Moderne aandrijflijn: Auto`s met een veel lagere CO2 uitstoot?
MIB Study-event 26 maart 2015 Peter Mesman
Inhoud 1. 2. 3. 4. 5.
Inleiding Alternatieve brandstoffen Electrificatie van de aandrijflijn Vergelijking van oplossingen Conclusies
Doel van de presentatie • Bewust maken van mogelijkheden om de CO2 uitstoot van voertuigen te verminderen • Wijzen op het belang van de systeemgrenzen bij het vergelijken van oplossingen voor vermindering van energieverbruik en CO2 uitstoot • Aangeven van mogelijkheden voor het vergelijken van verschillende aandrijflijnen van voertuigen op CO2 uitstoot
Is er een Probleem?
Een gevolg van economische verschillen
GDP=Uitgaven voor gerede goederen en diensten-Import The Challenge of Globalization- How it will affect Cooperation in the Automotive Industry?, Grebe, 34th International Vienna Motor Symposium, VDI Reihe 12 Nr.764, April 2013, ISBN 978-3-18376412-9
Limits to Growth ASPO-5 Conference Meadows 2006
1 Inleiding-Algemeen Overheid: Vermindering CO2 emissie
Gebruiker: Lager brandstofverbruik en betere prestaties “Fun to drive” “Efficiënte dynamiek”
Inleiding-CO2 doelen: USA en EU
Voor personenwagens
Development of the Delphi Homogeneous Gasoline Direct Injection Engine Management System for the Hyundai & Kia Lambda-II 3.8 Liter Engine, Zizelman et al., 20. Aachener Kolloquium, 2011
Inleiding-Powertrain Concepts
http://www.bosch.co.jp/jp/press/images/group-1306-03-02-original.jpg, August 26th, 2013
Inleiding-Wetgeving • Andere test die meer dynamisch is – Personenwagens – Vrachtwagens
Testen worden zwaarder door hogere snelheden bij personenwagens en ook echte gebruiksomstandigheden (RDE) Portable Emission Measurement System bij vrachtwagens
Inleiding-Trends in emission legislation
Shaping the future-Innovations for Efficient mobility, Denner, 34th International Vienna Motor Symposium, VDI Reihe 12 Nr.764, April 2013, ISBN 978-3-18376412-9
CO2 g/km of Europe`s top-15 carmakers
http://www.transportenvironment.org/sites/te/files/publications/2012_12_TE_cars_CO2_report_web_final.pdf, August 19th, 2013
Inleiding-Oplossingen • Aandrijflijn zuiniger maken door – zuinigere motor door downsizing; cilinderafschakeling; Atkinson/Miller cycle – lager motortoerental down speeding; meer overbrengingen – stop/start (“segeln”) – electrificering/hybridisering
Shell Zwitserland heeft de oplossing al
Powertrain- Fuel/Energy Converter • • • •
role of ICE/EM/Fuel cell etc. application of diesel/gasoline/electricity market requirements gasoline -/diesel engine/EM/Fuel cell technology Energy
Fuel/Energy converter
efficiency from tank/battery/grid
Energy to the wheels etc.
energy management is required to achieve maximum efficiency of the powertrain
Directe injectie in combinatie met…
The New Turbocharged 4-Cylinder In-Line Gasoline Engine by Mercedes-Benz, Merdes et al., 20.Aachener Kolloquium, 2011
Verlaging brandstofverbruik? Verlaging ten opzichte van Multipoint systeem in % 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
Multipoint (basis) Uitlaatgasrecirculatie Arm mengsel Variabele kleptiming Directe injectie
Inleiding-PC and LCV sales figures
Use of ICE in?
http://www.bosch-presse.de/presseforum/pressdownload/image/1-UBK-19241-e.jpg?file=1-UBK-19241-e.jpg&id=8300,7, August 26th, 2013
Inleiding-Worldwide Light Duty Power Train Technologies
Development of the Delphi Homogeneous Gasoline Direct Injection Engine Management System for the Hyundai & Kia Lambda-II 3.8 Liter Engine, Zizelman et al., 20. Aachener Kolloquium, 2011
2 Alternatieve brandstoffen • Overstap van benzine naar diesel→verhoging rendement • Overstap van benzine naar LPG of CNG/LNG→kortere H/C ketens • Overstap naar biobrandstoffen→hergebruik van CO2 Minder CO2 uitstoot in g/km en/of WTT
Fuel: TTW Specific CO2 Formation
Reduction: Gasoline Butane Propane Methane Ottomotorische Brennverfahren zum Einsatz zukünftiger Kraftstoffe, Lang/Habermann/Pischinger/Fricke, 26.Internationales Wiener Motorensymposium 2005, VDI Reihe 12, Nr 595, ISBN 3-18-359512-5
Energy Densities for Various Fuels
Energy Storage and the Path to Sustainable Transportation, Schmidt, 29.Internationales Wiener Motorensymposium 2008, VDI Reihe 12, Nr 672, ISBN 978-3-18-367212-7
Energiedragers
BIOMASS
FT=Fischer-Tropsch Example for diesel fuel http://www.usbiomassboard.gov/pdfs/biofuel_presentation_at_detroit_workshop_09_07kw.pdf, 13th May 2012
Fuel for Thought
Social and Environmetal Aspects of Biofuels, M.Martin, Linköping University
Acceptance of Alternative Fuels
Techno-economic analysis of natural gas applications as an energy source for road transport in the EU, B.Kavalov, IPTS, Technical Report Series, EUR 21013 EN, January 2004
3 Electrificatie van de aandrijflijn • • • •
Energie scenario`s Powertrain concepts How to comply with CO2 legislation Hybridization challenges
Energy scenarios All energy use is converted in oil equivalents
Fossil
-Within a few years coal will be the most important primary energy source -50% of annual coal production in China; India will increase its use of coal more than China -Price for coal for electrical power station; decrease from 105 €/t at the beginning of 2012 till 87 €/t at the end of 2012 (Source VDI nachrichten, 2.August 2013, Nr 31/32) Gas-a bridging technology for future mobility?, Warnecke/Karanikas/Levell/Mesters/Schreckenberg/Adolf, 34th International Vienna Motor Symposium, VDI Reihe 12 , Nr.764, April 2013, ISBN 978-3-18376412-9
Powertrain concepts-Energy Pathways
Hybrid ?
