AlternativăSisteme de [611219]

Sisteme de
Propulsie
AlternativăSisteme de
Propulsie
Alternativă
Suport de curs

Structura curs: Sisteme
de Propulsie alternativăStructura curs: Sisteme
de Propulsie alternativă
Capitolul 1. Combustibili alternativi folosi ți în soluțiile m.a.iexistente
Capitolul 2. Sisteme electrice de propulsie
Capitolul 3. Sisteme hibride de propulsie
Bibliografie:
1. Oprișa–Stănescu, Paul –Dan: Automobile electrice, hibride și cu
pile de combustie , Ed. Politehnica 2015, ISBN: 978-606-350-1-14
2. LivințGheorghe ș.a., : Vehicule electrice hibride , Ed. Casa de
Editură Venus 2006, ISBN: 973-756-002-7
3. Stan Cornel: Alternative Propulsionfor Automobiles , Ed. Springer
International Publishing AG 2016, ISBN : 978-3-319-31930-8
Suport de curs

Sisteme de Propulsie
Alternativă: NecesitateSisteme de Propulsie
Alternativă: Necesitate
ALTERNATIVĂ ,alternative , s. f. Posibilitate de a
alege între două căi, două solu ții etc.
Sursa: Dicționarul Limbii Române Literare
Contemporane (1955 –1957)
https://dexonline.ro/definitie/alternative
Suport de curs

Sisteme de Propulsie
Alternativă: NecesitateSisteme de Propulsie
Alternativă: Necesitate
Criterii principale de substituire a resurselor energetice actuale:
– Potențialul de resursele de energetice;
– Impactul asupra mediului minim la conversia energetică;
– Implementarea tehnică –condi ționată de solu ția tehnică complexă,
dimensiuni, greutate, costuri, siguran ță și infrastructură;
– Siguran ța activă și pasivă;
– Caracteristicile traficului;
– Reciclarea vehiculelor la finalul duratei de via ță.
Suport de curs

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
A. Motorul cu ardere internă –Otto
AB-Izocoră
BC-Adiabată
CD -Izocoră
DA-Adiabată
Fig. 1.1 Diagrama ciclului Otto –Sistem de alimentare
injecție directă
!Observație. Ardere la presiune constantă
Suport de curs

Sisteme de Propulsie Alternativă:
Capitolul 1. Combustibili alternativi folosi ți în
soluțiile m.a.iexistenteSisteme de Propulsie Alternativă:
Capitolul 1. Combustibili alternativi folosi ți în
soluțiile m.a.iexistente
Suport de cursA. Motorul cu ardere internă –Otto
AB-Izocoră
BC-Adiabată
CD -Izocoră
DA-Adiabată
Fig. 1.2 Diagrama ciclului Otto –Sistem de alimentare
injecție indirectă
Observație. Ardere la presiune constantă

Sisteme de Propulsie Alternativă:
Capitolul 1. Combustibili alternativi folosi ți în
soluțiile m.a.iexistenteSisteme de Propulsie Alternativă:
Capitolul 1. Combustibili alternativi folosi ți în
soluțiile m.a.iexistente
B. Motorul cu ardere internă –Diesel
AB-Izobară
BC-Adiabată
CD -Izocoră
DA-Adiabată
Fig. 1.3 Diagrama ciclului Diesel
!Observație. Ardere la volum constant
Suport de curs

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
C. Motorul cu ardere internă –Seiliger
AB-Izocoră
BC-Izobară
CD -Adiabată
DE-Izocoră
EA -Adiabată
Fig. 1.4 Diagrama ciclului Seiliger
!Observație. Ardere la presiune și volum constant
Suport de curs

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursD. Motorul cu ardere internă –Joule
AB-Izobară
BC-Adiabată
CD -Izobară
DE-Adiabată
Fig. 1.5 Diagrama ciclului Joule
!Observație. Ardere la presiune constantă (turboma șini)–turbine cu gaz

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursE. Motorul cu ardere internă –Ackeret-Keller (Ericsson)
AB-Izobară
BC-Adiabată
CD -Izobară
DE-Adiabată
Fig. 1.6 Diagrama ciclului Ackeret-Keller (Ericsson)
!Observație. Comprimarea și destinderea se face la temperatură
constantă

