Estudio del potencial de vehículos híbridos con arquitectura paralelo y motor térmico operado bajo el modo de combustión dual-fuel

Abstract

[ES] En los últimos años los niveles de contaminación a lo largo de todo el planeta han ido aumentando año tras año. Debido a este problema, que repercute tanto en la salud del propio planeta como en la de cada uno de sus habitantes, se han ido creando una serie de normativas para la regularización de las emisiones contaminantes.

Las normativas medioambientales para la homologación de vehículos han ido sufriendo grandes cambios a lo largo de las tres últimas décadas. Haciendo estas que los constructores de vehículos y en especial los diseñadores de motores tengan que reinventarse constantemente para estar dentro de los límites exigidos, tratando de no perder rendimiento con ello y poder seguir vendiendo sus vehículos.

En este sentido la motorización diésel convencional, proporciona un alto rendimiento térmico, pero está penalizada por una alta tasa de emisiones tanto de NOx como de partículas de hollín, haciendo que para que este tipo de motores cumplan las nuevas normativas sea necesario equiparlos con un sistema de postratamiento de un elevado coste, tamaño y peso. Recientemente se han ido estudiando diferentes tecnologías como son el RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition) o el DMDF (Dual Mode Dual Fuel), las cuales producen unos niveles de emisiones mucho más bajos, manteniendo o incluso superando el rendimiento térmico conseguido por los motores diésel convencionales. Aunando a estas tecnologías la hibridación de dichos vehículos, obtenemos una combinación muy interesante para cumplir tanto las normativas actuales como las futuras, las cuales se prevén mucho más restrictivas.

El objetivo de este estudio es evaluar el potencial de hibridación en paralelo junto con la tecnología dual-fuel para distintos modelos de camión de un mismo fabricante. Esto se llevará a cabo haciendo uso de un modelo numérico de vehículo en 0-D a través de un software específico (GT-Suite). Con ello, será posible seleccionar la mejor combinación posible para las distintas tecnologías y para distintos ciclos de conducción, haciendo posible mediante la hibridación de los camiones eliminar los tan costosos sistemas de postratamiento.

[CA] En els últims anys els nivells de contaminació al llarg de tot el planeta han anat augmentant any rere any. A causa d'aquest problema que repercuteix tant en la salut del propi planeta com en la de cadascun dels seus habitants, s'han anat creant una sèrie de normatives per a la regularització de les emissions contaminants. En el cas que ens comporte, les normatives mediambientals per a l'homologació de vehicles han anat patint grans canvis al llarg de les tres últimes dècades. Fent aquestes que els constructors de vehicles i especialment els dissenyadors de motors hagen de reinventar-se constantment per a estar dins dels limits exigits, tractant de no perdre rendiment amb això i poder continuar venent els seus vehicles. En aquest sentit la motorització dièsel convencional, proporciona un alt rendiment tèrmic, però està penalitzada per una alta taxa d'emissions tant de NOx com de partícules de sutge, fent que perquè aquest tipus de motors complisquen les noves normatives siga necessari equipar-los amb un sistema de postratractament d'un elevat cost, grandària i pes. Recentment s'han anat estudiant diferents tecnologies com són el RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition) o el DMDF (Dual Mode Dual Fuel), les quals produeixen uns nivells d'emissions molt més baixos, mantenint o fins i tot superant el rendiment tèrmic aconseguit pels motors dièsel convencionals. Conjuminant a aquestes tecnologies la hibridació d'aquests vehicles, obtenim una combinació molt interessant per a complir tant les normatives actuals com les futures, les quals es preveuen molt més restrictives. L'objectiu d'aquest estudi és avaluar el potencial d'hibridació en paral·lel juntament amb la tecnologia dual-fuel per a diferents models de camió d'un mateix fabricant. Això es durà a terme fent ús d'un model numèric de vehicle en 0-D a través d'un programari específic (GT-Suite). Amb això, serà possible seleccionar la millor combinació possible per a les diferents tecnologies i per a diferents cicles de conducció, fent possible mitjançant la hibridació dels camions eliminar els tan costosos sistemes de postractament. En les següents pàgines es descriurà tant el model que s'ha utilitzat per a la investigació, com els components que componen aquest model, els diferents cicles de conducció, així com la metodologia utilitzada per a la selecció de la millor combinació possible. Per a acabar, en l'últim capítol del present estudi es mostraran les conclusions a les quals s'ha arribat, així com un possible camí pel qual continuar la investigació.

[EN] In recent years, pollution levels across the globe have been rising year after year. As a result of this problem, which has an impact on the health of the planet itself as well as on the health of each of its inhabitants, a series of regulations for the regularization of pollutant emissions has been introduced. In the case it concerns us, the environmental regulations for the type-approval of vehicles have undergone major changes over the last three decades. This means that vehicle manufacturers, and especially engine designers, must constantly reinvent themselves to be within the required limits, trying not to lose performance with it and be able to continue selling their vehicles. In this sense the conventional diesel engine, provides a high thermal performance, but is penalized by a high rate of emissions of both NOx and soot particles, making it necessary to equip such engines with a high cost, size and weight after-treatment system in order to comply with the new regulations. Recently different technologies have been studied such as RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition) or DMDF (Dual Mode Dual Fuel), which produce much lower emission levels, maintaining or even exceeding the thermal performance achieved by conventional diesel engines. By combining these technologies with the hybridisation of these vehicles, we obtain a very interesting combination to comply with both current and future regulations, which are expected to be much more restrictive. The aim of this study is to assess the potential for hybridisation in parallel with dualfuel technology for different truck models from the same manufacturer. This will be done using a numerical 0-D vehicle model through a specific software (GT-Suite). This will make it possible to select the best possible combination for the different technologies and for different driving cycles, making it possible by hybridising the trucks to eliminate the very costly after-treatment systems. The following pages will describe both the model that has been used for the research, the components that make up the model, the different driving cycles, as well as the methodology used to select the best possible combination. In conclusion, the final chapter of this study will show the conclusions reached, as well as a possible way forward for further research.