DESARROLLO DE SISTEMA PARADA-ARRANQUE EN UN

DESARROLLO DE
SISTEMA PARADA-ARRANQUE EN UN VEHÍCULO
AUTOMÁTICO CON CONVERTIDOR DE PAR.
Autor: Ignacio Povo Martín.
Director: Miguel Ángel Pérez Salaverría.
Entidad Colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.
RESUMEN DEL PROYECTO
El cambio climático como resultado de nuestra actividad, es probablemente uno de los
mayores desafíos de nuestra sociedad en el siglo XXI. Por ello, este proyecto, tiene
como objeto aportar una solución eficiente al citado problema en el marco de la
automoción.
Se puede decir que un 16% del total de dióxido de carbono que el ser humano emite a
la atmósfera proviene del transporte por carretera.
A este respecto, los automóviles no son el mayor generador de CO2, pero su
aportación sí es un factor importante.
Cada vez más personas de países emergentes demandan una mayor y mejor
movilidad, el número de vehículos en el mundo día a día aumenta y por consiguiente,
las emisiones de gases de efecto invernadero.
Todo esto ha hecho que las empresas de automoción investiguen nuevas tecnologías
para reducir los consumos de combustible, ya sea nuevos combustibles como en
cuanto a eficiencia de los empelados actualmente (V.gr. biocombustible, el hidrógeno,
los vehículos eléctricos y los híbridos, etc.).
Por lo anteriormente expuesto este proyecto pretende desarrollar un sistema de parada
y auto-arranque a un vehículo dotado de caja de cambios automática con convertidor
de par cuya función será apagar el motor en las paradas, siempre y cuando se reúnan
una serie de condiciones que se enunciarán en el documento de referencia, y que
reanude la marcha cuando se suelte el pedal del freno.
Fase conceptual
Esta parte del proyecto consiste en la definición de los problemas ambientales que
existen actualmente en el ámbito mundial y se ofrecen datos sobre distintos tipos de
tecnología en las cajas de cambios de vehículos.
Este proyecto versa, en esencia, en la dificultad que presenta un sistema de cambio
automático con convertidor de par, en el momento de la parada y ulterior arranque del
motor. Esta dificultad es debida al elevado consumo de combustible, toda vez que en
el momento del arranque el motor debe arrastrar el convertidor de par y el tren
epicicloidal arrastrando a su vez, el o los ejes motrices.
Fase de definición
En dicho apartado, se hace un estudio de viabilidad de la producción en serie del
sistema de parada-arranque sobre la base de las ideas de la fase conceptual para,
posteriormente, determinar la competitividad del sistema en el entorno y observar la
mejor estrategia a seguir para desarrollarlo satisfactoriamente.
Por ello, se realiza un estudio de mercado, observando los aspectos políticos,
económicos, sociales y tecnológicos que están presentes en el panorama Europeo, y
más concretamente, en el Español. Además se aportan datos de ventas de vehículos de
diferentes segmentos y gamas.
Para finalizar este apartado, se desarrolla un estudio de las cinco fuerzas de Porter y
de la cadena de valor de una producción en serie de tal forma que se pueda encontrar
la mejor estrategia competitiva. Por último, se confecciona un análisis DAFO para ver
los puntos fuertes y débiles del análisis interno y externo.
Fase de diseño
Sobre lo analizado en apartados anteriores, el proyecto incluye una tabla de estados en
la cual se determina cuándo y cómo el sistema mandará al módulo de control la señal
para que éste apague el motor, si estaba encendido, o que lo encienda en caso
contario.
A continuación, se procede a determinar qué tipo de materiales serían necesarios
instalar para garantizar la seguridad tanto del conductor como del resto de los
componentes.
Como parte fundamental de los componentes se calcula la batería necesaria a partir de
la estimación del consumo de energía de un vehículo medio. Posteriormente, se
determinará el motor de arranque y el alternador, de tal forma que garantice un
arranque seguro. Por último se propondrá un módulo de control que gestione lo
anteriormente mencionado. Todo ello constituirá la base del sistema.
Una vez calculado, la base del sistema, se determinan qué sensores habrán de
emplearse para garantizar la calidad de arranque (sensor de estado de la batería y
convertidor DC/DC) y la seguridad del conductor (sensor de servofreno, de cinturón
de seguridad y de capó delantero).
Por último, se elegirá la válvula corredera que se deberá pedir modificada para que el
vehículo siempre arranque en Neutro y se determinará qué el tipo de aleación óptimo
es de Aluminio-Silicio 6082.
Para concluir con las instalaciones se plantea una estrategia de funcionamiento visual
en el display del cuadro de mandos para ayudar al conductor a detectar una avería y,
asimismo facilitar al servicio técnico una rápida determinación del fallo. En esta parte
se resume la gestión de energía de la batería.
Como punto final del apartado, se hace un estudio empírico de los gases de escape
que emite un vehículo en diferentes situaciones de recorrido (V.gr. ciudad, carretera y
mixto) a partir del: (i) consumo de combustible, (ii) número de paradas y (iii)
consumo en litros/hora que tiene un automóvil al ralentí.