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursF. Motorul cu ardere internă –Atkinson
12-Adiabată
23-Izocoră
34 -Izobară
45 -Adiabată
61 -Izobară
Fig. 1.7Diagrama ciclului Atkinson [2]
!Observație. Comprimarea și destinderea se face la temperatură constantă

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Potențialulșiproprietă țilecombustibililor:
Structura combustiilor în propulsia autovehiculelor este de forma:
CmHnOp. Utilizarea la propulsia autovehiculelor se realizează prin două
procedeechimice:
– În m.a.i. combustibilul prin procese chimice este transformat în lucru
mecanic folosit direct la propulsarea autovehiculelor, sau pentru
generarea de curent electric; in centralele termoelectrice
combustibilului este transformat în căldură apoi în energie electrică
cevaîncărcabateriileunuivehiculcupropulsieelectrică.
– În propulsia electrică, prin pile de combustie, energia chimică este
convertităînenergieelectricărezultatăînurmaschimbuluideprotoni
dintrehidrogen șioxigen.Hidrogenulpoatefiob ținutlaborddinorice
combustibilcearestructuraelementară CmHnOp.

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de curs
Figura 1.8 Surse de energie și sisteme de propulsie folosite la automobile

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursTip de
CombustibilStructură
elementarăDensitate
[kg/m3]Vâscozitate
[cSt]Entalpia
combustibilul
ui [MJ/kg]Amestec
stoichiometric
[kg Aer/kg
Comb]Entalpia
amestecului
[MJ/kg
Amestec]Cifra
Cetanică
/
OctanicăEntalpia de
Vaporizare
[KJ/kg]
Benzină <C8H18720 -780 0.6 –0.75 44 14.6 –14.7 3.9 91 -99 350
Motorină <C8H18780 –840 3.5 –3.9 43.2 14.5 3.8 50 -54 270
Gaz natural (85 –
95 % Metan)CH4141 la 0°C
și 20 MPa- 45 14.5 4.0 ≈ 120 0.51 -gaz
GPL (50%
Propan 50%
ButanC3H8/C4H102.35 –gaz
la 0°C și
0.1 MPa- 46 15.5 3.8 98 386
Metanol CH3-OH 792 0.75 20 6.47 3.5 106 1103
Etanol C2H5-OH 785 1.5 26 9.00 3.5 107 840
Hidrogen H29 –gaz la –
200 °C și
0.1 MPa- 120 34.3 3.0 – 436
Ulei de rapi țăCmHnOpRi0.92 68 -75 35 -39 12.4 3.5 38 -44 –
Metilester din
ulei de rapi țăCmHnOpRi0.86 –0.9 6 –8 37.2 12.5 3.5 51 -58 –
Dimetilester CH3OCH31.97 gaz la
15 °C și 0.1
MPa0.12 –0.15
la 20°C și
0.5 MPa28 gaz 9.0 3.5 55 -60 400 (gaz)Tabel 1.1 Proprietă țile combustibililor

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Proprietate Influență
Structura elementară Componentelorgazelor de evacuare
Densitatea Modul de stocare la bord
Vâscozitate Lubrifiere / Răcire
Entalpia combustibilului Distanța parcursă
Amesteculstoichiometric Dozareacombustibilului
Entalpia amestecului Momentul motor
Cifra cetanică și octanică Detonație / Flamabilitate
Entalpia de vaporizare Pornirea la rece/ Răcirea amestecului /
Cantitateade aer
Suport de cursTabel 1.2 Influen ța proprietă ților asupra comportamentului combustibilului

Suport de cursSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
A. GazNaturalComprimat–CNG
Proprietăți: -85–95%metan
-amesteculstoichiometricaproapedecelalbenzinei
-posibilitateadefunc ționareînmascu raportuldecomprimarede12–14
Stocarealabord:uzualînbuteliela20MPa
capacitaterezervorCNG(57–160l)
Prețdecostmediu: conf.01.2015–921Methan-Tankstelle 1.11EUR/l
!Observație:DensitateaCNG-uluiesteredusă

