Il precedente post è stato incentrato principalmente nell’evidenziare come i motori a combustione interna, spesso amati od odiati, non presentano dei veri rivali in grado di detronizzarli dall’impiego per il quale oggi sono famosi, ovvero la propulsione dei veicoli terrestri, ma questa assenza di avversari non giustificherebbe assolutamente una mancanza di innovazione in essi, infatti per potere rispettare le sempre più stringenti norme anti inquinamento i motori si sono fortemente evoluti (anche se rimasti invariati nei principi base), e frutto dell’evoluzione dovuta ai limiti delle normative sono stati sviluppati ed introdotti sistemi sempre più sofisticati di trattamento dei gas di scarico oltre che miglioramenti interni al motore volti ad aumentarne l’efficienza.
L’iniezione elettronica, il sistema common rail, lo sviluppo dei turbocompressori, così come lo sviluppo dei materiali sono tutti passi di un percorso che ha migliorato i motori senza però rendere tali miglioramenti visibili, ma alcune soluzioni si presentano all’orizzonte (mentre qualcuna ha già avuto delle applicazioni concrete), e queste saranno l’argomento dei prossimi post.
Quest’oggi andiamo ad esaminare come procede lo sviluppo dei motori a combustione interna e quali sono le soluzioni che al momento rappresentano ancora una ricerca “di frontiera” ma che presentano delle potenzialità per venire impiegate in un futuro prossimo.
SPARK IGNITION E COMPRESSION IGNITION – DUE STRADE CHE CONVERGONO
Come esposto nei vari post, i motori attualmente sono di due tipi, ad Accensione Comandata (comunemente conosciuti come motori a ciclo Otto od impropriamente “benzina”) e ad accensione spontanea (i classici Diesel), ed impiegando la nomenclatura anglosassone li si indica con Spark Ignition (SI) e Compression Ignition (CI).
I motori SI sono caratterizzati da basse emissioni (in particolare mediante l’impiego del catalizzatore a 3 vie) ma risentono di un certo decadimento del rendimento ai carichi parziali.
I motori CI presentano valori di rendimento più elevati dei motori SI, ed inoltre non sono caratterizzati dalle forti penalizzazioni in termini di rendimento ai carichi parziali tipiche dei motori SI, ma sono d’altra parte affetti da emissioni sensibilmente elevate, in particolare di NOx e particolato (soot).
Ragionando separatamente sulle due tipologie di motori è evidente come si debba cercare di risolvere i rispettivi problemi intervenendo sulle cause che li originano, ma purtroppo un miglioramento sensibile è possibile solo a costo di sistemi particolarmente complessi e costosi (soluzioni che mirino ad eliminare la valvola a farfalla nei SI e sistemi di post trattamento sofisticati, come ad esempio sistemi DeNOx oltre che FAP e DPF sui CI).
Alcuni ricercatori hanno cercato di “mettere insieme” le caratteristiche positive dei singoli motori eliminando tramite questa unione le caratteristiche negative, e per fare tutto ciò hanno sviluppato differenti concetti di combustione, in particolare la soluzione denominata HCCI (Homogenous Charge Compresion Ignition).
La soluzione HCCI consiste nel generare una miscela omogenea tra combustibile ed aria, analogamente a quanto avviene nei motori SI, ed avere la combustione della stessa attraverso la compressione, analogamente ai motori CI.
In questo modo la combustione interessa la miscela nella sua interezza senza svilupparsi attraverso la propagazione del fronte di fiamma (SI) e senza presentare una combustione di tipo diffusivo (CI).
In tale modo si ottengono risultati in termini di emissioni eccellenti, con bassissimi livelli di NOx e di soot, ma la combustione “istantanea” che avviene nella miscela genera dei picchi di pressione e sollecitazioni meccaniche difficilmente sopportabili per il motore al di sopra di carichi medio bassi.
Il combustibile utilizzato è generalmente alto ottanico, ovvero benzine e simili.
Oltre alle problematiche relative alle sollecitazioni, i motori HCCI sono caratterizzati da una certa difficoltà nel controllare la combustione, fattore che rende difficile una corretta gestione del motore.
Nella seguente immagine viene mostrata una sequenza di fotogrammi relative allo sviluppo della combustione in un motore SI, dove risulta evidente la propagazione di fiamme turbolente:
La combustione in un motore CI è invece rappresentata nella seguente sequenza:
Si può notare come nel caso dei motori SI la combustione si sviluppi da un punto e si sviluppi sino alle pareti della camera di combustione, mentre nel CI la combustione dapprima si origini in diversi punti e poi proceda con il procedere dell’iniezione.
Una sequenza di immagini relative alla soluzione HCCI è la seguente:
Si può notare come la combustione si origini grossomodo nell’intera miscela e si sviluppi rapidamente, con una durata di soli 10 gradi di rotazione dell’albero motore.
La soluzione HCCI è stata pertanto impiegata in una versione “ibrida”, ovvero impiegando un motore operante in HCCI ai bassi carichi e capace di cambiare il funzionamento in SI al superamento di un certo carico, e per ottenere ciò il motore è stato dotato di rapporto di compressione variabile in modo da adeguarsi alle diverse esigenze.
Tra le soluzioni presentate dalle case automobilistiche si ricordano i prototipi della General Motors e della Mercedes (in particolare quest’ultima battezzata con il nome DiesOtto, nome rappresentativo del punto di convergenza tra motore Diesel ed Otto), mostrata nelle seguenti immagini:
Il percorso per giungere alla soluzione HCCI non è stato breve, le ricerche partono infatti alla fine degli anni ’70 (i primi lavori risalgono al 1979) con riferimento ad applicazioni per motori 2 tempi, con studi che hanno spaziato anche su applicazioni per automobili (sempre nel 1979).
La ricerca ha cercato di superare i limiti caratteristici della soluzione HCCI, proponendo alcune soluzioni che saranno oggetto del prossimo post, pertanto l’invito è di seguirci costantemente, sempre su AppuntiDigitali, sempre sulla rubrica Energia e Futuro.
interessantissimo!
ma c’è qualche prototipo che potrebbe essere messo in produzione?
ho cercato info..
il maggior problema sta nel controllo del tempo d’inizio della combustione. per controllarlo, una delle cose più importanti da fare sembra sia quella di calibrare accuratamente il rapporto di volumi aria/benzina.
quindi, come si fa ad accelerare? =/
@ v1
La produzione è piuttosto problematica proprio per i problemi da risolvere… senza dimenticare che anche il momento di switch tra HCCI e SI è problematico in quanto comporta una riduzione del rapporto di compressione (e quindi un movimento della testa) e pertanto gestire “la zona intermedia” tra le due modalità è un vero problema.
In realtà HCCI ha fallito, perché funziona solo parzialmente (bassi carichi)… ciò non toglie che lo si possa usare, ma la ricerca tra le altre cose si è anche spinta a trovare alternative… e ne parleremo…
ma non si potrebbe usare questo motore a basso carico ed utilizzare una trasmissione elettrica anzichè idraulica?
@ orzo
Non capisco a cosa ti riferisci con “trasmissione idraulica”
Complimenti per l’articolo,davvero interessante!
Non pensavo che esistesse questo tipo di tecnologia,sapevo che era possibile utilizzare il metano nei motori a ciclo Diesel ,utilizzano appunto il diesel in piccole quantità per accendere il metano, questa tecnica si usa, se non sbaglio, sui motori degli autobus (opportunamente modificati) che sono di grande cilindrata e che girano a bassi regimi. Il DiesOtto è una soluzione che impone delle scelte tecniche a mio avviso troppo complicate, e pertanto resterà un puro esercizio di stile, anche se l’idea di variare la geometria del pistone con un sistema idraulico per aumentare/ridurre il rapporto di compressione è geniale. Il problema avviene quando la benzina o il metano detonano invece che bruciare, l’idea di “controllare” l’esplosione ai bassi regimi,per poi passare al ciclo Otto dopo un certo numero di giri riducendo la compressione e innescando la miscela man mano che il numero di giri aumenta si traduce: coppia spaventosa e potenze elevate. Gestire l’esplosione però è difficile ed è possibile esclusivamente ad un basso numero di giri, regolare il rapporto di compressione al variare del numero di giri poi è ancora più complesso,comunque si può fare, avendo i materiali giusti che sopportano le sollecitazioni e riuscendo a gestire la fase intermedia,tralasciando il costo di una simile soluzione “dinamica”.
