Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii"

Kajetan Cieślik
8 lat temu
Przeglądów:

1 Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii Jacek Biedrzycki Przemysłowy Instytut Motoryzacji 71 Forum Energia - Efekt Środowisko - Ekologiczne formy transportu Warszawa, r.

2 Plan prezentacji Zakład Ochrony Środowiska i Wykorzystania Energii Naturalnej 1) Wstęp, Emisja substancji szkodliwych, Energia jej rodzaje, 2) Ewolucja systemów napędowych, 3) Silniki ZI i ZS, 4) Paliwa alternatywne, 5) Gaz ziemny, 6) Silniki wielopaliwowe, 7) Napędy hybrydowe, 8) Ogniwa paliwowe wodór, 9) Napęd elektryczny, 10) Podsumowanie.

napędowych, 3) Silniki ZI i ZS, 4) Paliwa alternatywne, 5) Gaz ziemny, 6) Silniki

3 Wstęp Populacja ludności Zasoby ropy naftowej 2 1 mld Miliardy baryłek Ilość samochodów [mld] Wymagania stawiane współczesnej i przyszłej motoryzacji: PRZEPISY: -bezpieczeństwo, -zużycie paliwa, -emisja substancji szkodliwych, -generowany hałas. Ochrona środowiska: -recykling, -zanieczyszczenia, -zasoby naturalne, -CZYSTE POWIETRZE Przewidywana ilość pojazdów

-bezpieczeństwo, -zużycie paliwa, -emisja substancji szkodliwych, -generowany hałas.

4 Wstęp - Rodzaje energii OBECNE I PRZYSZŁE RODZAJE ENERGII Źródła energii Ropa naftowa Węgiel Gaz ziemny Biomasa Inne rodzaje energii słoneczna, wiatru, wodna Postacie energii Paliwa ciekłe Paliwa gazowe Energia elektryczna Wykorzystanie Siniki spalinowe ZI i ZS Silniki gazowe LPG / CNG Hybrydy szeregowe Hybrydy równoległe Pojazdy elektryczne Energia nuklearna Wodór Ogniwa paliwowe

Paliwa gazowe Energia elektryczna Wykorzystanie Siniki spalinowe ZI i ZS Silniki gazowe LPG /

5 Wstęp PROCENTOWY UDZIAŁ SAMOCHODÓW W RYNKU SAMOCHODOWYM ZI Hybryda ZI Hybryda ZS ZS CNG Dominacja silników ZS i ZI w Europie

2020 20 0 7 7 9 1 1 1 ZI Hybryda ZI Hybryda

6 Wstęp - Emisja Ewolucja priorytetów na rzecz ekologii środków transportu Energia Emisja CO 2 Emisja spalin CO, NOx, HC, PM

7 Wstęp - Emisja HC, NMHC, NOx, PM [mg/km] CO [mg/km] Ubiegłe oraz obecne normy limitów smisji substancji szkodliwych zawartych w spalinach silników ZI (badania wg Regulaminu 83 OKG ONZ) HC NMHC NOx PM CO ) 4,5 1) 0 Euro 4 Euro 5 Euro 6 0 1) limit liczby cząstek stałych km 1

83 OKG ONZ) 120 1200 HC NMHC NOx PM CO 100 1000 80 80 68 68 800 60 60 60 600 40 400 20

8 Wstęp - Emisja CO, HC, NOx, PM [mg/km] Ubiegłe oraz obecne normy limitów smisji substancji szkodliwych zawartych w spalinach silników ZS (badania wg Regulaminu 83 OKG ONZ) CO HC + NOx NOx PM ) 4,5 1) Euro 4 Euro 5 Euro 6 1) limit liczby cząstek stałych km 1

83 OKG ONZ) 600 500 CO HC + NOx NOx PM 400 300 200 300 250 230 180 170 100 0 80

9 CO 2 [g/km] Wstęp - Emisja CO 2 = 186 g/km (7,7 dm 3 /100 km) Limity emisji CO 2 w latach % -35% CO 2 = 140 g/km (5,8 dm 3 /100 km) CO 2 = 120 g/km (*) (5,5 dm 3 /100 km) (*) Zwiększone limity CO 2 do 130 g/km ze względu na opory opon i napęd klimatyzacji Limity emisji CO 2 w latach

(*) (5,5 dm 3 /100 km) (*) Zwiększone limity CO 2 do 130 g/km ze względu na

10 Ewolucja Systemów Napędowych DZIŚ JUTRO Wodór i Ogniwa Paliwowe Pojazdy Hybrydowe Paliwa Alternatywne Optymalizacja Silników Spalinowych