Suport de cursSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Sursa:
www.stat
ista.com
–iulie
2015
Figura 1.9 Evolu ția stațiilor CNG în Germania 2001 -2014

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursSursa:
www.stat
ista.com
–iulie
2015
Figura 1.10 Vehicule echipate cu CNG în diferite țări -2015

Suport de cursSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
! Observație: – Înlocuirea combustibilului clasic (în cazul m.a.s) reduce
puterea cu pana la 6 kW
-Distanța parcursă se reduce cu până la 43%
Tabel1.3 Compara ție combustibil alternativ –clasic
Cilindree 1386 1386 1248
Tip de propulsie CNG multipunct MAS I multipunct MAC CDI+ Turbo-supra –
alimentare
Greutate [kg] 1245 1100 1165
Volum rezervor [l] 13 45 45
Consum de combustibil
la 100 km [l] 4.2/6.3( benzină) 5.7 4.1
Prețcombustibil pe
[€/ l]1.00 1.60 1.45
Cost la 100 km parcur și
[€]4.2/10.08 9.12 5.94
Impozit [€] 86 86 123
Cost mentenan ță CNG
[€]75 – –

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Formarea amestecului la m.a.spentru CNG:
-carburator;
– injecție continuă în galeria de admisie;
-injecție multipunct;
-injecție secvențială;
-injecție directă.
Figura 1.11 Formarea amestecului m.a.s. CNG
Suport de curs

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursFormarea amestecului la m.a.spentru CNG:
Figura 1.12 Formarea amestecului m.a.s. CNG cu injec ție directă

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursTabel 1.4 Specifica ții motor E2866DUH/ D2866 UH
Figura 1.13 Solu ție CNG la m.a.c
Nr. cilindrii 6
Alezaj [mm] 128
Cursă [mm] 155
Cilindree [l] 11,967
Raport decomprimare 11:1
Putere [kW]@[rot/min] 170@2200
Moment [Nm]
@[rot/min]840 @ 1000

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursFigura 1.14 Caracteristici motor E2866DUH/ D2866 UH

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
B. GazPetrolierLichefiat–GPL
Producție:distilat din țiței înrafinării sau chiardin gaz natural. Compozi ția chimică 50%
Propan50%Butan.
Proprietăți: conform tabelului 1.1, GPL are caracteristici similare cu cele ale benzinei,
excepție fac raportul de C,H respectiv densitate. Entalpia combustibilului, raportul
stoichiometric, entalpia amestecului, cifra octanică, entalpia de vaporizare sunt
asemănătoare.
Stocarea la bord : GPL nu se recomandă a se stoca la condi ții normale deoarece are o
densitate scăzută. Standardizat se stochează în stare lichidă la temperatura de 273K si
0.5 – 1.0 MPa; rezultă o densitate echivalentă de 68% comparativ benzina. Volumul
rezervoarelor vehiculelor operate cu GPL sunt de 1,6 – 1,7 ori mai mari decât cele de
benzinăpentruacompensadeficituldeautonomie.
Suport de curs

Suport de cursSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Figura 1.15 Cre șterea numărului de sta ții GPL în Germania între anii 2004 –2012
Sursa www.statista.com , iulie 2015

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Formareaamesteculuilam.a.spentruGPL:
-carburator;
– injecțiesecvențială îngaleriade
admisie;
-injecțiemultipunct.
1. Valvă alimentare GPL 7.Galerie de admisie
2. Filtru separator de gaz 8. Comutator GPL/Benzină
3. Rezervor GPL 9. ECU GPL
4. Valvă GPL 10.Senzor clapetă accelera ție
5. Vaporizator 11. Bobine de induc ție
6. Distribuitor 12. Senzor lambda
Figura1.16 Injec ție multipunct GPL
Suport de curs

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Soluțiam.a.icuGPL:
În general puterea nominală ob ținută prin folosirea GPL este cu 5% mai mică decât
puterea ob ținută la folosirea benzinei. Emisiile HC, CO și NOx sunt similare cu cele
obținuteprinardereabenzinei,singuracomponentăcarescadeesteCO2,careestemai
micăcu10%datorităstructuriimolecularealeacestuia.
Figura 1.17 VW Polo 1.6 l, 60 kW
(http://indianautosblog.com/2010/04/vw-polo-lpg-bifuel )
Suport de curs

