VŠE Budoucnost alternativních paliv v osobní dopravě Dr. Martin Hrdlička ŠKODA AUTO, Vývoj podvozku a agregátu 02.05.2016
Historie
2
Konzern Škoda
3
Konzern Škoda
4
Konzern Škoda
5
Volkswagen AG
6
1991
Produkt
Výroba
Trh
3
3
30
Modely & Deriváty
Závody
Zemí
2014
172.000 vozů
42
14
> 130
Modely & Deriváty
Závody
Zemí
ca. 1 Mio vozů
7
ŠKODA – Produktportfolio Citigo Fabia Roomster
Rapid Yeti
Octavia
Superb 8
CO2 – Plán snižování emisní náročnosti v EU
9
CONFIDENTIAL
CO2 – emise ve světě osobní letecká doprava 3,0% automobily nákladní 5,5% automobily 6,0%
oceán 41,5%
vliv lidské činnosti 3,5%
země 27,0% vegetace 27,0%
biomasa 1,0%
Spalování biomasy 15,0%
průmysl 19,0%
elektrárny 25,0%
domácnosti 23,0%
Celkový podíl osobních vozů na světové produkci CO2-emisí: 0,2 %
10
ostatní doprava 2,0% lodní doprava 1,5%
Legislativa v Evropě (z hlediska komise) 2014
CO2
na základě NEFZ
EU6 na základě NEFZ
2015
2016
2017
95 g/km
130 g/km 01.09.14 nové typy
2020 ff
01.01.20
01.09.15 všechny vozy
01.09.17 nové typy
pro výfukové plyny a CO2
01.09.18 všechny vozy
stupeň 2 (např. EU6ZD) 01.09.17 nové typy
WLTP
01.09.18 všechny vozy
v diskuzi 01.01.2016 nové typy Plynný (NOx) Částice (PN)
monitoring
01.09.17 nové typy
01.09.19 všechny vozy
stupeň 1 (CF = 2,1) v diskuzi 01.09.17 nové typy
11
2020
2019
01.01.15
stupeň 1 (např. EU6W)
RDE
2018
01.09.18 všechny vozy
01.01.20 nové typy
01.01.21 všechny vozy
stupeň 2 (CF = 1,5)
Měřené škodlivé látky obsažené ve výfukovém plynu
CO
NOx
12
CO2
HC
PM
CO
› oxid uhelnatý – bezbarvý plyn, bez zápachu, jedovatý (blokuje přenos kyslíku v organismu)
CO2
› oxid uhličitý – hlavní produkt spalování uhlovodíků, skleníkový plyn
NOx
› oxidy dusíku (oxid dusnatý NO + oxid dusičitý NO2) – zejména NO2 je vysoce toxický
HC
› uhlovodíky – některé z nich jsou dráždivé, toxické či karcinogenní
PM
› pevné částice – tvořeny zejména elementárním uhlíkem, mohou pronikat do plic (závisí na velikosti)
Složení výfukových plynů vznětového motoru
12% 67%
11% 10,7%
0,30% HC, CO, NOX, PN
13
N2 CO2 H2O O2 Ostatní
Emisní předpisy – 2015
BS4
Žádný nebo max. EU1 EU2 EU3 bez EOBD EU4 bez EOBD EU4/BS4 EU5J EU6W EU6ZD US (LEV, Tier….) atd.
14
Agregát – podíl na produkci CO2
Optimalizace konvenčního pohonu
Technologie a zdroje energie
start-stop, volnoběh rekuperace termomanagement odepínání válců (ACT) nabití
TSI TDI DSG
Vliv na spotřebu (CO2)
přímé vstřikování downsizing/rightsizing lehké materiály DSG-automaticky řazená převodovka s dvojitou spojkou
Alternativní paliva
43% CO2/km
LPG CNG LNG Etanol (FlexFuel)
Hybridní pohon Mild-hybrid Full-hybrid Plug-in-hybrid
agregát váha, setrvačná hmotnost aerodynamika Cw x A
E-trakce
valivý odpor, pneumatiky ostatní
15
20-30g EU-cíl 2050*
akumulátorový vůz
* v diskuzi
Alternativní pohon, velmi dostupný + existující + čistý = CNG 1 Motivace - 25% CO2
+
H H
C
Methan (CH4)
Světové zásoby o 50% > ropa
H
H
2 CNG + ŠKODA AUTO = dnes Octavia G-TEC
Citigo CNG Dojezd 620 km
Dojezd 1 330 km
79 g CO2 / km nejnižší CO2 na světě
97 g CO2 / km Plyn15 kg
Benzín 10 l Plyn 11 kg
Quasi - MONOVALENT
3 Budoucnost v EU a ČR infrastruktura nezdanění a podpora po 2020
motivace
parkování a provoz monovalentní pohony
16
efektivita, další CO2 redukce
Benzín 50 l BIVALENT
Citigo CNG 1,0 l – 50 kW MPI CNG
Spotřeba zemního plynu(CNG) m3/100km
kg/100km
ve městě
5,5
3,6
mimo město
3,8
2,5
kombinovaná
4,4
2,9
79 g CO2/km 4,4 m3 zemního plynu/ 100 km
dojezd/km
Dva ocelové zásobníky na plyn 72l, 200bar
17
Palivová nádrž - benzín 10l
12kg zemní plyn 400 km
10l benzín 220 km
Octavia CNG 1.4l – 81kW TSI CNG
Dva ocelové zásobníky na plyn 15kg (97l), 200bar
