Economizando combustível por meio da recuperação de calor perdido

A MAHLE desenvolveu uma solução para aumentar a eficiência do motor de combustão em veículos comerciais. Esta solução abre mais possibilidades. Mais maneiras de atender às emissões legais - regulamentações. Mais maneiras de melhorar o transporte usando as tecnologias existentes. A MAHLE é a primeira a conseguir combinar todas essas possibilidades em uma caixa compacta: usando um sistema de recuperação de calor perdido (WHR). Agora é a hora de explorar o imenso potencial que reside no uso do calor dos gases de escape dos motores de combustão. Damos uma olhada em uma tecnologia muito especial que está dando uma grande contribuição para a proteção do clima.

30 porcento

é a redução das emissões de CO2 exigida pela UE até 2030 para os veículos comerciais pesados das classes 4, 5, 9 e 10 da UE.

3.8 milhões

é o número esperado de veículos comerciais a serem registrados em todo o mundo em 2030.

80 porcento

de veículos comerciais ainda será equipado com um motor de combustão em 2030.

HANNES MARLOK; WHR project manager - Working beyond the limits of their individual locations, the Berlin and Stuttgart teams join forces to drive forward the WHR system.

O que motores diesel e MAHLE têm em comum? Ambos são histórias de sucesso. E ambos estão estabelecidos no mercado há muito tempo. A MAHLE está envolvida na tecnologia de motores de combustão desde o início. Então, se alguém sabe que a tecnologia ainda tem um potencial inexplorado, é a MAHLE. Enquanto a chamada por reduções de CO2 gerou um debate às vezes tendencioso sobre o motor de combustão interna e trouxe tecnologias locais de transmissão com emissão zero para o primeiro plano, a MAHLE continuou seu desenvolvimento em todas as direções. E ao fazer isso, descobrimos uma maneira de reduzir o CO2 agora - usando tecnologia especial. Afinal, o motor de combustão continuará a ser uma parte indispensável do mix diversificado de acionamentos no futuro. Especialmente em rotas de longa distância no segmento de veículos comerciais - até bem depois de 2030. Além das tecnologias de motorização híbridas e puramente elétricas, as inovações no motor de combustão também desempenham um papel fundamental na redução geral de CO2.

A recuperação de calor perdido (WHR) tem o potencial de reduzir as emissões de CO2 hoje - não em um futuro distante.

Voltastraße, Berlim / Alemanha. O nome "MAHLE" está impresso em letras grandes no caminhão que está entrando no pátio de nossa unidade em Berlim nesta fria manhã de dezembro. Neste dia em particular, a rua que leva o nome do inventor da bateria elétrica —Alessandro Volta - atua como um precursor. Hoje, estamos nos concentrando no motor de combustão e falando sobre energia elétrica ao mesmo tempo. Quando o caminhão termina de virar e para, uma caixa vermelha brilha por baixo da estrutura do veículo, diretamente atrás da cabine do motorista. Ele traz as palavras "Boost Box". Essa caixa é uma fonte de energia, pois abriga um sistema de recuperação de calor perdido que converte o calor do fluxo de exaustão em energia elétrica.

“A tecnologia não é desconhecida”, começa Hannes Marlok, gerente de projeto da equipe WHR. “Mas ninguém antes de nós jamais conseguiu deixar tudo pronto para a produção em série.” A MAHLE embalou “tudo” em uma caixa compacta com apenas 55 centímetros de largura e desenvolveu um sistema perfeitamente coordenado, abrindo caminho para a produção em série. “Mas há ainda mais por vir no futuro, porque a próxima geração da Boost Box será muito menor do que isso”, diz Marlok com um sorriso. A caixa parece simples. Mas está claro pelas expressões nos rostos dos membros da equipe WHR que se reuniram no pátio em Berlim que algo realmente especial foi alcançado aqui. “A caixa de recuperação de calor perdido reduz o consumo de combustível em até 5 por cento, reduzindo assim também o CO2”, explica Michael Hötger, Diretor Executivo da MAHLE em Berlim.

A tecnologia é bem conhecida, mas a MAHLE é a primeira a realmente colocá-la em funcionamento. A razão é simples. “Nenhum fabricante quer correr o risco de mudar toda a estrutura do veículo, porque isso custa dinheiro e exige tempo e esforço. Mas nós eliminamos esse risco com nossa caixa. Agora a tecnologia é fácil para qualquer pessoa testar sem grandes esforços de design ”, explica Michael Hötger.

Cálculos de CO2

Os veículos com exaustores são ruins? E os sem exaustão bons? Se você deseja comparar as diferentes tecnologias de trem de força, precisa examiná-las de vários ângulos para avaliar seu potencial.

1. Do tanque para a roda

Esta análise leva em consideração apenas o CO2 emitido por um veículo durante o uso. O potencial dos combustíveis renováveis, por exemplo, não é coberto, nem são quaisquer emissões de CO2 produzidas durante a geração de eletricidade - não neutro em tecnologia devido à escolha dos parâmetros de avaliação.

2. Do poço à roda

Além da perspectiva tanque-roda, esse cálculo também leva em consideração o CO2 emitido na produção do combustível ou da eletricidade. Essa abordagem vai de alguma forma em direção à neutralidade tecnológica, uma vez que registra o potencial dos combustíveis renováveis, bem como qualquer CO2 emitido como parte da geração de eletricidade.

3. do berço ao túmulo

Esta análise das emissões de CO2 vai um passo além do descrito no ponto dois. Inclui também a produção do veículo e seu descarte no final de seu ciclo de vida. É o tipo de cálculo mais complexo, mas devido à sua abordagem holística é também o que oferece o maior grau de neutralidade tecnológica.

