Tecnologias para Uso de GNV em Veículos Pesados Dual Fuel GNV+Diesel

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1 Seminário Experiências e Oportunidades para o Gás Natural Veicular Recife, 24 de Outubro de 2012 Tecnologias para Uso de GNV em Veículos Pesados Dual Fuel GNV+Diesel Osvaldo A. Cruz Jr. E ngenharia de Desenvolvimento de Produtos 1

2 1 Motivação para o GNV 2 A Solução Bosch 3 Benefícios 4 Conclusão 2

3 O mundo está sob pressão! P reço do petróleo P oluição Dis ponibilidade de recursos naturais Aquecimento global 3

4 Mercados Contexto Alternativas Tríade (EUA, EU, Japão) Mercados E mergentes (BR IC, AS E AN) R edução de emissões CO2 Altos custos x subsídios Baixo custo x taxação F atores s ociais P otencial agrícola Híbridos E letricidade Hidrogênio Gás Natural Biometano B iodies el E tanol Gás Natural Biometano Em busca de uma matriz energética mais limpa e eficiente, os Biocombustíveis e o Gás Natural apresentam-se como soluções alternativas para várias regiões 4

5 2003 Flex-Fuel para Carros de Passeio (*) F onte : Anfavea YearB ook 2012 Flexibilidade é a chave! O F lex-f uel promoveu uma revolução no mercado de carros de passeio, provendo a confiança necessária para o consumidor adquirir um veículo movido a etanol. Uma revolução semelhante está para acontecer no segmento de veículos comerciais com o lançamento do sistema GNV+Diesel. 5

6 His tórico Início das pesquisas da tecnologia bicombustível com sistemas mecânicos de injeção Diesel usando GNV Primeira homologação no Brasil de um motor bi-combustível GNV+Diesel Início das pesquisas com sistemas eletrônicos de injeção Diesel Plataforma DF - GNV+Diesel liberada para aplicação Lançamento no mercado (IAA) A Robert Bosch, líder mundial no desenvolvimento e aplicação da tecnologia Diesel, está dedicando seu conhecimento e experiência no desenvolvimento de um sistema bi-combustível, utilizando o estado da arte de componentes e software. 6

7 Engenharia & Calibração Unidade de Comando Eletrônico Sensor Detonação Sensor O 2 Injetor GNV Válvula Borboleta Tecnologia Brasileira O inovador sistema de controle GNV+Diesel foi desenvolvido e testado pelos engenheiros da B osch no B rasil. 7

8 C onceito do S istema Motor Diesel adaptado com um sistema de injeção de GNV e controle da entrada de ar na admissão Pequenas injeções de Diesel para ignição da mistura ar + gás natural (sem vela de ignição) Controle eletrônico integrado dos sistemas de injeção Diesel e GNV 85% de substituição do óleo Diesel por GNV ou B iometano O Sistema Dual-Fuel Bosch combina o alto desempenho dos motores diesel com a flexibilidade de combustível. 8

9 C omponentes do S istema Add-on system possible to be applied over any electronic fuel injection system (CRS, UPS, UIS ) Regulador de pressão 02 S ensor de pressão e temperatura do ar de admis s ão 03 Válvula borboleta 04 Atuador de turbo 05 Sensor de oxigênio 06 Unidade de controle eletrônico gás 07 Unidade de controle eletrônico diesel 08 Tanque de gás 09 S ensor de velocidade 10 P edal do acelerador 11 Injetor de gás 12 Sensor de detonação 13 S ensor de temperatura de arrefecimento 14 Injetor diesel 15 S ensor de fase 16 Bomba de alta pressão 17 Galeria de alta pressão diesel 18 F iltro de combus tível 19 Catalisador de oxidação 20 Tanque de diesel 21 Sensor de temperatura e pressão do gás 22 Galeria de gás

10 Working P rinciple 5) E C U G NV controla os injetores de GNV em modo seqüencial. Pressão e temperatura s ão monitorados 7) A válvula borboleta permite o controle preciso da mistura ar / combustível 6) O injetor de gás natural é posicionado antes da válvula de admissão e injeta gás, que se mistura com ar e é admitido para o cilindro. 8) Diesel é injetado para iniciar a queima da mistura ar + gás natural. A quantidade e tempo de injeção diesel são corrigidos em função da carga e rotação do motor. A quantidade varia de 5% até 95% em relação ao original 10) Sensor de detonação avalia o ruído do motor para detectar a detonação espontânea do gás natural. A E C U Diesel corrige os parâmetros de injeção para proteger o motor. CAN 9) O sensor de O 2 registra dados dos gases de exaustão para otimização da eficiência da combustão e da emissão de gases poluentes. 4) ECU GNV abre a válvula reguladora de pressão e monitora a pressão 2) ECU verifica se a temperatura do motor está adequada para operação em modo GNV+Diesel 3) ECU GNV inicia o controle do sistema comunicando via CAN com a ECU Diesel. Ela recebe dados dos sensores e atuadores do veículo e envia à ECU Diesel novos parâmetros de injeção para otimização da combustão. 1) Seleção do modo GNV+Diesel pelo motorista 10