Comunque a me piacciono le soluzioni semplici. Più complesso diventa un motore più difficile diviene la sua manutenzione/riparazione, già oggigiorno ci troviamo macchine il cui vano motore sembra un nodo gordiano difficile da sciogliere anche dai seppur bravi meccanici. E’ vero che la qualità costruttiva è migliorata drasticamente negli ultimi anni, limitando gli interventi di manutenzione, spesso basta eseguire i regolari tagliandi che la vita del motore ,nei migliori dei casi, supera la vita stessa dell’autoveicolo ,discorso che però non risulta valido per la vita media dei vari sistemi di trattamento dei gas esausti: catalizzatori, antiparticolato,anche una semplice valvola egr, in quanto si degradano molto prima della vita utile del motore stesso ,oggigiorno stimata intorno ai 250.000 Km. In nessun caso viene prevista la sostituzione di questi sistemi anti inquinamento in quanto il loro costo eccessivo farebbe propendere per l’acquisto di un veicolo nuovo. Per assurdo si utilizzano motori che consumano di più a causa dell’effetto “tappo” dovuto a questi sistemi per trattare i gas di scarico, e si inquina proporzionalmente perché gli stessi diventano inefficienti degradandosi man mano che si utilizzano. Ora in funzione di quanti km percorre un automezzo si evince il sostanziale degrado dei catalizzatori e dpf, infatti i valori dei gas rilevati alla marmitta a 0 Km sono molto diversi da quelli rilevati a 70.000 km , del resto basta un piccolo travaso di olio nella camera di combustione per danneggiare i catalizzatori, e non è poi così difficile, basta una breve accelerata a freddo, idem per il filtro antiparticolato anche se si rigenera da solo, si intasa poco alla volta trattenendo sempre meno il particolato. In mia opinione bisogna smettere di usare l’alimentazione benzina/diesel in favore dei gas naturali, rendendo il motore il più semplice possibile.
Secondo me è estremamente costruttivo discutere di queste tematiche soprattutto quando c’è un esperto del settore come Simone Serra, che ci può aiutare a comprendere i vari punti di vista delle varie tecnologie costruttive,dei loro pro e contro. Comunque alla fine degli articoli tecnici mi piacerebbe leggere anche il pensiero personale dell’autore, so che spesso il proprio punto di vista si va a scontrare con il pensiero delle altre persone generando spesso e volentieri flame prolissi ed inutili ,però è altrettanto vero che esporre la propria opinione maturata dalla conoscenza e dall’esperienza da un valore aggiunto al dibattito creando nuove basi per apprendere.
@Simone Serra/@orzo
probabilmente orzo ha inteso che questo motore ha un convertitore di coppia idraulico, e riteneva piu’ idoneo l’uso di un motore elettrico, ossia un ibrido plug-in.
in effetti orzo (permettimi di risponderti), il futoro e’ propriamente l’ibrido plug-in, perche’ elimina essenzialmente il problema.
con un ibrido plug-in il motore endotermico produce energia elettrica, che viene messa in una batteria buffer ed utilizzata a proprio piacimento, in modo disgiunto dalla produzione.
a questo punto e’ piu’ utile produrre l’energia nel miglior rendimento possibile dato dal motore endotermico, e visto che qualunque configurazione si adotti il motore endotermico ha un solo arco di erogazione a miglior rendimento, conviene semplificare il tutto utilizzando generatori a regime fisso ed ottimizzandone il rendimento.
il problema e’ che per produrre la giusta quantita’ di energia per ottenere decenti prestazioni (comparabili a quelle che siamo abituati con un motore endotermico) si deve ricorrere comunque a motori di cubatura elevata (100KW son sempre tanti), e la variabilita’ del carico inciderebbe comunque sul rendimento.
la soluzione e’ sufficentemente semplice: dei generatori monocilindrici di piccola cubatura in numero sufficente ad ottenere le prestazioni che si vogliono; mono da 5KW sono decisamente facili da costruire in modo compatto, fare un cluster di questi minigeneratori per arrivare a 100KW non e’ complicato; sistemarli nel corpo vettura nemmeno, visto che sono compatti e che comunque sono disgiunti dalla motricita’ del veicolo (anzi, sarebbe anche una buona soluzione per il bilanciamento dei pesi…).
ecco che se giro in citta’ mi servono meno di 3 minigeneratori, se vado in autostrada me ne serviranno 10, e se devo ricaricare rapidamente il buffer batteria ne posso dedicare una parte alla carica ed una alla trazione.
e’ solo la gestione che comporta un’attenta ricerca.
il tutto con il miglior rendimento totale possibile, perche’ usero’ i generatori solamente a pieno carico e nel renge di rendimento migliore.
usando questa tipologia costruttiva un HCCI non ha assolutamente senso di esistere.
@ lucusta
i primi due paragrafi del tuo commento sono intelligenti.
Il resto è follia.
Tu vorresti generare 100 kW con 20 (VENTI) generatori da 5 KW?
Ma lo sai quanto spazio occupano? Quanto pesano?
Per ogni cilindro dovresti replicare tutti gli apparati ausiliari ( alimentazione, accenzione,lubrificazione, raffreddamento, supporti)
Senza contare che usare 20 cilindri per generare 100kw sarebbe una follia anche con un blocco unico
100kw si generano con un 3-4 cilindri da 100kw ( cilindrata dai 1400 ai 2000cc a seconda di volerlo fare aspirato o turbo). Poi se lo usi come generatore la variabilità del carico non c’è. Al max si possono prevedere due distinti regimi di funzionamento ( soluzione adottata da lotus per il suo range extender)
Giusto per farti un’idea questo eroga 2.2kw continui e pesa 45 Kg:
http://www.veicolimarket.it/generatore_farmer_fag2500_C4990.html
ottima critica, francesco, ma quello da te linkato e’ un normale generatore con stabilizzatore di corrente a 220v…
nello specifico quel generatore non e’ assolutamente concepito per lavorare in “mobilita’”, quindi i parametri “peso” e “volume occupato” non sono presi in considerazione e, oltretutto, il principio base e’ l’estrema economicita’ e semplicita’ costruttiva, che non sempre va’ a braccetto con l’economia di esercizio e semplicita’ di funzionamento (usa un mono 4 TEMPI OHV, probabilmente 2 valvole ad aste e bilancieri… praticamente la concezione del motore del mio cinquino d’annata!); per il produttore di tale generatore e’ forse piu’ semplice rifornirsi da altri per il motore endotermico, guardando essenzialmente il consumo orario, ma nulla ti dice che quel motore abbia un rendimento realmente ottimale… anzi.
tecnicamente potresti fare un generatore da 5KW grande la meta’ di una scatola di scarpe, se concepito per tale scopo.
gli ausiliari?
e’ la concezione di cluster che viene chiamata in causa:
circuito di raffreddamento: unico a cui allacciare i singoli generatori (in finale e’ una pompa, che puo’ essere elettrica, un radiatore e una conduttura…);
alimentazione: essendo un motore a carico fisso la miscelazione e’ rigorosamente fissa, quindi un condotto di aspirazione ed una vaporizzazione unica e’ piu’ che sufficente (PS: non c’e’ regolazione da parte di una farfalla, in quanto e’ a carico fisso.
il miglior modo per costruirlo e’, tra’ l’altro, concepirlo 2T, perche appunto essendo a carico fisso e a regime costante puoi regolare i diagrammi in modo da renderlo praticamente piu’ pulito di un euro5.
il range extender lotus e’ degnamente sfruttabile, ma non e’ il massimo che si possa ottenere…
l’ideale sono microgeneratori a turbina, ma li vedrei piu’ su l’ibridazione di mezzi pesanti, piu’ che sulle auto, in quanto la variabilita’ di risorse richieste da un veicolo civile e’ decisamente piu’ variegata rispetto a quella di un TIR, e le turbine si adattano poco ad un avvio ed uno spegnimento rapido…
stiamo parlando di porenza a quanti definiti, variabile in modo rapido.
il fatto e’ che e’ letteralmente la concezione della struttura del veicolo che dovrebbe essere cambiata, e molte volte questo non conviene ai costruttori che hanno gia’ tecniche e tecnologie da dover sfruttare ed ammortizzare (ad esempio questi generatori potrebbero essere interposti tra’ due strati del pianale, quindi a questo punto converrebbe ritornare al telaio a travi e non a scocca autoportante, valorizzando uno degli aspetti della vecchia tecnologia, ossia che con un telaio potevi fare qualsiasi modello volevi e non solo uno, massimizzando il concetto di catena di montaggio e produzione di massa senza vincolarti ad un esclusivo modello).
insomma, staremmo qui a parlare per anni…
fatto sta’ che gli HCCI sono praticamente inutili, oggi.
@locusta
“tecnicamente potresti fare un generatore da 5KW grande la meta’ di una scatola di scarpe, se concepito per tale scopo.”
mi sa proprio di no…in una scatola di scarpe non ci entra nemmeno l’alternatore da 5kw
ovviamente quello che ho postato è giusto un esempio e non è il meglio che si possa fare, ma non si cambia di ordini di grandezza ( che è quello che servirebbe).
e cmq resta il fatto che aumentare a dismisura il numero di cilindri fa aumentare gli attriti, e che per cilindrate troppo piccole il rendimento cala.
Stessa cosa per le microturbine. Hanno potenze specifiche molto alte, ma bassi rendimenti.
