conducción.

►Influencia de factores externos al vehículo y al conductor.

Influencias directas en consumo/CO2 de usuario.

Factor humano de conducción normal a eficiente podemos reducir el consumo de un 10% a un 20%.

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Influencias directas Consumo/CO2 en el ciclo NEFZ

Tecnología motor

TDI-PD, CR, TFSI, GLP, Start/stop,...

Relaciones de cambio

Definición de concepto (Económico “5+E”, confortable

“6K”, deportivo “6S”)

Resistencia al avance

Ruedas, aerodinámica, peso, fricciones,...

► Mejora aerodinámica (C x xA), reducción de peso y fricciones.

► Introducir nuevas tecnologías y nuevos carburantes que mejoren el rendimiento del motor y el consumo.

► Introducción de relaciones de cambio más largas (5+E), cambios DQ,...

Factor humano nulo !!

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Ciclo NEFZ

Ciclo NEFZ

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Tiempo (s)

Ve lo ci da d (k m /h )

4 x ciclos de ciudad 1x ciclo extraurbano

1x ciclo extraurbano

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).

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Ciclo NEFZ Urbano

Ciclo urbano

0 10 20 30 40 50 60

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Tiempo (seg)

Velocidad (km/h)

0 1 2 3 4 5 6

Velocidad Cambio

1

2

3

1 1

2

• Tiempo ciclo: 195s.

• 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: 4,052 km.

• Máxima velocidad: 50 km/h

Ciclo (195s):

• Leerlauf: 69s (35,4%)

• Cambios de velocidad: 8s (4,1%)

• 1 vel.: 24s (12,3%)

• 2 vel.: 53s (27,2%)

• 3 Vel.: 41s (21,0%)

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Ciclo NEFZ Extraurbano

Ciclo extraurbano

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

780 830 880 930 980 1030 1080 1130 1180

Tiempo (seg)

Velocidad (km/h)

0 1 2 3 4 5 6 7

Velocidad Cambio

1 2

3 4

5 5

4

5 / 6

Tiempo ciclo: 400s.

• Velocidad media de la prueba: 62,6 km/h.

• Distancia recorrida: 6,955 km.

• Máxima velocidad: 120 km/h

• Máxima aceleración: 0.833 m/s2

• Máxima deceleración: -1.389 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%)

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Potencia absorbida.

Medición curva de resistencia al avance (Coast-Down).

Procedimiento de medición de la curva de resistencia. Directiva 70/156/CEE

Potencia absorbida vs. Potencia en rueda

189,1

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0 65,0 70,0 75,0 80,0 85,0

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

V (km/h)

P (kW) 01

Medición 18 ºC / 1438 kg Medición Corr. a 20 ºC / 1438 kg Medición Corr. a 20 ºC / 1390 kg Vmax Medida

• 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.

• Resultados.

Potencia entregada

en rueda

Potencia absorbida

Vel.

Máxima

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Fahrwiderstand

0 100 200 300 400 500 600

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Velocidad [km/h]

Fuerza [N]

IBIZA / POLO 1.4 TDI 59k W

IBIZA ECOMOTIV POLO BLUEMOTION

100 kg (~8 g/km) 1 º/ oo (~2 g/km)

0.1 m 2 (~4 g/km) f0

Peso

Tipo de neumático Presión ruedas

f1

Tipo de cambio

Definiciones curva de resistencia al avance.

Rango de velocidad: 20km/h a 120km/h f2

Aerodinámica Vehículo

F [N] = f0 + f1 * v + f2 * v 2

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Cálculo curva de resistencia al avance.

F [N] = f0 + f1 * v + f2 * v 2

v: Velocidad [km/h]

f0 [N] = m * 1,03 * g * Fr + β

m: masa [kg]

g: 9,81 m/s

2

Fr: K ‰ / 1000 β: Factor corrector

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

f1 [N/(km/h)] = Experimental

(~0,20 a ~ 1,80)

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Nuevas Tecnologías. Start/Stop

Consiste en el apagado automático del motor cuando el coche se detiene.

Permite reducir las emisiones de CO 2 entre 3.0 y 5.0 g/km

Los motores térmicos aplicados al transporte

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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

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lle : P ilz

Ibiza Ecomotive

Internet-Link:

www.seat.de/seat/aktuelles/news/news2008/02-

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

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

Ganador del Eco-Tour 2008 Record de Consumo.

Internet-Link:

www.ecotour2008.eu/Results/Overall

Los motores térmicos aplicados al transporte

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lle : P ilz

Ibiza Ecomotive

Los motores térmicos aplicados al transporte

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lle : P ilz

La gama ECOMOTIVE actual

Los motores térmicos aplicados al transporte Altea Ecomotive

(con Start/Stop y recuperación): 119 g CO 2 / km León Ecomotive:

(con Start/Stop y recuperación): 99 g CO 2 / km

Ibiza Ecomotive: 98 g CO 2 / km

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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.

Los motores térmicos aplicados al transporte

Futuros desarrollos

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Los motores térmicos aplicados al transporte

Motor CCS (Combined Combustion System)

Futuros desarrollos

(35)

Estrategia de futuro del Grupo Volkswagen

Los motores térmicos aplicados al transporte

Futuros desarrollos

(36)

Propuesta de Seat: El vehículo híbrido

Los motores térmicos aplicados al transporte

Futuros desarrollos

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Gracias por

su atención

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