11 Silniki ZI i ZS NAPĘDY KONWENCJONALNE (SPALINOWE) PRZYSZŁOŚĆ?

12 Silniki ZI i ZS Zmienna długość kanałów dolotowych Zmienne fazy rozrządu Wtrysk bezpośredni Kontrolowany samozapłon Rozwiązania silników ZI mające wpływ na zmniejszenie emisji CO 2 Redukcja strat Zaawansowane sterowanie silnikiem Odzysk energii Start / Stop Hybrydyzacja Paliwa alternatywne Deaktywacja cylindrów Doładowanie: turbo, mechaniczne

zmniejszenie emisji CO 2 Redukcja strat Zaawansowane sterowanie silnikiem Odzysk

13 Silniki ZI i ZS Współczesne silniki ZI Wady/zalety + emisja zużycie paliwa MODYFIKACJE - wyeliminowanie przepustnicy, - wtrysk bezpośredni, - doładowanie, - downsizing, - redukcja zużycia oleju, - zmiana sterowania silnikiem, - sterowanie układem chłodzenia. Współczesne silniki ZS Wady/zalety + zużycie paliwa emisja (NOx, PM) MODYFIKACJE - wtrysk bezpośredni, - poprawa procesu spalania, - homogenizacja ładunku, - turbodoładowanie, - nowa strategia sterowania, - systemy oczyszczania spalin.

14 Silniki ZI i ZS Nowy obieg cieplny silnika spalinowego? Połączenie zalet obydwu silników (ZI + ZS) oraz eliminacja ich wad w jednej konstrukcji DiesOtto Silnik tak ekologiczny jak silnik o zapłonie iskrowym i tak ekonomiczny jak silnik o zapłonie samoczynnym

wad w jednej konstrukcji DiesOtto Silnik tak ekologiczny jak

15 Silniki ZI i ZS SILNIK ZS Moment obrotowy + Zużycie paliwa + - Emisja - Koszt SILNIK ZI Emisja + Moc uzyteczna + Koszt + Zużycia paliwa WSPÓLNIE: Moment obrotowy Moc użyteczna Zużycie paliwa Emisja Koszt

16 Paliwa alternatywne Alkohol etylowy (etanol) Biodiesel (FAME) Paliwa ALTERNATYWNE BIOPALIWA Rodzaj PALIWA Biopaliwa 6% 7% 8% Gaz ziemny 2% 5% 10% Sprężony gaz ziemny (CNG) Paliwo wodorowe 0% 2% 5%

Rodzaj PALIWA 2010 2015 2020 Biopaliwa 6% 7% 8% Gaz

17 Rozwój paliw i napędów a emisja CO 2 Paliwa węglowodorowe CO 2 [g/km] Hybrydy Biopaliwa: 1-Generacja Biopaliwa: 2-Generacja Ogniwa paliwowe 0

18 Pojazdy wielopaliwowe FFV - Flexible Fuel Vehicle Mieszanina benzyny i etanolu o dowolnych proporcjach Głównie rozpowszechnione na północnym-zachodzie USA (Kalifornia).

19 Sprężony gaz ziemny CNG Zalety CNG: + niższy poziom emisji CO, NO x, PM i CO 2 + niższa cena paliwa Wady CNG: - mniejszy zasięg pojazdu - słabo rozwinięta infrastruktura stacji CNG

20 Silniki wielopaliwowe Benzyna + Etanol Benzyna + Etanol + CNG

21 Napędy hybrydowe Rodzaje systemów hybrydowych: -µ-hybrid = rozrusznik + alternator + system start/stop -Mild Hybrid = silnik spalinowy wspomagany silnikiem elektrycznym -Full Hybrid =napęd silnika z spalinowego lub elektrycznego

22 Napędy hybrydowe parametry BMW X5 Moment obrotowy [Nm] 1000 Nm przy 1000 obr/min Łączny moment obrotowy Silnik spalinowy Silnik elektryczny n [obr/min]

23 Pojazdy hybrydowe

24 Ogniwa paliwowe - WODÓR 1 - ogniwo paliwowe; 2 - zbiornik wodoru; 3 - silnik trakcyjny; 4 - przetwornica; 5 - sprężarka

25 Ogniwa wodorowe Biomasa Woda POZYSKIWANIE WODORU Transport Wiatr Słońce Geotermia Energia nuklearna H 2 Dystrybucja Olej Węgiel Gaz ziemny