@ smoke.kills
Sollevi delle questioni importanti, ma purtroppo la discussione sull’uso del gas impone lo studio di certi problemi.
Di fatto il gas viene impiegato in diversi mezzi, sia in motori SI che in motori Diesel (utilizzando però un certo quantitativo di iniziatore di combustione, ovvero qualcosa che bruci facilmente con la compressione, magari del diesel stesso)… di fatto si crea il problema delle percentuali, ed in base a questi il funzionamento è più o meno rude… mentre nel SI questo non avviene, però si hanno i limiti tipici dei motori SI appunto, ovvero minori rendimenti e produzione delle specie inquinanti tipiche dei benzina, e pertanto impiego di catalizzatori con la necessità di operare stechiometrici… proprio stamattina ne parlavo con un collega esperto di motori a gas e discutevamo un po’ di queste cose… e molti studi sono progetti europei proprio perché sul gas c’è un certo interesse…
Personalmente sto lavorando sui Diesel ed ho fatto degli studi su motori PPC alimentati a benzina, ma ne parleremo in seguito per chiarire bene di cosa si tratta…. anche se anticipo che si tratta di una evoluzione di HCCI impiegando quindi l’accensione spontanea, pertanto usando motori di base Diesel, ed i combustibili utilizzati possono essere gasolio (o per usare la nomenclatura anglosassone “Diesel”) o benzina (“gasoline”)… io lavorai con il benzina mentre ora stiamo studiando qualcosa di diverso (ma sempre correlato all’idea fondante del PPC) con il gasolio…
@ lucusta
La soluzione “modulare” + ibrido se da un punto di vista “concettuale” è stimolante, dall’altro si scontra con una marea di difficoltà di ordine pratico… si può fare tutto ma posso assicurare che passare da un concetto alla sperimentazione è complesso, fare il gradino successivo dalla sperimentazione alla produzione c’è un abisso… sicuramente la soluzione ibrida si svilupperà notevolmente, ma su quale soluzione in termini di funzionamento dei due motori termico ed elettrico non saprei dire, di sicuro le troppe complicazioni non sono mai gradite… perché alla fine di tutto vale sempre la regola che più una cosa è complicata più è facile che si rompa… e più costa tenerla in ordine o ripararla…
Aggiungo solo una cosa in gran parte OT (ma non troppo!)…
Non conosco l’età dei lettori e le rispettive attività… però ovviamente questi post (ed invito chi non conoscesse la rubrica a leggere anche quelli vecchi) se da una parte mirano a stimolare lo spirito critico, dall’altra vogliono anche invogliare le persone alla cultura scientifica e magari cercare di appassionare i giovani alla ricerca… ricordando che (e spero che si eviti qualunque commento di natura politica perché sarebbe comunque fuori luogo) cimentarsi in queste attività non è impossibile, serve solo tantissima passione e spirito di sacrificio… e questa è un po’ la mia esperienza personale (in fin dei conti di me potete leggere nel profilo “Autori”)…
in un motogeneratore del genere non metti di certo un alternatore normale da auto; puoi ottenere rendimenti ottimali di conversione da alternatori realmente piccoli, non credere.
Per quanto riguarda gli atriti generati da tanti piccoli cilindri rispetto a pochi e grossi cilindri, il fattore 500 (500cc a corsa lunga, cilindrata unitaria reputata con il miglior rapporto cubatura/atriti) si riferisce propriamente ad un motore endotermico SI 4T di concezione automobilistica (nei CI 4T e nelle varianti turbo e aspirato questo indice non e’ piu’ considerato ottimale), ma nessuno ti vieta di elaborare altri concetti meccanici che siano ugualmente validi; ad esempio i motori endotermici a rendimento maggiore sono proprio di motogeneratori monocilindrici di qualche litro di cilindrata 2T diesel.
un motogeneratore non e’ un motore automobilistico, ma generalmente si adattano tali motori per economia di progetto, e come ho gia’ accennato, non e’ affatto detto che sia la soluzione adeguata, anzi, il piu’ delle volte e’ solo una questione di economicita’ di scala (adottare un motore automobilistico gia’ fatto costa meno che produrne uno specifico in limitata tiratura).
insomma, tu confondi l’applicazione di un motore endotermico come motogeneratore con l’applicazione per motore da trazione automobilistica, che sono concezioni che partono da presupposti decisamente distanti…
per le turbine, farne una da 5KW e’ improponibile, a tal proposito prospettavo l’uso su mezzi pesanti… usarne una mezza dozzina da 60-70KW su un mezzo pesante e’ decisamente piu’ indicato.
logico che questo concetto di plug-in e’ distante dall’essere adottato, in quanto si devono prima trovare i limiti applicativi (ho parlato di 20 generatori da 5KW, ma potrebbero essere 10 da 10KW l’uno), e l’ingegnerizzazione di tali motogeneratori parte da presupposti ben diversi (ad esempio, nei 45Kg del gruppo da te linkato e’ compreso il telaio tubolare in ferro, probabilmente un cilindro in ghisa su un 4T ad aste e bilancieri, un generatore ad induzione, uno scarico ed un sistema di alimentazione dedicato (difficilmente ad iniezione… tutte cose decisamente pesanti), ma e’ un concetto che avrebbe una buona riuscita nell’industrializzazione con grandi numeri (puoi usare gli stessi moduli generatori sia per una microcar che per una berlina di lusso, basta variarne il numero).
e’ come per le batterie di un modellino elettrico: per aumentare l’autonomia puoi aumentare la capacita (e quindi il volume) della singola cella, o puoi metterne di piu’… tutto sta’ nel trovare il posto per metterle.
comunque, ritornando sul tema dell’articolo, gli HCCI sono dei motori tecnicamente interessanti, capaci di coniugare alti rendimenti ad alte potenze, ma sono decisamente complicati e soprattutto nati tardi…
@Simone
..dal dire al fare c’e’ di mezzo il mare, ma e’ anche vero che chi rimane sulle proprie posizioni mai andra’ avanti…
comunque sono d’accordo che dall’espressione di un concetto alla produzione in grande scala ci sono infiniti intoppi (e lo dimostra il common rail della fiat, che aveva la materiale incapacita’ di produrlo in serie e lo ha “venduto” alla bosch).
cio’ non toglie che un concetto “complicato” possa rilevarsi invece molto piu’ semplificativo di altri piu’ semplici da digerire ma che impegnano maggiormente; ad esempio l’elettronica, che ha dato la possibilita’ della realizzazione anche di questa tipologia di motori, risulta molto semplice concettualmente (controllo automatizzato dei parametri d’iniezione, accensione e gestione dei gas combusti, per dirne una), ma nel momento in cui c’e’ un guasto, rimane spesso l’unica soluzione della sostituzione dell’intero pezzo; ben diverso dalla complessita’ costruttiva di un carburatore o di uno spinterogeno, ma dalla loro semplicita’ operativa.
comunque il domani svelera’ i boccioli piu’ belli.
PS: per un motogeneratore si puo’ tranquillamente usare un motore rotativo wankel, tipologia che nei motori automobilistici ha sempre fatto storcere il naso, ma che utilizzato come motogeneratore avrebbe decisamente piu’ fortuna.
senza parlare di cicli 2T unidirezionali, atckinson, miller ecc ecc, che nelle normali motorizzazioni automobilistiche hanno avuto decisamente poca fortuna.
@ locusta
Più che altro gli HCCI sono nati “morti” secondo il mio parere, ma hanno aperta una strada che invece è piuttosto viva… e ne parleremo…
La questione che sollevavo sui passi tra i concetti e la reale fattibilità è dovuto non tanto a questioni di volontà, bensì di reale praticità… se i problemi che una soluzione genera sono maggiori di quelli che risolve rispetto ad un’altra difficilmente avrà modo di svilupparsi… non esiste da nessuna parte “LA SOLUZIONE”… tutto ciò che esiste è una soluzione che nel bene o nel male rappresenta un buon compromesso tra fattori che spesso non sono nemmeno di tipo concettuale ma puramente pratici… ciò non toglie che si possa fare ricerca su qualunque soluzione (e spesso si vedono ricerche su cose assurde, a dimostrazione che si ricerca eccome su tutto) ma perché questa diventi davvero interessante è necessario che sia molto interessante…
Il common rail in Fiat non venne capito e si pensò a “fare cassa”… ma la Fiat sul tema ricerca non è mai stata molto lungimirante, ma qui si entra su temi (la gestione Fiat) che esulano dal post…
@Francesco
Quel generatore è il peggiore esempio che potessi fare, ce ne sono di molto più compatti e leggeri, ma costano anche 10 volte in più, indovina perchè.
Ho visto motori 2t/4T in applicazioni reali (motoseghe e decespugliatori a scoppio) che sono di molto più piccoli di uno scatolo di scarpe e sviluppano comunque potenze nell’ordine di 3/4 cv.