Palivová nádrž - benzín 50l
97g CO2 / km 5,4 m3 zemního plynu/ 100km dojezd až 1.330 km
15 kg CNG 410 km 18
50 l benzín 920 km
Wh / l
Energetická hustota baterií a paliv Např.: Energie pro jízdu délky 100km
Benzin Diesel
Energie
50x
Zemní plyn (200 bar) H2 (700 bar)
FeF
100 km
Li/02 Li-ion Pb
H2 (350 bar)
Li/S8
Ni-MH
Wh / kg
Baterie BEV
12,5 kWh energie
12,5 kWh el. energie
130 kg
Čokoláda 2,1 kg Benzín 1,4 ltr. 1 kWh ≈ 0,11 l benzínu
19
1 l benzínu ≈ 9 kWh
Podíl konvenčních motorů v elektrických alternativních pohonech
Bezemisní (elektrická) jízda:
Podíl konvenčních motorů na pohonu
Boost
cca. 2km + Boost
dlouhá
cca. 20-50km cca. 50-120km cca. 80-200km + Boost
400 - 600km
Konvenční motory
Micro-Hybrid Start Stop
20
krátká
Mild-Hybrid
Full – Hybrid (HEV)
Plug-In-Hybrid Range Extender (RE) (PHEV)
Elektrický pohon BEV
Palivové články
Optimalizace konvenčních pohonů Zvýšení účinnosti motoru Vysoký stupeň přeplňování – downsizing / rightsizing Vysoké vstřikovací tlaky Efektivní využití energie v palivu – úprav spalovacího oběhu (Atkinson->Miller->B-Cyklus – prodloužená expanze) EGR (HD/ND) Proměnný kompresní poměr Vodou chlazený LLK Motoru blízké zpracování NOx, Kat, DPF Odpojování válců v částečném zatížení (ZAS – systém VW) Proměnný zdvih ventilů (AVS – systém Audi) Systém Start&Stop 2.0 – vypínání motoru již při rychlosti < 7 km/h (St&St 1.0 rychlost = 0 km) 21
Optimalizace konvenčních pohonů Regulace zátěže agregátu dle skutečné potřeby Odpojování přídavných agregátů Aktivní – elektromagnetické spojky (odpojitelná vodní pumpa, variabilní olejová pumpa) Pasivní – volnoběžky Snížení třecích ztrát / opotřebení Snížení přítlaku pístních kroužků (ocelové písty …) Optimalizovaná konstrukce dílů (vůle, rozměry … ) Nové generace těsnění rotačních částí (klikový hřídel ...) Sycení kluzných povrchů vhodnými látkami (vícevrstvá ložiska, Al, polymery …) Nasazení “lehkoběžných“ olejů Optimalizace množství oleje převodovky Optimalizace tření v hnacích kloubech (Tripod, homokinetický …) U automatických převodovek optimalizace ztrát ( olejové hospodářství, ložiska, chlazení …)
22
Optimalizace konvenčních pohonů Termomanagement Chlazené sběrné výfukové potrubí Motor dosáhne rychleji provozní teploty, s tím je spojená úspora paliva a vnitřní prostor je dřív vytápěn Díky menšímu povrchu stěny na straně výfukových plynů až ke katalyzátoru odevzdává výfukový plyn při chodu zahřátého motoru málo tepla a katalyzátor se zahřívá rychleji na provozní teplotu i přes chlazení pomocí chladiva. Při plném zatížení se chladivo silněji chladí a motor může být provozován v širší oblasti s lambdou 1 optimálně z hlediska spotřeby a výfukových plynů.
Dvouokruhové chlazení Snížené množství chladiva Vodní čerpadlo na hlavě válců Redukce doby ohřevu využitím energie z výfukových plynů Oddělená kontrola teploty pro blok motoru a hlavu válce
23
Syntetická paliva – e-paliva vyrobená z CO2 a vody
Obnovitelná energie
Voda
CO2
e – pailva (e-fuels): e - benzín e -nafta e -plyn e -vodík
Výhody: Redukce bilance CO2 – při výrobě paliva bude použito CO2 z atmosféry Pro pohony vozů zůstanou konvenční tzn. spalovací motory (žádné dodatečné investice do výrobních zařízení ve výrobě) Současná existující infrastruktura pro distribuci paliv je 100% kompatibilní pro e-paliva Žádné použití zdrojů pro potraviny / žádná konkurence pro výrobu potravin Žádná biomasa
Otevřená témata/otázky: Zdrojem energie pro výrobní proces paliv bude obnovitelná energie (vodní, sluneční, větrná, ………) Momentálně objem výroby e-paliv v pilotní fázi Cena paliv / daňové podmínky ……
24
CONFIDENTIAL
Děkuji.