Este estudio cuyo objetivo será estimar la reducción de emisiones y consumos de un
coche dotado del sistema y sin él consta de veinticinco pruebas.
Fase económica.
Como final del proyecto se presenta un estudio económico, basado en los precios de
los componentes y estimaciones realizadas respecto de las ventas producidas por los
vehículos que incorporan el sistema de parada-arranque.
Basado en las estimaciones anteriores, la hipótesis inicial de ventas es de 2200
unidades y el precio de venta al público es el mismo que sin el sistema. Sin embargo
un vehículo dotado del sistema se venderá un 5% y requiere una inversión inicial de
6.001.254,00 € para instalar en los 2200 vehículos los componentes necesarios el
primer año.
A partir de estos datos se ha hecho un estudio de los beneficios para ambos casos (con
y sin sistema) y se determina que a partir del 4º año los beneficio mejorar con el
sistema.
Para ver si la implantación del sistema es viable se calcula el VAN y el TIR de la
inversión del sistema sin incluir la fabricación conjunta del vehículo obteniendo un
VAN de 1.923.285,14 € y una TIR del 6,54%.
Madrid, Junio de 2010
Autor del Proyecto
Ignacio Povo Martín
DEVELOPMENT
OF
STOP-START
SYSTEM
IN
A
VEHICLE
WITH
AUTOMATIC TORQUE CONVERTER.
SUMMARY
Climate change as a result of our activity is probably one of the greatest challenges of
our society in the XXI century and this project aims to provide an efficient solution in
the framework of the automotive industry.
We can say that 16% of total carbon dioxide that humans emit into the atmosphere
comes from road transport.
Cars are not the biggest contributor to CO2 but its contribution itself is an important
factor. More and more people in emerging countries demand more and better
mobility, the number of vehicles in the world increases every day and consequently,
the emissions of greenhouse effect gases.
All this has made the automotive business research into new technologies to reduce
energy consumption both in terms of fuel efficiency and in terms of alternative fuel.
As an example we can mention the biofuel, hydrogen, electric vehicles, hybrids, etc.
For these reasons this project wants to develop a stop-start system in a vehicle
equipped with an automatic gearbox with torque converter whose function is to shut
down the engine under certain conditions and restarting it when you release the brake
pedal.
Conceptual phase:
This part of the project is a definition of environmental problems that currently exist
in the world and provides data on various types of technology in vehicle gearboxes.
This project focuses on the difficulty of a system with torque converter when the
driver stops and restarts the engine. This difficulty is due to the high consumption of
fuel because when the engine starts it has to drag the torque converter and the
epicycle
Phase of definition:
In this part we study the feasibility of stop-start system mass production supported by
the ideas of the conceptual phase to determine how competitive the environment is
and to observe the best strategy to develop the system successfully.
We carry out a market study, considering the political, economic, social and
technological developments that are present on the European scene and more
specifically in the Spanish one. It also provides data on vehicle sales segments and
ranges.
Next, it is provided a study of Porter five forces and value chain in mass production to
ensure a competitive strategy and drawing up the final SWOT analysis to see the
strengths and weaknesses of internal and external analysis.
Phase of design:
From the previous phases, a state project is presented in the project in order to
determine when and how the system control module will send the signal to turn off
the engine if it was turned on or to turn on if it was off.
Then, we proceed to determine what materials will be necessary to install to ensure
the safety of the driver and components.
Battery needed is calculated from the estimated power consumption of an average
vehicle. Subsequently it will be determined the starter motor and alternator in such a
way that ensures a safe start and set up a control module so that can manage what is
mentioned above.
Once the base of the system has been calculated we will determine which sensors will
be needed to ensure the quality of power (sensor battery status and DC / DC
convertor) and driver safety (brake booster sensor, safety belt and bonnet).
Finally, the slide valve will be made in an Aluminum-Silicon alloy in order to ensure
that the engine always starts in Neutral.
To conclude with the installations, a visual operational strategy in the display control
panel is proposed to help the driver to detect a fault and to provide technical service
with quick determination of the failure. This section summarizes the management of
battery power.
As a final point of this section, it is provided an empirical study of emission of
polluting gases from a vehicle in different situations (city, highway and mixed) from
fuel consumption, the number of stops and consumption in liters / hour that a car has
when it is idling. This study, which aims to estimate the reduction of emissions and
consumption of a car equipped with the system and without it, consists of twenty-five
tests.
Economic phase:
At end of the project we present an economic study based on component prices and
estimates of how sales would increase with the stop-start system.
The initial hypothesis of sales is 2200 units and the recommended retail price is the
same as the one without the system. However, a vehicle equipped with the system
will be sold 5% more and requires an initial investment of € 6,001,254.00 to
guarantee the installation of the components in 2200 units the first year.
From these data, we made a study of the benefits for both cases (with and without)
and determined that after the 4th year profit improves with the system.
To see if the implementation of the system is feasible it is calculated the NPV and
IRR of the investment of the system not including the joint production of the vehicle
and it is obtained a NPV of € 1,923,285.14 and an IRR of 6.54%.
Madrid, June 2010
Project Author
Ignacio Povo Martín.