A neutralidade tecnológica é importante quando se trata de esclarecer as melhores soluções tecnológicas do ponto de vista ambiental e econômico. Com uma avaliação de tecnologia neutra, diferentes propulsores permanecerão no mercado, mesmo se os limites de CO2 se tornarem mais rígidos, e o cliente poderá escolher a solução tecnológica que melhor se adapta ao seu objetivo principal.

Não perguntamos: deve ser diesel ou não? Mas: Como podemos reduzir o CO2?
Michael Hötger
Diretor Administrativo na filial da MAHLE em Berlim

Componentes da caixa de recuperação de calor perdido (WHR)

Estamos nos concentrando exatamente no que é importante para o meio ambiente: eficiência.
Michael Bucher
Especialista em produtos na equipe WHR

Fico feliz por fazer parte de uma unidade de desenvolvimento diversificada e dinâmica, na qual cada membro da equipe pode contribuir com seus próprios pontos fortes.

»Estamos nos concentrando exatamente no que é importante para o meio ambiente: eficiência.«

Porque mesmo durante a fase de pré-desenvolvimento em Berlim, a equipe de 25 pessoas sempre teve uma coisa em mente: as necessidades do cliente. Então, a equipe também sabe o que importa no final do dia: “É importante que o caminhão se mantenha na estrada. É apenas ficando na estrada que ele ganha dinheiro para seu dono. A caixa WHR é relativamente simples de integrar na estrutura do veículo.”

A MAHLE foca no cliente e nas necessidades do cliente. É uma máxima simples e, ao mesmo tempo, uma grande reivindicação, que requer constantemente um novo pensamento. Michael Hötger se lembra de uma dessas instâncias em um estágio intermediário do projeto: “Houve um momento em que percebemos que, sim, temos todos os componentes, mas agora precisamos de uma abordagem totalmente nova. Tivemos que pensar novamente e deixar de fora tudo o que não precisávamos. E empacotamos toda a tecnologia em uma caixa.” Como resultado, todos os componentes individuais da MAHLE foram reunidos para formar um sistema integrado e coordenado de maneira ideal, que funciona perfeitamente dentro de uma caixa.

Pegue um caminhão e uma caixa. E então podemos começar. “Tudo o que precisamos é desperdiçar calor de 150 graus ou mais para que o sistema WHR funcione. Em apenas um ano e meio a dois anos - um curto espaço de tempo quando você pensa sobre o futuro - a caixa WHR já se pagou. Para o fabricante. Para o despachante. E, acima de tudo, pelo meio ambiente”. Hannes Marlok traduz isso em uma ilustração tangível:

“O sistema economiza 6 toneladas de CO2 por caminhão, por ano. Isso equivale à produção de CO2 de 0,6 pessoas ou pouco menos de quatro carros de passageiros com uma quilometragem média. Se você pensar em quantos quilômetros um veículo como esse cobre e quanto combustível ele consome, 5 por cento é um grande potencial”.

A caixa de WHR da MAHLE atraiu muito interesse no IAA 2018. “O feedback do cliente mostra que temos um bom produto - um que o mercado estava esperando”, disse Michael Bucher, especialista em produtos da equipe de WHR. “Um de nossos clientes agora até quer construir ele mesmo a caixa. Então, ele nos liga, procurando peças. Perguntamos quais componentes ele quer que forneçamos, ele ri e diz: ‘Todos eles!’”

No exato momento em que um vento forte sopra ao redor do caminhão no pátio em Berlim, outra caixa WHR está na estrada na China para um teste inicial com um cliente. Quando se trata de produção em série, a MAHLE trabalhará como uma em todas as áreas de negócios, locais e fronteiras nacionais. Todo o trabalho árduo valeu a pena, e a equipe está satisfeita com o feedback positivo que a caixa WHR está recebendo. Hannes Marlok acrescenta: “Ainda não sabemos como serão os trens de força do futuro em nossas ruas. Mas na MAHLE, estamos prontos. E, acima de tudo, estamos abertos às possibilidades tecnológicas que permitirão um futuro com mobilidade neutra em CO2.”

E não vamos esquecer ...

... todas as muitas outras soluções de produtos, projetos e iniciativas que entregamos, iniciamos e impulsionamos em 2018. Aqui estão alguns destaques.

O MÓDULO DE GESTÃO DE ÓLEO DA MAHLE

Nosso módulo de gerenciamento de óleo para veículos com acionamentos elétricos permite o resfriamento de vários componentes: o motor de acionamento elétrico, a ransmissão ou bateria resfriada a óleo e até mesmo a eletrônica de potência. Outras vantagens são obtidas ao integrar vários componentes individuais em um módulo compacto: redução de peso, menor perda de pressão, redução de interfaces e, portanto, esforço de montagem em comparação com os componentes individuais, uso ideal do espaço de instalação e gerenciamento térmico otimizado.

O SISTEMA DE TREM DE VÁLVULA VARIÁVEL

Para otimizar ainda mais a eficiência do motor de combustão em veículos comerciais, a MAHLE desenvolveu um Shifting Roller System que permite que os tempos das válvulas do motor sejam ajustados para atender aos requisitos das diferentes condições de operação do motor. Com esse sistema, a MAHLE integra funções cruciais, como frenagem do motor, ao trem de válvulas, possibilitando modos de operação altamente eficientes como o ciclo Miller / Atkinson e permitindo o gerenciamento da temperatura dos gases de escape. Sob certas circunstâncias, a tecnologia elimina a necessidade de retardadores caros para serem usados ​​como freios de serviço, ao mesmo tempo que diminui o consumo de combustível e otimiza o pós-tratamento dos gases de escape, o que, por sua vez, resulta em emissões mais baixas.

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