diagnóstico de las emisiones reales de los vehículos ligeros ... · accionamiento del aire...

Diagnóstico de las emisiones reales de los

vehículos ligeros. Influencia de las

condiciones del tráfico y de la conducción

Jesús Casanova Kindelán

Catedrático de Motores Térmicos

Universidad Politécnica de MadridPolitécnicaPolitécnica

Movilidad y reducción de emisiones. MMAMRM. Septiembre 2009 J. Casanova 1/23

Emisiones de los vehículos en servicio

• Emisiones de gases por el tubo de escape ⇒ motor.

– Gases principales: N2, H2O, O2, y CO2 (→ G.E.I.)

– Productos contaminantes en pequeñas concentraciones

• Emisiones de partículas sólidas o líquidas en suspensión en el gas de escape (PM)

– Combustión + aceite

• Emisión de partículas de desgaste

– Frenos, embrague y neumáticos.

• Gases de evaporación de la gasolina del tanque del

vehículo y en estación de servicio

– Control en carga desde camión pero no en boquerel.

– “Cannister” en vehículos de gasolina

• Gases de cárter del motor.

– Por normativa son recirculados.


Medida de emisiones de vehículos

• En banco de pruebas de motor

– Ciclos ESC y ETC para homologación de vehículos pesados.

• Ciclos normalizados y factores de ponderación estadística.

• En banco de rodillos

– Ciclos normalizados según estudios estadísticos.

– Solo vehículos ligeros.

• Sobre vehículos

– No hay estandarización en Europa.

– Utilizado para conformidad de emisiones en utilización (EE.UU.).

– Posibilidad de obtener datos de la “vida real”.


Caracterización del comportamiento de los vehículos en la ciudad

• El motor en condiciones

transitorias de régimen de giro y

de grado de carga.

• El motor utiliza poca potencia

< 20 CV

• Revoluciones motor < 60 % de

su valor máximo

• Periodos con motor a

temperatura de refrigerante y de

aceite bajas

• El motor está largos periodos de

tiempo a ralentí (mínimo)

0

10

20

30

40

50

60

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Tiempo (s)

Velocidad (km/h) rpm/100 Posición Acelerador

Comparación CO Frío-Caliente

2

4

6

8

10

12

1 75 149 223 297 371 445 519 593 667 741 815 889 963

Tiempo (s)

CO caliente CO frío Tª Aceite

Comparación HC Frío - Caliente

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1 72 143 214 285 356 427 498 569 640 711 782 853 924 995

Tiempo

HC caliente HC Frío Tª Aceite


Dinámica del tráfico en la ciudad

• Afectan mucho a las emisiones

– Velocidades

– Aceleraciones

– Tiempos de parada con motor en marcha

• Bajas velocidades medias asociadas a paradas y arranques repetidos

Fuente: INRETS (Francia) 2004


Influencia de la velocidad media y de la tecnología en los factores de emisión

EMISIONES DE PM DE TURISMOS GAS-OIL

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

10 30 50 70 90 110 130Velocidad media (km/h)

Em

isió

n (

g/k

m)

1986-19921993-19961997-2000

EMISIONES DE NOx DE TURISMOS GASOLINA

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5


Em

isió

n (

g/k

m)

1986-19921993-19961997-2000

EMISIONES DE CO DE TURISMOS GASOLINA

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0


Em

isió

n (

g/k

m)

1986-19921993-19961997-2000

EMISIONES DE HC DE TURISMOS GASOLINA

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5


Em

isió

n (

g/k

m)

1986-19921993-19961997-2000

Fuente: Programa Copert IV

• Reducciones en la velocidad media aumentan los factores de emisión en

tráfico urbano.


Proyecto MIVECO

• Metodología e instrumentación embarcada en vehículos para evaluar los

efectos del tráfico real en las emisiones contaminantes

– Financiado por el Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino,

Nº Ref. 071/2006/3-13.2

• Participantes

– Universidad Politécnica de Madrid. Laboratorio de Motores Térmicos

• Emisiones gaseosas

• Ensayos en trafico real

– Universidad de Alcalá. Departamento de Electrónica

• Sensorización de actividad de vehículos

• Emisiones electromagnéticas

– CIEMAT. Unidad de evaluación y control de la contaminación convencional

• Caracterización de emisiones de partículas


Proyecto MIVECO: Objetivos

• Desarrollar metodologías de ensayo para estudiar los efectos de las condiciones reales de utilización de los vehículos ligeros en las emisiones

contaminantes urbanas

• Capacidad para medir en tráfico real:

– Emisiones másica instantáneas y promediadas: CO, HC, NOx, O2, CO2, etc

(g/km). Caracterización del tamaño de partículas.