Certo la loro durata non è eccelsa, ma devono essere leggeri (possibilmente meno di 1 kg) ed avere un range operativo relativamente ampio (la morte di quei motori è dovuto sopratutto alle rapide accellerazioni nell’utilizzo mormale).
I loro consumi sono nell’ordine di 1 lt ora (parliamo di benzina).
Anche se credo che tale soluzione al momento sia impraticabile per questioni di costo, di spazio occupato (non li puoi inscatolare tra il telaio e il pianale dell’auto causa cottura) Tra loro, i generatori (uno per ogni motore e non un unico generatore), le batterie verrebe un peso non certamente indifferente.
Praticamente quello che guadagni di peso (e non di spazio) con 20 di questi motori lo perdi con gli interessi in generatori, pacco batterie e impianto refrigerante con gli interessi.
Meglio una micro pila atomica o se manterranno le promesse le batterie a celle combustibili.
Condivido appieno con il pensiero di Simone Serra.
OT
premetto io ho 28 anni e sono un tecnico delle ferrovie (spero di non essere ucciso per questo ) :) sono un semplice perito elettronico,quindi non avendo una cultura universitaria tutto quello che ho appreso è maturato da ricerche più o meno approfondite,e soprattutto da una buona dose di esperienza sul campo,però mi considero una persona di ampie vedute ed avendo ormai da tempo compreso il concetto di umiltà non mi sono mai precluso la strada della conoscenza, in poche parole mi piace imparare,e dove è possibile mi piace dare il mio contributo (raramente) :)
fine ot
@ Locusta
mi piacerebbe sapere perchè continui a valutare esclusivamente soluzioni di trazione elettrica/ibrida, riciclandole in tutte le salse..ok il motore elettrico ha infiniti vantaggi, che detto da un ferroviere ha tutta la sua valenza, l’unico problema è la sua alimentazione. Le soluzioni da te proposte sono infattibili sotto diversi aspetti, a prescindere dallà bontà o meno di un progetto devi anche considerare la sua applicazione pratica.
Ora se ho capito bene hai proposto un soluzione ibrida dove la fonte di energia consiste in un qualsiasi motore termico accoppiato ad un generatore di corrente per alimentare la trazione elettrica.Punto 1) l’accoppiata motore termico+generatore sicuramente avrà un rendimento inferiore al motore elettrico di trazione,quindi dovrai consumare più carburante per alimentare la trazione,vanificando il beneficio del rendimento dell’elettrico 2) il peso di tale soluzione,che consiste in 3 motori (il generatore è un motore) + l’eventuale batteria buffer di cui tu accenni.Per quanto la tecnologia avanzi non si può scontrare con i limiti della fisica, cioè il motore elettrico assorbe corrente e anche tanta, sia nello spunto che sotto carico (il peso della vettura che devi muovere,ed i vari atriti).Ergo tutto l’impianto elettrico (dai cablaggi agli avvolgimenti dei motori elettrici )deve essere dimensionato in funzione dell’assorbimento di corrente, e ciò si traduce in peso. alla fine ti trovi una soluzione che ti pesa più della vettura stessa :) e consuma/inquina di più di una vettura con motore termico classico.
@Simone
preciso solamente che oltre alla poca lungimiranza alla FIAT mancavano propriamente le capacita’ tecnologica per costruire gli iniettori e le pompe ad alta pressione (pur avendo gia’ la Marelli in casa), e visto che non era core busyness hanno pensato di fare cassa e basta… fortunatamente sembra che stia cambiando l’atteggiamento.
@Ares
“Anche se credo che tale soluzione al momento sia impraticabile per questioni di costo, di spazio occupato (non li puoi inscatolare tra il telaio e il pianale dell’auto causa cottura) Tra loro, i generatori (uno per ogni motore e non un unico generatore), le batterie verrebe un peso non certamente indifferente.”
il costo si ammortizza con i numeri: usi la stessa unita’ base per qualsiasi tipologia di vettura leggera, cambia solo il numero delle unita’ e la differenziazione degli ausiliari; e’ il concetto di componenti “modulari” che si applica sulle grandi serie, solo estremizzato e reso piu’ pratico, in quanto l’unita’ modulare e’ direttamente il motogeneratore, e non solamente qualche componente del sistema intero.
per l’inscatolamento, non stiamo parlando di vetture supersport, ma di veicoli normali, ed il design si sta’ spostando in direzione dei monovolume belli alti; per l’appunto parlo di una linea decisamente diversa rispetto ad oggi: telaio a travi in cui sono inseriti generatori, buffer batterie (o supercondensatori), ausiliari, sospensioni e motori di trazione (ottima soluzione sarebbe quella proposta da siemens, in cui il gruppo ruota comprende ammortizzatori elettronici, motore di trazione, sistema di sterzo e freni); sopra questa unita’ base modulare (facilmente modificabile per lunghezza e largheza), che potrebbe essere benissimo prodotta per diversi marchi, oltre che per diversi modelli, le varie case applicherebbero le proprie stutture superiori con il proprio design.
il telaio potrebbe essere costruito in modo sufficentemente semplice anche con i compositi (alla fine sono 4 travi incrociate, pen piu’ facile di un composito full frame), cosi’ come i telai ausiliari delle sovrastrutture e i pannelli della carrozzeria.
percio’ si, e’ vero che una soluzione del genere peserebbe di piu’ e sarebbe piu’ complicato in confronto del solo motore endotermico di trazione, ma il prodotto non e’ il motore, e’ il veicolo, e bisogna considerare i vantaggi e gli svantaggi di tutto l’insieme.
@Smoke.kills
non valuto valuto esclusivamente le soluzioni elettriche, ma ti rispondero’ per punti, cosi’ potro’ essere piu’ chiaro.
1)il complesso motore endotermico/alternatore/baffer energetico/motore elettrico di trazione ha sicuramente un rendimento reale piu’ elevato.
non stiamo contando il rendimento di una trasmissione o di un motore, ma di un veicolo e ci sono test (mercedes) che provano che il rendimento reale di un veicolo a benzina e’ inferiore al 10% reale, e del 13% per uno diesel (e dimostrarono che 300Kg in meno di massa portano ad una percorrenza superiore di 1Km per litro).
accellerazioni, soste, variabilita’ dei regimi portano dal rendimento pratico del motore al rendimento reale del veicolo.
se consideri che il rendimento di un motore elettrico e’ facilmente superiore al 90%, che non a perdite per organi di trasmissione (circa il 3% su un cambio manuale), che un motogeneratore produce energia sempre nel miglior rendimento possibile, che hai la possibilita’ di recuperare energia in frenata….
fidati, il risultato e’ sicuramente a vantaggio dell’ibrido plug-in/elettrico.
2)consideri gli aspetti per i singoli apparati quando dovresti considerare l’intero veicolo (in parte ho risposto sopra).
poi, come perito chimico, per me e’ solo passione per la motoristica, e ti giuro che veder girare un motore elettrico non e’ la stesa cosa che sentire un V8…
@ locusta
nulla si crea nulla si distrugge ma tutto si trasforma :)
il “motogeneratore” girerebbe sempre anche quando non servirebbe,l’energia quindi la dovresti accumulare nelle batterie,il concetto di batteria buffer: serve a supplire un assorbimento maggiore del motore elettrico sicuramente in fase di spunto, oppure a compensare la minore efficienza del “motogeneratore” in relazione alla trazione,ma solo per un periodo limitato esaurita che si fa? fin’ora si è tentato di risolvere il problema utilizzando un “motogeneratore” di bassa potenza per ridurre il suo peso, del sistema di recupero dell’energia inerziale attraverso la frenata magnetica dove è possibile, ed un rack di accumulatori che conservano tutta l’energia e alimentano con efficienza il motore elettrico.Il peso della vettura,l’atrito con l’asfalto e il cx dell’atrito con l’aria sono il carico del motore, il discorso che hai fatto per i motori a benzina,diesel vale in egual misura per quello elettrico.Il sistema ibrido plug-in/elettrico pesa,gli accumulatori pesano,le macchine monovolume pesano e hanno un cx elevato, il telaio a travi pesa.In funzione delle tecnologie odierne, tu stai proponendo una locomotiva a trazione elettrica “alimentata a diesel” invece che dalla Ldc. Cmq prometto di rileggere tutte le evoluzioni che ha subito il motore elettrico e dei sistemi per alimentarlo,anche se di ciò si era discusso già nel precedente articolo di AD, termino qui il mio dibattito sperando che Simone Serra possa dissipare i nostri dubbi :)
@Smoke
per il rendimento reale di un motore endotermico da trazione incide notevolmente la variabilita’ del carico e del regime (ed in effetti le curve caratteristiche vengono effettuate a pieno carico.. hai mai visto una prova al banco a meta’ apertura della farfalla?), ecco perche’ alla fine il rendimento reale di un’auto a benzina difficilemente supera il 10% (13-14% per il diesel); un motore elettrico ha piu’ o meno lo stesso elevato rendimento a qualsiasi carico e regime, ed e’ da questo che scaturisce l’enorme vantaggio nell’uso di tale tipo di propulsione.