26 Napęd elektryczny Samochód elektryczny: Ekologiczny czy ekonomiczny?

27 Napęd elektryczny Porównanie krzywej przebiegu momentu obrotowego oraz mocy użytecznej silnika benzynowego oraz elektrycznego. Silnik elektryczny Silnik spalinowy

28 Główne zalety i wady napędu elektrycznego ZALETY: cena niezależna od ceny ropy naftowej, brak emisji spalin, wysoki i stały moment obrotowy, cicha praca silnika, wysoka sprawność silnika, rozbudowa infrastruktura elektryczna WADY: bardzo wysoki koszt akumulatorów, niewielki zasięg pojazdu, parametry użytkowe zależne od temperatury, brak miejsc publicznego ładowania pojazdu, duże obciążenie emisyjne spowodowane produkcją energii elektrycznej.

29 Napęd elektryczny Porównanie samochodu elektrycznego z silnikiem ZS Oznaczenie EV ZS Marka Renault Renault Model Kangoo Express Z.E. Kangoo VIN VF1FW0ZBC VF1KW26B Kategoria N1 M1 Rok produkcji Masa własna pojazdu [kg] Typ silnika Moc maksymalna silnika [kw] Objętość skokowa silnika [dm 3 ] Silnik elektryczny, synchroniczny z uzwojeniem wzbudzenia w wirniku Silnik spalinowy o zapłonie samoczynnym, z doładowaniem, rzędowy, czterocylindrowy, z układem zasilania Common Rail ,461 Liczba miejsc 2 5 Badania przeprowadzone w PIMOT

30 Napęd elektryczny Średnie drogowe zużycie energii c dla badanych samochodów w testach jezdnych; v AV prędkość średnia samochodu w teście Test v AV c ZS c EV km/h MJ/km MJ/km UDC* 2,09 18,35 UDC 1,66 EUDC* 1,57 62,59 EUDC 1,42 NEDC* 1,76 33,35 NEDC 1,50 0,45 0,71 0,63 FTP-75 31,50 1,58 0,57 Stop and Go 5,84 2,14 0,90 PIMOT UT1 36,04 1,73 0,60 * test z rozruchem zimnego silnika

31 Napęd elektryczny c [MJ/km] Średnie drogowe zużycie energii c dla badanych samochodów w poszczególnych testach jezdnych; 2,5 ZS EV 2 1,5 1 0,5 0 UDC* UDC EUDC* EUDC NEDC* NEDC FTP-75 Stop and Go PIMOT UT1 * test z rozruchem zimnego silnika

32 Podsumowanie PODSUMOWANIE

33 Emisja CO 2 podczas całego życia pojazdu Samochód benzynowy Samochód hybrydowy Ogniwo paliwowe Samochód z silnikiem ZI = 1 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Emisja CO 2 Emisja CO2

34 Emisja CO 2 podczas całego życia pojazdu Pojazd z silnikiem benzynowym Pojazd napędzany ogniwami paliwowymi Jazda (72%) Inne (2%) Produkcja materiałów (12%) Produkcja pojazdu (6%) Produkcja paliwa (8%) Produkcja paliwa (54%) Inne (1%) Produkcja materiałów (32%) Produkcja pojazdu (13%) Prof. Jerzy Merkisz - Przyszłe źródła napędów jako alternatywa dla ropy Politechnika Poznańska

35 Prognozy rozwoju napędów Redukcja emisji związków toksycznych Redukcja zużycia paliwa Wodorowe ogniwa paliwowe Pojazdy hybrydowe i elektryczne Czyste paliwa, paliwa alternatywne Współczesne silniki spalinowe Biopaliwa Infrastruktura napełniania pojazdów wodorem Obecnie Prof. Jerzy Merkisz - Przyszłe źródła napędów jako alternatywa dla ropy Politechnika Poznańska

www.pimot.org.pl recepcja : 22 7777-000 sekretariat: 22 7777-015 fax.: 22 7777-020 ul.

36 recepcja : sekretariat: fax.: ul. Jagiellońska Warszawa info@pimot.org.pl Dziękuję za uwagę. Jacek Biedrzycki j.biedrzycki@pimot.org.pl

Podobne dokumenty

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników Spis treści 3 1. Wprowadzenie 1.1 Krótka historia rozwoju silników spalinowych... 10 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych 2.1 Klasyfikacja silników.... 16