Suport de cursSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
C. Alcooli:Metanol șiEtanol
Producție:-1860NikolausAugustOttoautilizatetanolinm.a.s;între 1908–
1927 folosirea bioetanolului în automobilele de serie ale lui Henry Ford.
Etanolulșimetanolulsuntprodusedin:
– Amidonși zahăr din de șeurile plantelor în special din melasa de
trestie de zahăr în America de Nord, din porumb, sfeclă de zahăr în Europa
respectivcassavaînAsia,Brazilia.
-Alge,celulozădinde șeuridehârtie,industrialemnuluisauchiardin
plantenecomestibile.
Alcoolulesteprodusprin:
-Distilareabiomaseifermentate;
-Sintetizat,dupăgazeificareade șeurilororganiceasistatedeenzime
șiCianobacterii.

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de curs
Figura 1.18 Distilarea alcoolului925 A.D. Abu
al Razi a
distilat primul
alcool

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Suport de cursUn procedeu inovativ de producere al alcoolilor din de șeuri ce con țin hidrocarburi a fost
dezvoltatdeCoskata(Ilinois,SUA), înansamblupoatereduceproduc țiadeCO2cupânăla
84%.
Cost de
producție
<1$ SUA/gal
Figura 1.19 Producerea de alcool din de șeuri organice -Coskata

Suport de cursSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Proprietăți: – Metanolul și etanolul au entalpia mai mică decât a benzinei (tabelul
1.1);
-Amestecul stoichiometric este net inferior; se va cre ște cantitate de
combustibilînamestec;
-Entalpiaamesteculuimetanol/etanolaereste aproximativ egală cu cea
abenzinei;
-Cifraoctanicămaimarecasiîncazulbenzinei–sepoatecre șteraportul
decomprimareîncazulfolosiriimonovalente;
– Entalpia de vaporizare este de 2,4 respectiv 3.1 ori mai mare decât a
benzinei în cazul etanolului respectiv metanol – se pretează a se folosii în sisteme
dealimentarecuinjec țiedirectă.
Stocarea la bord : densitatea la temperatura și presiunea ambientală are valori
foarte apropiate cu cele a benzinei și motorinei, astfel, se pot stoca în acela și
rezervor.

Suport de cursSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Formareaamesteculuilam.a.s
pentrumetanol șietanol:
E85=85%Etanol15%Benzină
14%creștereM[Nm] -intensificarea
lucruluimecanicdatorităcre șterii
vitezeideardere
Figura 1.20 Alimentare duală flexibilă

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Tabel 1.5 Emisii în urma procesului de ardere
Dezavantaje: -diferen țele majore dintre amestecul stoichiometric
aer/combustibil necesită modificări considerabile ale dozei ciclice.Compuși 1.568 l etanol
[g]1.0 l benzina [g]
CO2 2.356 2.285
H2O 1.44 1.013
N2 8.452 8.45
Suport de curs

Suport de cursParametru [UM] Benzin
ăEtanol Diferen ț
ă
Lucru mecanic specific [kJ/m3] 900 750 -16%
Ce [g/kWh] 450 800 +77 %
HC [ppm] 7000 7000 –
CO [%] 6 3.9 -35%Tabel 1.6 Compara ție performan țe și emisii (8750 [rot/min] –injec ție
directă benzină/etanol)
Dezavantaje: -diferen țele majore dintre amestecul stoichiometric
aer/combustibil necesită modificări considerabile ale dozei ciclice.Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente

Sistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistenteSistemede PropulsieAlternativă:
Capitolul1. Combustibili alternativi folosi țiîn
soluțiilem.a.iexistente
Tabel 1.7 Performan țe dinamice
Figura 1.21 Alimentare duală flexibilă VW Golf
Suport de curs
Combustibil Cuplu
[Nm]Putere
[kW]Accelerație 0
–100 km/h
[s]Vmax
[km/h
]
Benzină
[100%]97 53 13.5 165
Etanol
[100%]106 56 13 165.4