oltretutto, per il tuo lavoro, dovresti conoscere bene la differenza che passa tra’ la trazione elettrica ed endotermica, anche se mi stupisce il fatto che dici che un motore elettrico assorbe parecchia energia in accellerazione… assorbe potenza, in watt, e accellera per quanto e’ il differenziale tra’ quanti ne servono per uno stato di equilibrio dinamico e quanti ne fornisci, ossia assorbe per come e’ progettato; non mi pare ci sia molta differenza rispetto ad uno endotermico.
comunque non sono certo progetti che possono essere messi in pratica domani; convertire le tecnologie, ed anzi abbandonarle, non e’ cosa semplice; nessuna industria moderna di lungo corso sarebbe disposta a buttare via decenni di ricerca e gli assett gia’ acquisiti nel tempo; la riconversione di un solo stabilimento ha un costo abnorme, e oggi un’industia automobilistica non puo’ sopravvivere senza averne almeno mezza dozzina (quelle piu’ piccole si definiscono semiartigianali ed hanno costi produttivi non concorrenziali), e questo te lo potrebbe illustrare anche Simone per quanto riguarda la motoristica: molte volte si preferisce recuperare un vecchio motore, piuttosto che metterne in produzione uno totalmente nuovo.
l’idea di partenza di tale concetto parte invece propriamente dall’elevato numero di produzione e dalla standardizzazione anche tra’ diverse case automobilistiche, oltre che tra’ la gamma di modelli della stessa casa…
accennare una cosa del genere ai miopi industriali di oggi e’ in effetti un’utopia, pero’ e’ comunque utile pensarla.
a tal proposito ecco un link per l’idea di siemens:
http://www.youtube.com/watch?v=8tLQ2-yKT4Y
anche se questa e’ l’illustrazione primordiale, la successiva implementava sospensioni magnetiche e sistema di sterzata elettrica per ogni monoruota.
@locusta
In parte ti potrei dare ragione, ma tutti i vantaggi nell’avere un motore a combustione a regime e carico fisso si perderebbero con il tuo sistema.
Considera che i singoli generatori devono fare anche da motore per avviare quello endotermico che è impossibilitato ad avviarsi autonomamente e che deve prima raggiungere il giusto numero di giri per poter essere alimentato.
La quantità di energia da produrre a causa del sistema acceso/spento del motore a regimi fissi non è lineare, e questo comporta una quantità di batterie tampone di molto superiore rispetto ad un generatore a regime variabile (se ogni motore mi sviluppa 3 kw ed ho bisogno di 17 kw per procedere a 50km/h un motore sarà costretto ad accendersi spegnere infinite volte se non abbiamo una batteria tampone bella capiente.
Un motore compatto ha necessità di dissipazione molto maggiore rispetto ad uno tradizionale, ed ad aumentare le temp ci pensa in generatore assiociato, ed a meno di non volere il pianale interno dell’auto a 60/70 cm da terra lo spazio mancherebbe anche in un suv.
Ultima nota, ho visto quello studio della siemens, e credo che sia irrealizzabile per alcune semplici considerazioni:
Ma come farebbe l’impianto frenante ad arrestare tutta quella massa volvente?
Anche utilizzando il motore stesso come recupero d’energia in frenata, non lo si può usare da freno poichè riscalderebbe da far paura (i freni elettrici o misti elettrici idraulici sono realtà da anni sui mezzi pesanti ed hanno bisogno di un raffreddamento attivo altrimenti prendono letteralmente fuoco)l’impianto frenante dovrebbe essere bello potente ed anche ben raffredato.
Un sistema ibrido endotermico-elettrico presenta in definitiva più problemi che vantaggi.
Vada per la trazione elettrica, ma finquando non si usa un sistema efficace per alimentare elettricamente il veicolo rimane sempre e solo laboratorio.
Per l’autotrazione umana bisogna o usare una fonte energetica compatta e dall’elevata capacità (un minireattore nucleare?), o batterie a celle combustibili (per ora gli studi si sono fatti su piccoli dispositivi con risultati incoragianti), oppure l’uovo di colombo: trasferire energia in modalità wireless tral’asfalto ed il sottoscocca dell’auto (possibile anche questa cosa, ma non saprei dire il costo energetico totale e il volume che un siffatto veicolo dovrebbe avere)
Ma tutte queste cose in definitiva sposterebbe soltanto il dispositivo inquinante dall’auto in un’altro luogo.
@ares
non dico che la costruzione porrebbe diverse problematiche (derivate soprattutto dal creare una logica per una corretta gestione delle risorse), ma e’ un’idea che “ha sapore e sarebbe gustosa da masticare”.
per l’elettrico la svolta si otterra’ con celle che abbiano capacita’ nell’ordine di 1000-1500W/Kg, ossia 10 volte quella attuale (ed e’ difficile da raggiungere, pur considerando che l’energia teorica di una litio e’ oltre i 2500W/Kg, e di una alluminio oltre i 4000W/Kg), e che siano prodotte con materie prime di facile reperimento, diversamente saremmo sempre con il solito problema politico economico (ed oggi l’idrogeno viene prodotto solo per cracking del petrolio, quindi cambia poco dall’uso della benzina).
Per quanto riguarda la dissipazione del calore, credo che dovresti riformulare la tua tesi; il rendimento e’ appunto il rapporto tra’ energia prodotta e quella intrinseca della fonte che sfrutti, il resto e’ perdita di energia, generalmente in calore; quindi piu’ e’ alto il rendimento, meno sprechi energia e meno calore hai (e bisogna fare attenzione dallo svincolarsi dalla relazione calore/temperatura, che non sono due grandezze fisiche direttamente correlate).
Ritornando al discorso dei motori HCCI, lo stesso Simone puo’ spiegarci il perche’ nell’industria ci siano reticenze nell’appicare tale sistema; per aprire il discorso posso iniziare nel dire che un motore si’ fatto avrebbe un costo esagerato in rapporto al risparmio ottenibile, e avra’ possibilita’ di essere commercializzato solo per 2 aspetti:
raffinatezza tecnologica (che in tempi di crisi difficilmente attecchisce nelle menti dei dirigenti del marcketing) o limitazioni legislative… senza leggi restringenti non esisterebbero nemmeno i convertitori catalitici…
il motore endotermico ha ancora parecchio da poter dare, e non solo nella sua applicazione come organo principale di trazione, solo che ci dev’essere anche la volonta’ di cambiare.
Rispondo in generale ai vari quesiti sorti…
Non voglio entrare nel discorso della soluzione ibrida proposta in quanto non sono un esperto in merito e pertanto discutere nel dettaglio della bontà della stessa potrebbe portare a giudizi idonei, ma di sicuro la soluzione mi sembra un po’ troppo complicata… ma sollevo alcune questioni:
1) le correnti di spunto devono essere molto elevate, pertanto il problema sollevato da ares17 è corretto… un conto è considerare l’accelerazione a veicolo in movimento, un conto è lo spunto da motore veicolo fermo, a meno di pensare sistemi di frizioni che però aggiungerebbero ulteriori complicazioni.
2) il motore elettrico cresce in dimensioni e peso al crescere della potenza dello stesso in maniera superiore a quella dei motori endotermici, ed è questa la caratteristica vincenti di essi.
3) gli HCCI hanno rappresentato una soluzione interessante per la ricerca, ma presentano delle caratteristiche (la già citata non adeguatezza agli alti carichi, ed aggiungo una ridotta densità di potenza per via dell’elevato rapporto aria/combustibile adottato) che male si adattano alla produzione, una tra tutte la necessità di variare il rapporto di compressione… avere una testata mobile è un grande problema in condizioni di esercizio, mentre soluzioni come NVO (Negative Valve Overlap) per creare un EGR interno e per “falsare” il rapporto di compressione (se le valvole restano aperte durante la compressione, il rapporto di compressione reale sarà inferiore di quello geometrico) causa perdite di efficienza che vanificano tale soluzione… ciò non toglie che gli HCCI abbiano fornito forti stimoli alla ricerca e nuove soluzioni “figlie” o “cugine” di HCCI verranno presentate
@locusta
Per quello che riguarda la dissipazione sei tu a dover ripensare a quello che ho scritto:
Necessità di dissipazione maggiore non significa maggior calore prodotto.
Semplicemente se un 50 cv classico produce 100kw/h da smaltire lo fa con u na superfice almeno 8 volte maggiore di quella disponibile in un sistema formato da 10 micromotori (dalle dimensioni inferiori ad uno scatolo di scarpe) che producono 80kw/h totali.
