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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-14012021-173304
Documento
Autor
Nome completo
Orlando de Salvo Junior
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Almeida Filho, Flavio Guilherme Vaz de (Presidente)
Almudi, Gabriela Scur
Borsari, Vanderlei
Ferreira, Janito Vaqueiro
Mello, Flávia Luciane Consoni de
Título em português
Medição on-board das emissões de CO2 por meio do consumo energético monitorado via unidade de controle de veículo flex.
Palavras-chave em português
Chassis
Dinamômetros
Efeito estufa
Emissões em Tráfego Real (RDE)
Etanol
Gases
Unidade de Controle do Motor (ECU)
Resumo em português
O uso de combustíveis fósseis tem significativa contribuição para o aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera. Em função da ampla participação do setor de transporte rodoviário nas mudanças climáticas, em diversos países as regulamentações têm atuado no sentido de estabelecer maior rigor para a melhoria de eficiência energética veicular e redução das emissões de CO2. Diante deste quadro, a indústria automobilística tem investido em novas tecnologias embarcadas como o downsizing e redução do atrito nos motores, bem como a ampliação do uso de turbo compressor, comando de válvulas variável e injeção direta de combustível. Com base neste cenário, este estudo tem por objetivo propor novo método para monitorar o consumo de combustível e emissões de CO2, de veículos leves flex-fuel. As medições foram feitas nos ciclos de ensaio americano e validado por meio rodagem real-world. A análise destes dados estabeleceu correlação entre consumo e emissão. Estes valores ficaram registrados da unidade de controle do motor de forma a gerar inventário on-board de carbono fóssil e renovável. Para atingir este objetivo, a primeira fase de testes levantou valores de consumo de combustível, por meio de ciclo de testes baseado na faixa de torque máximo do motor do veículo de teste com rotações estabilizadas. O valor da vazão de combustível foi calculado conforme a largura do pulso do injetor e corrigido conforme o fluxo de ar no coletor de admissão. O sensor de etanol utilizado permitiu separar cada elemento do combustível: gasolina, etanol e água. Os ensaios para a validação do método foram feitos por medição em laboratório de emissões e em rodagem por meio de sistema portátil de medição das emissões (PEMS - portable emissions measurement system). Os valores de consumo foram comparados entre os ciclos e entre os combustíveis. Estas relações permitiram minimizar os efeitos da calibração acadêmica da unidade de controle eletrônica (ECU) utilizada bem como identificar desvio em algum dos ensaios. Alguns valores dos resultados deste estudo indicaram, por meio do monitoramento da ECU, no ciclo de rodagem urbano com gasolina, um consumo de 81,0 g/km de massa de combustível, sendo 57,60 g/km de gasolina consumida e 23,40 g/km de etanol. No ciclo urbano usando etanol, a gasolina residual no tanque representou somente 3,22 g/km, para uma massa de 103,34 g/km de etanol e 7,08 g/km era água. Estes resultados indicaram a quantidade de gasolina e etanol consumidos nos testes realizados neste estudo. Esse método permitiu fazer a gravação onboard do combustível consumo e assim indicar o valor de CO2 emitido o que viabiliza possibilidades de inventário de GEE por meio do próprio veículo e a fonte desta emissão, fóssil ou renovável. O objetivo proposto foi atingido e abre caminho para mais investigações sobre o inventário de o CO2 emitido. Desta forma as políticas públicas terão subsídios para a tomada de decisão e assim direcionem recursos nas áreas com demanda por melhoria nas tecnologias e métodos aplicados nos automóveis visando reduzir o impacto ambiental.
Título em inglês
On-board measurement of CO2 emissions by means of energy consumption monitored via control unit of flex vehicle.
Palavras-chave em inglês
Chassis dynamometer
Engine Control Unit (ECU)
Ethanol
Greenhouse gases (GHG)
Real Driving Emissions (RDE)
Resumo em inglês
The use of fossil fuels has significant contribution to the increase of greenhouse gases (GHG) concentration in atmosphere. Due to the broad share of road transport sector on climate change, the regulation has worked in several countries to establish riser rigor on vehicle energy efficiency improvement and reduction of CO2 emissions. Facing this frame, the auto industry has invested in new technologies such as engine downsizing and low friction engine, as well as the diffusion of turbocharger, variable valve timing (VVT) and direct fuel injection. Based on to this scenario, this study aims to propose a new method for monitoring the fuel consumption and CO2 emissions of light-duty flex-fuel vehicles. The measurements were based on the American cycle tests and validated with real-world driving. The data analysis aims to establish correlation between fuel consumption and emissions. These values were recorded at engine control unit parameters to create the on-board inventory of fossil and renewable. To achieve this objective, the first phase of tests surveyed fuel consumption values by means of a test cycle based on the highest torque range of the engine of vehicle with stabilized rotation. The fuel flow value was calculated according to injector pulse width and corrected according to the air flow in the intake manifold. The ethanol sensor used allowed to separate each fuel element: gasoline, ethanol and water. Tests for method validation were made by measurement in the emissions laboratory and running through portable emissions measurement system (PEMS). The consumption values were compared between cycles and between fuels. These relations allowed to minimize the effects of the academic electronic control unit (ECU) calibration as well as to identify deviation in some of the tests. Some values of the results of this study indicated, through the monitoring of the ECU, a consumption of 81.0 g/km of fuel mass in the urban cycle with gasoline, being 57.60 g/km of gasoline consumed and the remaining 23.40 g/km of ethanol. In the urban cycle using ethanol, the residual gasoline in the tank represented only 3.22 g/km, for a mass of 103.34 g/km of ethanol and 7.08 g/km was water. These results indicated the amount of gasoline and ethanol consumed in the tests conducted in this study. This method allows onboard recording of fuel consumption and thus indicate the value of CO2 emitted which makes it possible to inventory GHG through own vehicles and the source of emission, fossil or renewable. The proposed objective was achieved and opens paths for further investigations about inventory of emitted CO2. Therefore, the public policies will have subsidies for taking decision and thus drive resources in areas with demand for improvement in technologies and methods applied at vehicles to reduce environmental impact.
 
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Data de Publicação
2021-01-20
 
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