11 Inovação O coração da tecnologia está no seu sofisticado sistema de gerenciamento eletrônico, que permite controlar simultaneamente os sistemas de injeção dos dois combustíveis de modo a proporcionar a maior eficiência possível. - Controle de injeção Diesel - C ontrole do turbo e E G R - C omunicação com dispositivos externos - Gerenciamento do sistema de diagnose Diesel GNV CAN - Um sistema de controle inteligente calcula o percentual de contribuição de torque de cada um dos combustíveis - Dados de divisão de torque, qualidade e tempo de injeção são trocados entre as duas unidades eletrônicas - Coordenação dos parâmetros de injeção para otimização da taxa de substituição de Diesel por GNV - S is tema integrado de monitoramento - Controle da injeção de GNV e massa de ar - Gerenciamento de detonação - Gerenciamento da mistura ar/combustível (lambda) - C ontrole da reguladora de G NV e válvulas de segurança 11

12 Diferenças entre motores DF - G NV +Dies el e O tto Motores com o sistema DF - GNV+Diesel têm a flexibilidade de rodar em modo diesel quando o G NV não estiver disponível, permitindo seu uso até onde não haja estrutura de distribuição de G NV. O diesel é usado para ignição da mistura ar + gás natural, o que elimina o sistema de ignição por centelha Motores com o sistema DF - GNV+Diesel usam mistura de ar + gás natural (excesso de ar) O sistema eletrônico de injeção Diesel possibilita um controle preciso da quantidade e do tempo de injeção, isto implica em: Redução dos níveis de emissões Otimiza a eficiência energética em 30-40% Reduz consumo de combustível em 20-25% 12

13 Testes de Desempenho Potência e Eficiência Não afeta a dirigibilidade ou a performance do veículo. Torque, retomada, potência, dirigibilidade do motor s ão idênticos em modo Dies el e G NV +Dies el 1 liter Dies el ~ 0,9 m3 Natural G as Fuel consumption 13

14 Mais Limpo Os testes realizados pela Bosch comprovam que há ganhos ambientais na utilização do sistema DF - GNV+Diesel, e que essa nova tecnologia atende, com vantagens, a legislação ambiental, P roconve 7 (baseado no E UV), quando comparado com veículos apenas com Diesel. NOx PM CO2-80% -20% Diminui a emis s ão de óxido de Nitrogênio, substância que pode causar problemas respiratórios R edução de -80% na emissão de materiais particulados, maiores responsáveis pelas névoas cinzas vistas nas grandes metrópoles R edução de -20% na emissão de CO 2, um dos gases que mais agravam o efeito estufa e o aquecimento global 14

15 Econômico O G NV é normalmente muito mais barato que o Diesel, o que promove economia para o usuário, que se beneficia do eficiente motor Diesel operando com alto percentual de GNV. Além disso, veículos com o sistema GNV+Diesel são produzidos a custos acessíveis, beneficiando-se da alta escala de produção dos motores Diesel. E as vantagens não param por aí. A flexibilidade permite que o veículo seja utilizado em qualquer região do país, mantendo seu poder de revenda. 15

16 Ótimo Investimento para o Frotista E nquanto o metro cúbico do G NV custa aprox. R $1,35*, o litro do Diesel para o frotista, que paga menos do que o motorista comum, sai por aprox. de R $ 1,84*. S e tomarmos como exemplo um ônibus de trans porte público, que roda em média 350 km/dia, cons iderando custos de aquisição do veículo e manutenção do sistema, o retorno do investimento ocorre em aproximadamente 1,5 anos. 16 (*) Fonte : ANP Out 2012

17 B enefícios R edução do custo com combustível Maximiza a taxa de substituição do Diesel por GNV, que é normalmente muito mais barato R edução da emissão de gases poluentes R edução da emissão de material particulado, NOx e C O 2 F lexibilidade de combus tível Liberdade de es colha de combus tível, permitindo s ubs tituir Diesel por G NV, s em perda de des empenho Manutenção e vida útil C onfiabilidade e tradição dos motores Diesel Custo acessível Veículos com o sistema G NV +Diesel são produzidos a custos acessíveis, beneficiando-se da alta escala de produção dos motores Diesel 17

18 C onclusões Alternativas ao Diesel são demandadas em diversos mercados por aspectos políticos, econômicos e ambientais: Redução da emissão de gases poluentes Biocombustíveis Clientes precisam de confiança para adquirir veículos com tecnologias alternativas: Flexibilidade é a chave As características operacionais do veículo diesel são mantidas Custo acessível para compra e operação do veículo Mercado de revenda do veículo é fundamental para o fluxo de caixa Dual Fuel - GNV+Diesel 18

19 Diesel+GNV Transporte do futuro 19

20 DualFuel Systems BACKUP 20 DS /P J -DF 10/22/2012 R obert Bosch Ltda R eserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of

21 DualFuel Systems Application area LD MD HD Dis placement Number of cylinders 4 4,6 6 R ated Power [KW/cyl.] Max Max. 60 Max. 100 Max torque [Nm/cyl.] Max. 150 Max.300 Max.530 Injection s trategy Multi-point Multi-point or central-point C entralpoint 21 DS /P J -DF 10/22/2012 R obert Bosch Ltda R eserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of

22 DualFuel Systems C omponents add-ons C NG R ail F C A with DS -M1-T F (optional) DualFuel ECU EGC4 or EGC10 (12V / 24V) Throttle Valve RKL-E1 0 2 S ensor LS U (*) Knock Sensor KS-4-S CNG Injector NGI2-CP 22 DS /P J -DF 10/22/2012 R obert Bosch Ltda R eserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of * Injectors qty depends on engine (size) and application