Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal (1.1 fejezet) Nyerges Ádám BME, Gépjárművek és Járműgyártás Tanszék.

Az előadások a következő témára: "Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal (1.1 fejezet) Nyerges Ádám BME, Gépjárművek és Járműgyártás Tanszék."— Előadás másolata:

1 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal (1.1 fejezet) Nyerges Ádám BME, Gépjárművek és Járműgyártás Tanszék X. Innováció és fenntartható felszíni közlekedés konferencia 2016.08.30.

2 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Megoldandó problémák a közlekedésben Kőolaj véges mennyisége, kőolaj világpiaci ára Közlekedés környezeti hatásai: fosszilis energiaforrások használata károsanyag kibocsátás  szén-monoxid (CO)  elégetlen szénhidrogének (HC)  nitrogén-oxidok (NO x )  szilárd részecske emisszió  egyéb károsanyagok üvegházhatást okozó emisszió – elsősorban szén-dioxid (CO 2 ) zajemisszió Politikai célok (EU Fehér Könyv) Emissziós határértékek törvényi szabályozásának elavultsága A legnehezebben kezelhető, dízelmotorokat érintő probléma

3 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Közúti járművekkel szemben támasztott követelmények Élettartam Megbízhatóság Biztonság Hatótávolság Szállítható utasok száma, áru mennyisége, minősége Karbantartási igények Hajtóanyag utántöltés tulajdonságai Infrastruktúra Egyéb speciális igények Az igények közlekedési ágazatonként eltérőek lehetnek!

4 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Célok és megoldások Energiafelhasználás hatékonyságának javítása – „Well-to-Wheel” (WTW) hatásfok Üvegházhatást okozó emisszió csökkentése – „Greenhouse gas” (GHG) emisszió csökkentés Károsanyag kibocsátás és zajemisszió minimalizálása Fenntartható fejlődés A megoldás: alternatív hajtóanyagok és hajtási módok keresése Megújuló energiaforrások előnyben részesítése

5 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Hagyományos és alternatív hajtásrendszerek Hagyományos hajtásrendszerek: benzinmotorok dízelmotorok Benzin és gázolaj tulajdonságai: nagy teljesítménysűrűség, ami nagy hatótávolságot jelent légköri nyomáson tárolhatóság és utántölthetőség – kényelmes használat A belső égésű motorok bonyolultságuk ellenére kipróbált, megbízható és olcsó technikának tekinthetők. Alternatív hajtásrendszerek: alternatív tüzelőanyagok:  földgáz (CNG és LNG)  LPG  hidrogén  biometanol/bioetanol  biogáz  biodízel hajtásrendszerek villamos energiával:  villamos hajtás akkumulátorokkal, szuperkapacitásokkal vagy tüzelőanyag cellával  hibrid hajtásrendszerek

6 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Hajtóanyagok és hajtásrendszerek összehasonlítása

7 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Hajtóanyagok és hajtásrendszerek összehasonlítása Forrás: Automobil Revue 2001

8 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Hajtóanyagok és hajtásrendszerek összehasonlítása Forrás: Klopfeigenschaften methanhaltiger Kraftstoffe, Dipl.-Ing. Sebastian Scharlipp, Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende, Dipl.-Ing. Lukas Urban, Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner, Dr.-Ing. Michael Grill, Dr.-Ing. Frank Altenschmidt, Dr. Martin Schenk

9 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal A földgáz, a CNG és az LNG A földgáz fő összetevője a metán (CH 4 ) ~85-95% A biogázzal, hasonló összetétele miatt keverhető. Égése a gáz halmazállapot és az egyszerű molekulaszerkezet miatt tiszta, koromképződés lényegében nincs. Szikragyújtású motorban használható (Otto körfolyamat). A kompressziótűrése lényegesen jobb a benzinénél => jobb motorhatásfok. Járműben történő tárolhatóság: - CNG (200bar) -LNG (-160°C) Meghatározza a hatótávolságot!

10 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Földgázüzemű belső égésű motorok Monofuel földgázmotorok: - csak földgázzal működő motorok, - csak egy keverékképző rendszer, - a földgáz tulajdonságaira lehet optimalizálni a működést, - kis lökettérfogatnál benzinmotorok, nagy lökettérfogatnál dízelmotorok adják a fejlesztés alapját. Dualfuel földgázmotorok: - kettős tüzelőanyag rendszer: földgáz-gázolaj, - egy időben kétféle tüzelőanyaggal képes működni, - a gázolaj befecskendezésre az égésfolyamat beindítása miatt van szükség, - dízelmotorok olcsó átalakításával fejleszthetőek. Bifuel földgázmotorok: - kettős tüzelőanyag rendszer: földgáz-benzin, - egy időben csak egyféle tüzelőanyaggal működik, - hiányos CNG töltőhálózat esetén előnyös, - nem lehet kétféle motorra jól optimalizálni a működést.