– Consumo de combustible: caudalímetro en el tubo de escape + balance de

carbonos

– Variables de utilización y funcionamiento del vehículo: velocidad, aceleración,

pendiente, régimen del motor, condiciones atmosféricas, temperaturas,

accionamiento del aire acondicionado, etc.

– El comportamiento dinámico del conductor mediante posición de pedales de

freno, acelerador, etc.

• Basado en instrumentación disponible comercialmente

• Frecuencia de registro de datos 10 Hz

• Válido como laboratorio móvil de medida de emisiones.


Esquema del sistema completo (MIVECO)

N O x

H C ’s

C OH 2

O 2

N 2Enfriad orP e ltierF iltro

c alien te

Líne a

ca le fac tad a

A ad quis ic ión de datos

N O x

H C ’s

C OH 2H 2

O 2O 2

N 2N 2Enfriad orP e ltierF iltro

c alien te

Líne a

ca le fac tad a

A ad quis ic ión de datos

SENSO RES

INTERNOSTemperaturas

Em isiones

Consum o

CONDUCCIÓNPedales

M archas

Velocidades/aceleraciones

Régimen motor

RECORRIDOPosición (GPS)

Pendiente

Imagen visual

EXTERNO STemperatura

Presión

Hum edad

PM


Equipo de análisis de gases embarcado

• Equipo embarcable en cualquier vehículo. Universal.

• Alimentación eléctrica independiente (baterías)

Baterías

Inversor 12Vdc/220Vac

Botella de N2

Medidor carga bater ía

Analizador CO/CO2 SIGNAL

Lambda ETAS HORIBA NOx

SENSORS NO/NO2

Transductor de presión

ThermoFID HC

Baterías

Inversor 12Vdc/220Vac

Botella de N2

Medidor carga bater ía

Analizador CO/CO2 SIGNAL

Lambda ETAS HORIBA NOx

SENSORS NO/NO2

Transductor de presión

ThermoFID HC


Equipo de análisis de gases embarcado

• Equipo embarcable en cualquier vehículo. Universal.

• Alimentación eléctrica independiente (baterías)

Toma l ínea fr ía

Línea calefactada

Toma l ínea calefactada Soporte por

ventosa

Tomas de presión

caudalímetro

Filtro línea calefactada

Sensor NOx y Lambda

Toma l ínea fr ía

Línea calefactada

Toma l ínea calefactada Soporte por

ventosa

Tomas de presión

caudalímetro

Filtro línea calefactada

Sensor NOx y Lambda


Elementos electrónicosUbicación de algunos dispositivos sensoriales

Sistema de registro de variables del vehículo


Desarrollo de software de adquisición y tratamiento de datos medidos en tráfico real

Registro on-line de actividadvehículo-conductor-entorno

Registro variables dinámicas

Captura imagen de recorrido

Ventana principal GUI


Ejemplo de resultados

VARIABLES MEDIDAS EN TIEMPO REALDatos reales LAND ROVER 10MY-OFF 16/04/09 10:10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Tiempo (s)

Rel

ació

n a

ire/

com

bu

stib

le

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Cau

dal

in

stan

tán

eo (

lts/

min

)

Lambda

Caudal

CONSUMO CALCULADO EN POST-PROCESAMIENTO & VELOCIDAD REAL MEDIDA GPSDatos reales LAND ROVER 10MY-OFF 16/04/09 10:10

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Tiempo (s)

Co

nsu

mo

In

stan

tán

eo (

g/s

)

-10

0

10

20

30

40

50

60

Vel

oci

dad

(km

/hr)

Consumo

Velocidad


Algunas imágenes


Evaluación del estilo de conducción

Emisiones instantáneas de COComparación entre conducción suave & brusca

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tiempo (s)

