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
1 Motivação para o GNV 2 A Solução Bosch 3 Benefícios 4 Conclusão 2
O mundo está sob pressão! P reço do petróleo P oluição Dis ponibilidade de recursos naturais Aquecimento global 3
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
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
His tórico 2006 2008 2009 2010 2012 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
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
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
C omponentes do S istema 6 5 19 3 21 1 22 11 Add-on system possible to be applied over any electronic fuel injection system (CRS, UPS, UIS ) 9 8 12 12 01 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Diesel+GNV Transporte do futuro 19
DualFuel Systems BACKUP 20 DS /P J -DF 10/22/2012 R obert Bosch Ltda 2012. R eserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of
DualFuel Systems Application area LD MD HD Dis placement 0.6 1.0 0.9 1.3 1.5 2.5 Number of cylinders 4 4,6 6 R ated Power [KW/cyl.] Max. 35-60 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 2012. R eserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of
DualFuel Systems C omponents add-ons C NG R ail F C A with DS -M1-T F (optional) 1 1 1 DualFuel ECU EGC4 or EGC10 (12V / 24V) Throttle Valve RKL-E1 0 2 S ensor LS U4.9 1 2 (*) Knock Sensor KS-4-S CNG Injector NGI2-CP 22 DS /P J -DF 10/22/2012 R obert Bosch Ltda 2012. 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