In pratica dovremmo avere un radiatore con una superfice dissipante almeno doppia (con il doppio di liquido necessario) in modo da poter ottenere un deltaT molto più favorevole.
rispondo rapidamente
@simone
1) e’ il problema di tutte le auto elettriche, in effetti; una soluzione e’ anche quella dei contoller evoluti e delle correnti impulsive. Stiamo comunque parlando di veicoli normali, dove per normale bisogna prendere in consderazione che esistono limiti di velocita’ massimi, ed e’ inutile creare automobili che hanno 500cv se poi in ambito normale non si possono realmente sfruttare; l’auto elettrica fonda la propria efficenza anche sul non esagerare certi aspetti di marcketing.
2) la ricerca dovrebbe riuscire anche qui a sopperire in parte la minore densita di potenza (ma anche un normale motore endotermico difficilmente supera 0.5KW/Kg!)
3) a tal proposito non ho mai compreso perche’ non si e’ mai sviluppato un EGR esterno per i regimi e carichi intermedi fissi… NVO (sfruttatto anche dal twin air, tra’ l’altro) e’ una soluzione poco favorevole, mentre un riciclo esterno delle cariche inerti (i gas di scarico non sono altro che questi), abbasserebbe si il rendimento massimo, ma se considerato a pieno carico, mentre se si calcola il rendimento ad 1/3 dell’apertura della farfalla (per i SI) i valori sono decisamente diversi.
si potrebbe ibridare la tecnologia dei motori a miscelazione magra, tipo i GDI mitzubishi, con un EGR esterno, ottenendo un rendimento volumetrico superiore ed un rapporto di compressione ottimale anche in situazioni stazionarie di basso carico; ma e’ un’altro discorso…
@ares
se produci 25KW con un rendimento reale del 25%, percio’ da 100KW, dovrai dissiparne almeno 33KW per calore (grossomodo e’ questa la proporzione, il reso e’ disperso nei gas di scarico); se produci 25KW con un rendimento del 33% li produci da 75KW, e contando che oltre il 40% viene comunque disperso nei gas di scarico, la rimanente quota da dissipare in calore tramite un sistema di raffreddamento si riduce da 33KW a 20KW…
i motori piu’ efficenti sono generalmente anche piu’ freddi (vedi i diesel, che si riscaldano molto meno).
ti do’ ragione sul fatto che ci vorra’ un sistema di raffreddamento piu’ oneroso, ma solo perche’ il confronto non e’ fattibile, in effetti; la gestione di motogeneratori e’ indipendente dal carico, dalla velocita’ e dalla situazione, ossia li ho sempre al massimo del carico (cosa che non succede con un motore di trazione endotermico), sia quando sono in marcia, sia quando vado piano o sono addirittura parcheggiato (e ricarico le batterie), cio’ non toglie che la maggiore efficenza porta a dover smaltire meno calore, comunque.
oltre al fatto che sarebbero sfruttati a quanti di energia richiesta, ossia ne uso in numero tale da sopperire alla richiesta istantanea…
in pratica stabilire se il sistema refrigerante sia di caratteristiche simili, inferiori o superiori a priori, senza aver analizzato prima una attenta gestione e la reale efficenza del sistema, mi sembra poco realistico, come discorso.
l’idea di tali microgeneratori si puo’ concretizzare in un motore rotativo coadiuvato con un turbocompound…
rotativo perche’ sarebbe piu’ facile implementare materiali piu’ idonei come la ceramica per il gruppo termico, con turbocoumpiound perche’ e’ un sistema che ben si adatta a carichi e portate costanti; ma sono solamente idee.
@locusta
Mi sembra strano che il twin air utilizzi NVO, l’impiego dell’EGR ha un suo perché nei motori CI, negli SI “tradizionali” direi proprio di no… non vorrei tu stessi considerando il VVA come sinonimo di NVO… oppure sfugge qualcosa a me…
Ok Vadano anche i motori che sfruttano il VVA (Variable Valve Actuator)
@ Simone Serra sembra che attalmente ci sia un brevetto per l’NVO anche su motori SI
Title: Spark ignition engine with negative valve-overlap
Patent ID: EP1186752A2
Issue Date: March 13, 2002
A valve control system for operating an automotive engine during cold-starts. It is conventional to employ a valve overlap period, defined as total crank-angle movement when both the inlet and exhaust valves are open simultaneously in the TDC region. The invention involves a cold-start “negative” valve-overlap (NVO) system wherein the intake valve opens after the exhaust valve has closed during the piston intake stroke. The crank-angle movement during the intake stroke, when both intake and exhaust valves are closed defines the NVO period, creating a high vacuum in the cylinder. At the end of the NVO period, as the intake valve opens it defines a low-lift narrow gap, wherein the high vacuum in the cylinder induces a pressure difference across the gap causing a high velocity in-flow of the air/fuel charge into the cylinder during its intake stroke. The increased turbulence in the cylinder enhances mixing of the charge improving its combustion stability, thereby allowing increased spark retard for achieving rapid catalyst warm-up, enhancing converter efficiency reducing exhaust emissions during the cold-starts.
ma è un brevetto, non so poi come si sia sviluppato il progetto.
fonte http://www.patents.com/spark-ignition-engine-negative-valve-overlap/ep1186752/en-ep/
@Locusta
Comunque secondo me vuoi affrontare troppe tematiche, di natura troppo diversa che spaziano dai “Motogeneratori” ai motori elettrici,agli accumulatori e chi più ne a più ne metta, spinto da un concetto di “autoveicolo” del tutto tuo.
Alla fine si citano troppe soluzioni troppi concetti supportati più da una presunta conoscenza che da reali dati tecnici,andando in questa direzione veramente si può dire tutto e il contrario di tutto paradossalmente.E’ fin troppo facile uscire fuori tema quando il discorso non è più gestibile :)
nel mio ambito lavorativo questo si chiama “Il giro del fumo” da cui anche il mio nick :)
spero che la mia critica vada presa in maniera costruttiva.
@ smoke.kills
Grazie per il brevetto… da ciò che c’è scritto però è evidente un impiego che non punta a creare un EGR… ecco perché dubito fortemente che un motore SI ne faccia uso in termini di EGR, (se poi scoprono un impiego differente non escludo nulla) questo perché un motore SI opera grosso modo stechiometrico, salvo motori a stratificazione, ma comunque anche in questo caso non è che ci si sposti poi in maniera estrema… l’aria da sola non brucia… e la regolazione del carico in un SI si fa agendo sulla quantità di miscela, ecco perché nel diesel si può operare molto più magri, perché in quel caso la regolazione si fa sul rapporto aria/combustibile…
@Simone Serra
effettivamente una Egr in un SI sarebbe deleteria,ributtare i gas di scarico nell’aspirazione comprometterebbero il valore stechiometrico ossigeno/benzina in negativo, anche nei CI l’utilizzo della Egr non favorisce di certo l’efficienza della combustione, solo che viene “digerita” meglio per i motivi che hai sopraccitato.
Comunque i sistemi di abbattimento delle emissioni inquinanti restano sempre un bel punto di domanda, ci sono troppi parametri da considerare complessivamente, però ci sono dei limiti chimico-fisici che incidono notevolmente sul rendimento dei motori a combustione.Se questi limiti non vengono rispettati toglierebbero tutti i vantaggi dei motori a combustione rendendoli poco competitivi rispetto ad altre soluzioni emergenti.
@simone
in una viedo intervista del responsabile sviluppo dei multiair e del twin air si faceva espressamente cenno al riciclo dei gas interni proprio grazie alla gestione elettronica delle valvole.
devo andarla a ricercare, ma era una delle prime relazione tecniche per i multiair sul canale video della FIAT.
ora non saprei dirti se e’ stata adottata in quanto il VVA del multiair e’ solo lato aspirazione, quindi non interviene sul lato scarico, o se parlasse di un futuro multiair che prende in considerazione anche un VVA per lo scarico.
in effetti un EGR controllando solo lato aspirazione non e’ di facile attuazione, a meno di non sfruttare risonanze dallo scarico.
comunque appena trovo la videointervista verifico.
@locosta
Sfatiamo il mito che il diesel riscalda meno per favore.
é vero che il 23% dell’energia data dal combustibile nei motori diesel viene smaltita dal sistema di raffreddamento contro il 25% del benzina, dimentichi perà di dire che l’impianto di iniezione apporta calore (a causa delle elevate pressionni), come pure l’aria compressa dal pistone che raggiungenge gli 800° centigradi contribuendo in maniera significativa ad elevare le temp.
Un motore diesel ci mette più tempo ad andare in temperatura rispetto al benzina non perchè produce meno calore, ma perchè l’impianto di raffreddamento (compresa la quantità di liquido refrigerante) è molto più generoso in dimensioni contribuendo ad aumentare l’inerzia alla variazione di temp.
A riprova di ciò non ti ritrovi mai con un 90 cv benzina con un impianto di raggreddamento di piu generose dimensione di un 90 cv diesel (ipotizzando un rendimento identico, altrimenti il rapporto sarebbe ancora più sfavorevole per il diesel).
Oltretutto non capisco cosa centra questo con la capacità di dissipazione.
