Monitorização do desempenho energético e ambiental de um veículo híbrido

Abstract

Os problemas relacionados com o consumo energético e emissões de poluentes relativos ao sector dos transportes representam seguramente a maior preocupação ao nível europeu no que respeita a cumprimento do Protocolo de Quioto e à poluição atmosférica. Uma das formas de resolver/minimizar este problema é através da aposta em novas tecnologias, como os combustíveis alternativos e modos alternativos de propulsão. Os veículos híbridos (gasolina / eléctrico) constituem uma das novas opções tecnológicas com uma penetração efectiva no mercado. O facto de estes veículos possuírem um motor eléctrico juntamente com um motor de combustão interna, bem como sistemas de aproveitamento de energia (dos quais é exemplo o sistema de travagem regenerativa), faz esperar que os consumos de energia sejam mais baixos. A presente Dissertação consistiu na realização experimental de ensaios em banco de rolos e em estrada, com a medição de consumo de energia e análise do desempenho do veículo através de perfis de velocidades e curvas de rendimento para diversas situações de circulação de um veículo. As situações abordadas foram: paragens e arranques sucessivos (“pára-arranca”), circulação em rotundas, diversos perfis de velocidades para três tipos de condução (suave, intermédia e brusca) e um perfil de desaceleração imediatamente seguida de uma aceleração (de modo a simular uma passagem na faixa “Via Verde” de uma portagem). Foi ainda realizada uma modelação numérica com o modelo de emissões Copert 4, de forma a calcular o consumo de gasolina e emissões de CO2 para diversos veículos da mesma gama (incluindo veículos híbridos), mas de idades diferentes. Posteriormente foi efectuada a comparação entre os resultados experimentais e os provenientes pela modelação numérica. Os resultados obtidos entre as monitorizações experimentais revelam que os valores obtidos em banco de rolos para o consumo médio de gasolina são superiores em 51,4% relativamente aos testes em estrada, e por isso também em termos de emissão de CO2 produzidas pelo motor de combustão interna, uma vez que os consumos de gasolina são proporcionais à quantidade de CO2. Verifica-se uma semelhança entre os resultados obtidos em estrada e os provenientes da modelação numérica (os consumos médios de gasolina na modelação numérica diferem em 11,4% relativamente aos provenientes dos ensaios em estrada). Quando comparado com os consumos de veículos a gasolina da mesma categoria, o veículo híbrido é competitivo especialmente para meio urbano.

ABSTRACT: The problems related to energy consumption and emissions of pollutants of the transport sector certainly represent a major concern at European level with regard to compliance with Kyoto Protocol and air pollution. One way to solve/minimize this problem is through the use of new technologies such as alternative fuels and alternatives propulsion modes. Hybrid vehicles (gasoline/electric) are one of the new technological options with an effective market penetration. The fact that they have an electrical engine along with an internal combustion engine as well as systems of energy use (such as the regenerative braking system), it is expected that the consumption of energy is lower. This Master Thesis research involved experimental measurements of energy consumption for a hybrid vehicle on a dynamometer and on-road. The performance of a hybrid vehicle through several speed profiles was performed as well as efficiency curves for several situations. The analyzed situations were: stop and go situations, roundabouts, speed profiles for three driving types (calm, average and aggressive) and a profile of a deceleration followed by an acceleration in order to simulate the circulation in the “Green Lane” of a pay toll. Numerical modeling was also performed with Copert 4 model in order to calculate the fuel consumption and CO2 emissions for several vehicles (including hybrids) with the same engine size, but with different ages. Finally, the comparison between the experimental results and the numerical modeling results was performed. The results obtained in the dynamometer for the average gasoline consumption are higher by 51.4% compared to on-road tests, and therefore also in terms of CO2 emissions produced by internal combustion engine, since the consumption of petrol are proportional to the quantity of CO2. There is a similarity between the results in from the road and numerical modeling (the average consumption of petrol in shaping numerical differ in relation to 11.4% from the trials on the road). When compared with average fuel consumptions for similar gasoline vehicles, Toyota Prius is particulary competitive in urban situations (speeds below 50 km/h).