Future Transport Fuels;European Expert Group Report; FTF Conference, Brussels,13_04_2011 , 11th May 2012
Vehicle Application Map
Global Energy Systems in Transition: Next Steps in Energy Diversity for Transportation, Lippert/Smyth, 30. Internationales Wiener Motorensymposium 2009, VDI Reihe 12, Nr 697, ISBN 978-3-18-369712-0
Hybride; wat moet ik kiezen?
http://graphicnovel-hybrid4.peugeot.com/start.html, 20 maart 2015
Categorization of Hybrid Systems
•Vehicle costs increase •Lower volumes; only flagships Does hybrid technology means the end of conventional combustion engines?, Saga, 30.Internationales Wiener Motorensymposium 2009, VDI Reihe 12, Nr 697, ISBN 978-3-18-369712-0
How to comply with CO2 legislation?
Shaping the future-Innovations for Efficient mobility, Denner, 34th International Vienna Motor Symposium, VDI Reihe 12 Nr.764, April 2013, ISBN 978-3-18376412-9
BRS=Boost Recuperation System
Hybridization challenges • • • • • • •
Use of exotic materials Packaging of extra components Electrification of secundary systems Costs of complete powertrain plus calibration Real life fuel consumption reduction Customer costs vs benefits Charging the battery from within the vehicle or from outside the vehicle • Capacity electric grid (plug-in)
We can be heroes → Superman Optima Hybrid
http://www.autoguide.com/auto-news/2013/02/superman-kia-optima-looks-bad-for-a-good-cause.html, 20 maart 2015
4 Vergelijking van oplossingen • • • • •
Energy Diversity-Blending Strategy Energetische Systeembeschouwing CO2 Systeembeschouwing Kostenvergelijking Advanced Propulsion Technology Strategy
Vergelijking van oplossingen Enige aandachtspunten: WTW =WTT+TTW LCA Elektriciteitsmix Comfort bv verwarming vraagt energie Gelijke voertuigmassa; invloed andere aandrijflijn Test verbruik vs real life verbruik Kosten; het voertuig moet verkocht worden
Energy Diversity-Blending Strategy
Global Energy Systems in Transition: Next Steps in Energy Diversity for Transportation, Lippert/Smyth, 30.Internationales Wiener Motorensymposium 2009, VDI Reihe 12, Nr 697, ISBN 978-3-18-369712-0
Energetische Systeembeschouwing (1)
Energetische Systeembeschouwing (2)
ATZ Extra Sonderheft für VDI-FVT 2014/2015
88% bij de brandstof door verliezen in het WTT traject B=benzine; D=diesel
Energetische Systeembeschouwing (3)
ATZ Extra Sonderheft für VDI-FVT 2014/2015
Tussen haakjes de situatie in 2030 De stroommix voor Duitsland staat in de volgende slide
http://www.unendlich-viel-energie.de/mediathek/grafiken/strommix-in-deutschland-2013, 20 maart 2015
WTW CO2 Systeembeschouwing (4) 150000 km;
Niet CO2 uit voertuigproductie
B: 8,5 l/100km D: 6,2 l/100km B: 6 l/100km D: 4,5 l/100km
ATZ Extra Sonderheft für VDI-FVT 2014/2015
Website Bosch 3 november 2005
Advanced Propulsion Technology Strategy
GM`s Advanced Propulsion Technology Strategy- Solutions for Reduced CO2-Emissions and Energy Diversity, Stephens, 29.Internationales Wiener Motorensymposium 2008, VDI Reihe 12, Nr 672, ISBN 978-3-18-367212-7
Hoe moet het nu verder? Het klimaat voor energieverbruik is nog veel te gunstig
Loesje
5 Conclusies • Bewust gemaakt van de mogelijkheden om de CO2 uitstoot van voertuigen te verminderen • Gewezen op het belang van de systeemgrenzen bij het vergelijken van oplossingen voor vermindering van energieverbruik en CO2 uitstoot • Aangegeven wat mogelijkheden zijn voor het vergelijken van verschillende aandrijflijnen van voertuigen op CO2 uitstoot
Vragen?
Eureka?
Gegevens spreker: • • • •
Dr.ir. P.H. Mesman Leider Expertteam Powertrain
[email protected] 06-51619061
