(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)
Segundas Jornadas sobre la energía: La energía asociada al transporte
Los motores térmicos aplicados al transporte
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
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
Los motores térmicos aplicados al transporte
Fósil CNG
Renovable Petróleo Gas Natural
Carbón
Biomasa Eólica
Solar Hidráulica Geotérmica
Nuclear
Bioetanol Biodiesel
Diesel Gasolina
GLP
ICE Otto
ICE Diesel
Tracción convencional
Los motores térmicos aplicados al transporte
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
Los motores térmicos aplicados al transporte
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.
Los motores térmicos aplicados al transporte
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
Los motores térmicos aplicados al transporte
Peugeot 1895
Tracción a gasolina
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”
Los motores térmicos aplicados al transporte
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
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) )
Los motores térmicos aplicados al transporte
Los motores térmicos aplicados al transporte
Los motores térmicos aplicados al transporte
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
Los motores térmicos aplicados al transporte
%
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
Los motores térmicos aplicados al transporte
Diesel vs. Gasolina – Mercado español
Estado actual del motor de combustión interna
Estado actual del motor de combustión interna
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
Los motores térmicos aplicados al transporte
Estado actual del motor de combustión interna Estado actual del motor de combustión interna
El motor Diesel se equipara con el motor de Gasolina
Los motores térmicos aplicados al transporte
Estado actual del motor de combustión interna
Estado actual del motor de combustión interna
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 ió 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 ió 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 ió n d ir e c ta F S I In y e c c ió 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
Los motores térmicos aplicados al transporte
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 ió 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 ió 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 ió n s e le c ti v a ( S C R )
In y e c to re s p ie z o e lé 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
Los motores térmicos aplicados al transporte
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
Los motores térmicos aplicados al transporte
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%.
Los motores térmicos aplicados al transporte
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 !!
Los motores térmicos aplicados al transporte
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).
Los motores térmicos aplicados al transporte
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%)
Los motores térmicos aplicados al transporte
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%)
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
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 6ª 5ª 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
Los motores térmicos aplicados al transporte
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