Un motore compatto offre sempre meno superfice di scambio tra il liquido e le pareti del blocco e della testata (in quest’ultima spesso se ne fa a meno delle intercapedini raffreddandola ad aria per non pregiudicarne la robustezza).
Mi sembra molto più problematico dissipare 30kw su 500 centimetriquadri che 60kw su 2000.
Dimentichi poi di dire che essendo scatolati i micromotori (come da te ipotizzato) gli scarichi apporteranno un altro 25% di calore in più al sistema, a differenza di un motore “normale” che la porterebbe subito all’esterno del cofano ( e non mi venire a proporre un’uscita inferiore che oltre ad aumentare l’altezza necessaria al dispositivo creerebbe un effetto radiatore irragiando il sottoscocca del veicolo costringendo a schermarlo termicamente.
L’efficenza di un sistema di trazione si misura non in cv e grammi combustibile per cavallo all’ora, quanto piuttosto dal rapporto di quest’ultimo con il peso di del dispositivo.
Un sistema così fatto avrebbe si una resa meccanica maggiore, ma con un rapporto peso potenza disastroso che lo porterebbe a consumare ed inquinare più di un classico motore endotermico.
Nessuno vuole una centrale termodinamica vicino casa e tu proponi invece di metterla sotto al sedile.
Per poter essere appetibile il tuo sistema dovremmo oltre a poter contenere i pesi a non più del doppio di un classico endotermico (compreso di tutti i sistemi naturalmente), anche avere una resa energetica di almeno il 50% per sopperire alla degradazione energetica tra motore e al peggior rapporto peso potenza (verosibilmente collegando un motore da 5 kw ad un generatore avremmo al massimo in uscita dal generatore stesso non più di 4,5 kw).
trasformare energia cinetica in energia elettrica ha un costo, che gia da sola renderebbe difatto nullo il vantaggio derivante dall’utilizzare un motore a regime fisso.
…parlava espressamente di I-EGR (internal exhaust gas recirculation).
credo di aver scatenato troppe polemiche, oltrettutto fuori dal tema dell’articolo, quindi credo che nonsia il caso di disquisire su un’idea allo stadio piu’ che embrionale.
non vi devo convincere, si vedra’ se in un prossimo futuro verra’ adottato un sistema simile.
nel frattempo i pulg-in si stanno affacciando sul mercato, mentre elaborazioni tecniche come gli HCCI, pur avendo il loro indubbio fascino, ancora sono lontane da vedere un’applicazione commerciale.
@ locusta
Se riesci a trovare il video sarei davvero interessato… per quanto riguarda gli HCCI come ho già detto sopra sono abbastanza limitati e dubito fortemente che vedremo qualche soluzione tecnologica… sicuramente non HCCI puro ma quello che viene definito SACI (Spark Assisted Compression Ignition), che poi è anche il motore DiesOtto… soluzioni parenti strette di HCCI hanno molte più possibilità di entrare in produzione, ed alcune lo sono già di fatto… (MK di Nissan ed UNIBUS di Toyota)
volevo dire soluzione commerciale, non tecnologica…
Le novità di Ginevra sono tantissime, ma non commettiamo un’imprudenza quando diciamo che una delle reginette del Salone è l’Audi A1. Mostrata alla stampa alla presenza del cantante e attore Justin Timberlake (tanto per sottolineare lo spirito giovane del modello), la nuova compatta ha debuttato fin da subito anche in versione a batterie.
Elettrica per 50 km. La A1 e-tron (quest’ultima sigla contraddistingue d’ora in poi tutti i modelli elettrici della Casa) è equipaggiata con un elettromotore anteriore con potenza massima di 102 CV, alimentato da un pacchetto di batterie agli ioni di litio posizionato nel pavimento della vettura, fra i due assali. Gli accumulatori si ricaricano attraverso una presa di corrente nascosta dietro la calandra, sotto al simbolo dei quattro anelli. Con una carica completa (tre ore a una presa da 380 V), l’A1 e-tron percorre circa 50 km. Nonostante le batterie, il peso dell’A1 e-tron è abbastanza contenuto: 1.190 kg. Le prestazioni dichiarate dal Costruttore parlano di uno “0-100” in 10,2 secondi e di una velocità massima superiore a 130 km/h.
E se si scarica? La piccola e-tron, però, non è una “elettrica pura”, ma una ibrida in serie o “extended range EV”, vale a dire un veicolo elettrico ad autonomia estesa. In caso di bisogno, un piccolo propulsore termico funziona come generatore di corrente per ricaricare le batterie e allungare, appunto, l’autonomia: su questa concept, l’unità scelta è un motore rotativo Wankel di 254 cm³, che funziona costantemente al regime di 5.000 giri/min erogando una potenza elettrica di 15 kW. Una scelta insolita, quella del Wankel, dettata forse anche dalla voglia di stupire: la Casa ci tiene però a precisare che sono ipotizzabili anche altri tipi di propulsori.
I consumi. Con i 12 litri di benzina contenuti nel serbatoio, una volta scaricate le batterie, la A1 e-tron è in grado di percorrere altri 200 km circa. Un consumo abbastanza buono, ma non eccezionale, in questa modalità: 6 litri/100 km (vale a dire 17 km con un litro). La Casa dichiara che “sommando i consumi di entrambi i motori secondo i parametri della bozza normativa si ottiene un valore pari a 1,9 litri/100 km”. C. Bal
fonte: http://www.quattroruote.it/notizie/auto-novita/elettrica-ma-non-basta-audi-a1-e-tron
è “stra old” ma proprio mi era sfuggita questa notizia scusate il pesante OT ma oramai è risaputa la mia debolezza per il wankel!
@smoke
si, sarebbe interessante vedere come e’ stato ingegnerizzato il motogeneratore, anche perche’ il concetto di generatore e’, come ribadito piu’ volte, totalemente diverso da quello di motore di trazione, ed il wankel e rotativi in genere ne sono molto avvantaggiati.
ti suggerirei di sbirciare anche i rotativi a palette, altra branca dei rotativi che sta’ riscuotendo un discreto successo sperimentale.
altro concetto di plug-in di tre o quattro anni fa’, anche se e’ un riadattamento di motori per trazione:
http://www.lombardinigroup.it/lombardini-products/new-projects/ecomove
@simone
I-EGR era accennato nella presentazione tecnica dei T-Jet (Bravo) in una videointervista con Paolo Pallotti:
http://www.youtube.com/watch?v=VIQX65RNv3M&feature=player_embedded#!
minuto 2.55/3.30
essendo il multiair derivazione diretta del T-jet, anche se la distribuzione e’ totalmente diversa, e’ probabile che comunque abbiano mantenuto il riciclo dei gas di scarico interno.
…comunque, essendo il VVA molto versatile e’ ipotizzabile anche un’altra tecnica per l’incremento della carica inerte a basso carico:
nella iniziale fase di aspirazione le valvole addette si aprono per far entrare una minima quantita’ di miscela che viene immediatamente accesa; l’espansione dei gas aiuta ad evitare la perdita per pompaggio a valvole chiuse ed a creare inerte;
una successiva immissione leggermente piu’ corposa, aiutata dalla pressione fornita dal turbocompressore, viene immessa a fine espansione, garantendo in parte una sorta di stratificazione di carica (dovuta alla differente densita’ dei gas nel cilindro – inerzia della diffusione dei fluidi a diversa temperatura), compressa insieme alla carica inerte e accesa a fine compressione.
la prima carica, pur non entrando attivamente nella spinta del pistone nella fase di espansione vera e propria, aiuta a eliminare le perdite di pompaggio in quella di aspirazione e a creare inerte in camera… certo che per accenderla si dovrebbe passare a scariche di energia ad effetto plasma (80-100.000V con una buona dose di joule..)
comunque e’ piu’ pratico un EGR esterno veicolato su una delle due valvole di aspirazione…
@ locusta
si ma vedi oltre alla mia passione per il wankel come motore, ho inserito quell’articolo per dare dei dati un po’ più concreti delle tue supposizioni, ora il prototipo a1 ha queste caratteristiche:
peso 1189 kg, autonomia 50 km in modalità elettrica con pacchetto di batterie al litio (tempo di ricarica di tre ore allacciato a una presa da 380 V) andando alla velocità di 50 km/h andare di più significa ridurre l’autonomia dell’ 80% :)
questo traguardo si era già raggiunto tempo fa con la toyota prius sostituendo le batterie di serie con quelle al litio
secondo te una tale soluzione ha un significato di esistere?
il wankel da 254 cm3 da 15 kw secondo te perchè l’hanno introdotto come possibilità? perchè peserà poco e sarà poco ingombrante sicuramente piu’ piccolo del 15 kw corrispettivo della lombardini di cui tu fai riferimento (che pesa 80 kg)
in più sussiste il discorso longevità e tenuta delle prestazioni nel tempo delle batterie al litio…
un veicolo che arriva a malapena a 250 km di autonomia ottenuti con 12 litri di benzina e con le batterie insomma non è il massimo dell’efficienza…
io con 12 litri di diesel faccio 276 km su un 1.5 da 90kw montato su una berlina non su una city car..
trai te le conclusioni….
inoltre io sono contrario all’utilizzo degli accumulatori, inquinano e tanto.