11 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Monofuel földgázmotorok Egyszeres tüzelőanyag ellátó rendszerük van, ezért versenyképesebb áruk lehet. Fontos hatékonyságnövelő fejlesztések: Optimalizált égéstér Közvetlen befecskendezés Turbófeltöltés, turbótöltő illesztés Mélyebb konstrukciós módosítások Sztöchiometrikus motorüzem hármas hatású katalizátorral (TWC), olcsó és hatékony megoldásnak bizonyul. Forrás: Delphi Forrás: Ford Werke GmbH

12 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Monofuel földgázmotorok Emissziós eredményeik a belső égésű motorok közül a legjobbak: 10-20%-kal alacsonyabb CO 2 kibocsátás 20-40%-kal alacsonyabb CO kibocsátás legalább 30-40%-os NO x kibocsátás csökkenés, de bizonyos motoroknál 90% fölött is lehet 80-95% szilárd részecske kibocsátás csökkenés alacsonyabb zajterhelés Cummins Westport ISL G földgázmotor Near Zero minősítés az US EPA-tól Forrás: Cummins Westport

13 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Dualfuel földgázmotorok A motor alapvetően földgázzal működik, az égésfolyamat beindítását egy kis mennyiségű gázolaj dózis végzi. A két tüzelőanyag mennyiségének az aránya optimalizálható. Forrás: EJJT Forrás: DUAL FUEL – Potential of combined combustion of CNG and Diesel Fuel, Dipl.-Ing. C. Doppelbauer, Ing. Mario Penz, Dipl.-Ing. Daniel Renner Dr. Karl Masser, Dipl.-Ing. F. Dorfer

14 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Bifuel földgázmotorok CNG utántöltő infrastruktúra hiánya miatt a motor benzinüzemre is képes marad – kettős tüzelőanyag ellátó rendszer van a járműben. Kedvező emissziós és fogyasztási tulajdonságok. A Monofuel földgázmotorokhoz képest szerényebb eredményekkel bír, mert két különböző tulajdonsággal rendelkező tüzelőanyaghoz is alkalmazkodni kell. Forrás: Mercedes

15 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Személygépjárművek és kishaszonjárművek A földgázhajtás versenyképes lehet, amennyiben a felhasználó számára kiemelten fontos az alacsony üzemeltetési költség és a gyors rendelkezésre állás. A villamos meghajtás ebben a járműkategóriában számít leginkább konkurenciának. A járművek mérete és a versenyképes vételár megtartása érdekében csak CNG tárolás jöhet szóba. Jelenleg az infrastruktúra hiánya miatt túlnyomórészt csak Bifuel motorral szerelt járművek elérhetők. Forrás: Ford Werke GmbH

16 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Helyi közlekedésű buszok és haszonjárművek Jelenleg a legfőbb lehetőség a földgázüzemű járművek elterjedésére. A kis hatótáv és a hiányos infrastruktúra a felhasználás módja miatt nem akadály. Általában a CNG rendszer is elegendő a követelmények teljesítéséhez. A városi emisszió csökkentés a legfontosabb. Lényegesen alacsonyabb üzemeltetési költségek. Forrás: Iveco

17 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Távolsági buszok és haszonjárművek Kiemelten fontos követelmény a nagy hatótávolság, ezért a dízelmotoros hajtások számítanak a legfontosabb konkurenciának. A nagy hatótáv igény miatt csak LNG-vel lehet versenyképes, a dízelmotoros járművek hatótávolságának kb. 2/3-a érhető el jelenleg. Jelenleg az LNG felára jelentős, a jövőben ez várhatóan drasztikusan csökkenni fog. A gyártók motorpalettája teljesítményszintek alapján napjainkban válik teljessé. Forrás: Westport

18 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Mi várható a jövőben? Műszaki-természettudományi szempontból a kérdés, hogy miért nem alkalmaztuk a földgázmotorokat már sokkal korábban? A hosszú távú cél a megújuló energiaforrásokon alapuló közlekedés. Figyelembe véve a legtöbb megújuló energiaforrás hatékonyságát, valamint az alternatív hajtási módok fejlődésének ütemét, a földgáz alapú közlekedés az emberiség számára KÖZÉPTÁVON A LEGIDÁLISABB MEGOLDÁSNAK TŰNIK. Elsősorban a haszonjárművek kategóriáiban versenyképes, de a személygépjárművek között is van létjogosultsága. Hibrid hajtásrendszerekben további hatásfokjavulás érhető el földgázmotorokkal. Más közlekedési szektorok számára is kedvező alternatíva lehet (vasúti, vízi közlekedés).

19 Gázüzemű járművek műszaki és versenyképességi kérdései, a látható fejlődési irányokkal Köszönöm a figyelmet!