(g/h

r)

Conducción suave

Conducción brusca

Emisiones instantáneas de NOxComparación entre conducción suave & brusca

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tiempo (s)(g

/hr)

Conducción suave

Conducción brusca

Emisiones instantáneas de HCComparación entre conducción suave & brusca

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tiempo (s)

(g/h

r)

Conducción suave

Conducción brusca

Comparación estilos conducción:

• Eficiente

• Brusca

FACTORES DE EMISIÓNComparación entre conducción suave & brusca

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

FE CO FE HC FE NOx

g/k

m

Conducción suave

Conducción brusca

FACTOR DE EMISION CO2Comparación entre conducción suave & brusca

0

50

100

150

200

250

300

FE CO2

g/k

m

Conducción suave

Conducción brusca


Influencia de la conducción y del arranque en frio

Influencia del tipo de conducción y arranque en frío sobre el FACTOR DE EMISIÓN DE NOx

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Peugeot 406 Laguna 2005 Laguna 2007

g/k

m

Eficiente

Normal

Brusca

Arranque en frío

Estudio realizado en tráf ico real por la ciudad de Madrid, Circuito UPM-CM0 y LR1, sep 2009

Influencia del tipo de conducción y arranque en frío sobre el FACTOR DE EMISIÓN DE CO

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3


g/k

m

Eficiente

Normal

Brusca

Arranque en frío

Estudio realizado en tráfico real por la ciudad de Madrid, Circuito UPM-CM0 y LR1, sep 2009

Influencia del tipo de conducción y arranque en frío sobre el FACTOR DE EMISIÓN DE HC

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35


g/k

m

Eficiente

Normal

Brusca

Arranque en frío

Estudio realizado en tráf ico real por la ciudad de Madrid, Circuito UPM-CM0 y LR1, sep 2009


Influencia de conducción y del arranque en frío

FACTOR DE EMISIÓN DEL DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)

0

50

100

150

200

250

300

350

FE CO2

Eficiente

Normal

Brusca

Arranque en frío

Estudio realizado con Peugeot 406, en tráfico real por la ciudad de Madrid, Circuito UNP-CM0, mayo 2009

Em

isió

n C

O2

(g/k

m)


Ejemplo: evaluación de las ventajas del sistema Stop-Start (parada del motor en detenciones)

COMPARACIÓN LAND ROVER 10MY & 9MYEmisión instantánea de CO2

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1 501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501 5001 5501 6001

No. dato (tiempo de muestreo= 0,1 s)

CO

2 g

/hr

9MY

10MY - off

10MY-on



• Emisión de CO2 crece al aumentar al reducir la velocidad media

• Sistema Stop-Start reduce las emisiones de CO2

COMPARACIÓN LAND ROVER FREELANDERFactor de emisión CO2

0

100

200

300

400

0 5 10 15 20 25

Velocidad media (km/hr)

Fac

tor

de

emis

ión

NO

x (g

/km

) 9MY

10MY on

10MY off

CO

2



• El sistema Stop-Start afecta menos a las emisiones de CO y de NOx (motor diesel)

COMPARACIÓN LAND ROVER FREELANDERFactor de emisión de CO

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 5 10 15 20 25


Fac

tor

de

emis

ión

CO

(g

/km

) 9MY

10MY on

10MY off

COMPARACIÓN LAND ROVER FREELANDERFactor de emisión NOx

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 5 10 15 20 25


Fac

tor

de

emis

ión

NO

x (g

/km

) 9MY

10MY on

10MY off


Conclusiones

• El equipo y la metodología de medida que permite medir emisiones en

trafico real está resultando útil para obtener datos de la “realidad” de las

emisiones en situaciones específicas

• Las emisiones reales de los vehículos en la ciudad no son iguales a las de

homologación ni a los factores de emisión que se usan para inventarios de

emisiones en Europa.

• Las emisiones instantáneas de un vehículo en tráfico real se pueden

relacionar con la actividad del vehículo y la dinámica de la conducción.

• Con esta metodología se puede evaluar el impacto real de las nuevas

tecnologías que reducen las emisiones contaminantes y las de CO2

diagnóstico de las emisiones reales de los vehículos ligeros ... · accionamiento del aire...

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