@ lucusta
Ho visto il video (anche se non prima della fine si bloccava) e rimango scettico su molti punti… tolto il fatto che è una presentazione dell’oste sul proprio vino (premetto che io sono un fiatista) mi pare che si dia un’enfasi incredibile a cose assolutamente non incredibili per gli addetti ai lavori (ma ovviamente nelle presentazioni tutti fanno così).
Sull’EGR ho sentito quello che dice, vorrei capirne il perché dal momento che ha ben poco senso in un SI, qualche ipotesi la ho sviluppata, certo vorrei saperne le motivazioni di FPT… ciò che indichi nel tuo commento è una di queste ma di fatto è qualcosa di ben diverso dall’EGR che viene fatto sui Diesel, anche in termini di percentuale dello stesso
tra ieri ed oggi mi perdo pezzi di frase… volevo dire che non lo visto tutto perché prima della fine si bloccava
@smoke
sinceramente, hai preso l’esempio peggiore che ci sia…
in prima istanza ti posso dire che una conversione elettrica di un’auto normale e’ sempre un compromesso decisamente forzato, e comunque una home-made sarebbe stata piu’ efficace; la A1 e’ gia’ di per se un’auto che non ha un vero senso pratico: pesante e con motorizzazioni troppo grandi per un’auto da citta’.
e’ un’auto stilosa per fricchettoni e segretarie di studi di avvocati (non me ne voglia chi la possiede, ma a mio parere e’ cosi’, come la cinquecento e la mini), farla elettrica e’ una assoluta presa per i fondelli.
oltretutto le case automobilistiche (tranne forse le francesi), non hanno assolutamente intenzione di affrontare seriamente la trazione elettrica, e te lo dimostra la stessa Audi: avevano in casa un’auto quasi adatta, la A2 in alluminio e con un ottimo CX, e presentano una scatoletta di ghisa come auto elettrica?
dai, non scherziamo, e’ solo promozione marcketing per il lancio di un nuovo modello… giusto per dire “l’abbiamo fatto pure elettico!”… nel bene e nel male, che se ne parli; e’ sempre pubblicita’!
per il motogeneratore invece vorrei conoscerne meglio le caratteristiche, perche’ potrebbe essere l’unico pezzo che si salva di tale abominio.
@Simone
credo che sfruttino (o subiscono) il “tappo” della turbina ai bassi carichi, anche se bisognerebbe studiare gli incroci dei diagrammi e testare le pressioni effettive; fino a qualche tempo fa’ un “turbo” aveva un incrocio reale di 0° onde evitare perdite allo scarico, usare un incrocio spostato verso l’aspirazione e’ comunque curioso.
probabilmente non e’ cosi’ incisivo come per un diesel, ma c’e’ da ricordarsi che questo e’ un motore che ha ancora la valvola a farfalla per la parzializzazione.
lo sfruttamento dell’EGR in un diesel e’ necessario per riprocessare cariche mal bruciate (diciamo un abbattimento del PM10, anche se forma piu’ PM3 ed inferiore, che e’ anche piu’ pericoloso), e non e’ cosi’ efficace come per un SI, visto che un ciclo diesel va’ sempre in eccesso d’aria;
in un SI invece si otterrebbero vantaggi enormi, sempre se si studia un ottimale separazione e/o stratificazione della carica, in quanto la parte riciclata e’ un inerte; il risultato e’ come una riduzione della cilindrata, con in piu’ un beneficio per quanto riguarda la perdita per pompaggio ed un aumento a valori ottimali del rapporto di compressione (che e’ funzione diretta del rendimento).
una trentina di anni fa’ la GM australiana cerco’ di fare un motore a cilindrata variabile (eccentrici sull’albero motore), in modo d’avere una piccola cilindrata in citta’ e una buona cilindrata fuori, ma si partiva comunque da motori di grande cubatura (ricordo un 3500 che passava a 2000), e riuscire a ridurne la cilindrata gia’ di 1/3 con questo sistema e’ gia’ un buon risultato ingegneristico.
e’ gia’ qualche tempo che sto’ pensando ad un riciclo attivo degli inerti su un SI, ma e’ roba da centro di ricerca attrezzato.
credo che coadiuvando sistemi attivi di gestione delle valvole (e per questo sarebbe stupendo usare un EVIC con attuatori totalemnte elettrici), compressori elettrici (per lavaggio/ripresa), turbocompressori, riciclo cariche inerti e iniezione diretta si potrebbe ottenere una curva di rendimento molto piu’ efficente, certamente non come massimo, ma come media.
ultima cosa:
questa
http://www.autoblog.it/galleria/big/le-auto-elettriche-del-motor-show-di-bologna-2010/23
e’ gia’ una buona illustrazione del concetto di veicolo civile che ho in mente:
i gruppi motoruota/sospensione sono ancora troppo grandi (siemens aveva compattato il tutto in 1/3 dello spazio);
non c’e’ ancora una separazione tra’ telaio e carrozzeria;
e’ un biposto con uno sfruttamento dello spazio miserevole, ma c’e’ gia’ un accenno embrionale di quello che si potrebbe vedere in futuro.
per gli HCCI, o derivazioni delle loro caratteristiche, ritorno sull’EVIC: un controllo attivo dei diagrammi riuscirebbe a permettere la convivenza della tecnologia SI con quella CI, e su diversi cicli (nulla vieterebbe di sfruttare un 4T come un 2T, riuscendo a giocare bene sulle pressioni).
@ Locusta
per evic intendi questo http://wkjeeps.com/wk_evic.htm ?
comunque ti ripeto tutto si puo’ fare, ti do ragione sull’ A1 sposo il tuo pensiero in pieno, fatta eccezione del peso di appena 1190 kg veramente contenuto ,considerando l’utilizzo del motore elettrico,degli accumulatori e del telaio che rispetta le norme euro NCAP… ( per fortuna che ci sono :))
Le case automobilistiche ora sono in un periodo di transizione, ovvio che tentano di migliorare quello che già possiedono,e stanno introducendo le innovazioni con il contagocce per vedere dove spinge di più il mercato, te lo ripeto anche se te lo hanno già detto in molti: Passare da un progetto alla sua realizzazione pratica ci passa un abisso.
guarda rileggiti i miei post nell’articolo precedente…
http://www.appuntidigitali.it/13511/motori-a-combustione-interna-riflessioni-tra-passato-presente-e-futuro/
purtroppo viviamo in un sistema capitalistico, con tutti i pro e i contro,che ne derivano..
poi c’è anche il discorso automobilisti.. quanti sono disposti a rinunciare all’affidabilità e alla comodità delle infrastrutture
oggi disponibili per le soluzioni classiche?
guarda già banalmente le soluzioni a metano e a gpl che sono in commercio ormai da decenni, e pure le infrastrutture sono ancora limitate,nonostante tutti gli incentivi statali del caso…
purtroppo le soluzioni puramente elettriche resteranno un flop nel futuro immediato perchè necessitano di una infrastruttura completamente differente per gestirle nella loro interezza, e le soluzioni ibride che sono una transizione,rimangono troppo costose,complicate ed inaffidabili rispetto ad una motorizzazione classica.
i carburanti classici li trovi anche nel paesello X, già il metano e gpl no, per farti un esempio..figurati una postazione di ricarica rotfl.
le tematiche poi sono ampie e sviscerarle in un post sarebbe impensabile, già sto facendo temi su temi a riguardo,e onestamente mi sta passando la voglia di continuare..
morale della favola: le soluzioni elettrico/ibride verranno adottate quando supereranno di prestazioni,autonomia e affidabilità quelle classiche.Quando ci sarà un adeguata infrastuttura capace di gestirle in tutta la loro interezza dalla carica allo smaltimento degli accumulatori esausti (bella fregatura) vedremo come andrà a finire :)
per quanto riguarda l’Egr ed affini…guarda per rispettare le future normative EuroX già stanno pensando di adottare motori più spompi… sarà li che ci sarà il fatidico punto di incrocio?
C’è vero progresso solo quando i vantaggi di una nuova tecnologia diventano per tutti.
— Henry Ford
@ lucusta
Ci sono diverse imprecisioni nella trattazione tecnica che fai… l’EGR sui Diesel non si utilizza per il particolato… ti assicuro che appena l’ossigeno in aspirazione passa dal 20-21% al 17% il motore inizia a fumare nero… si usa per gli NOx…
Sull’utilità in un SI un conto è farlo in minima parte (ma davvero pochi %) e sfruttarlo per permettere una certa stratificazione od una qualche interazione a regimi fissati con la fluidodinamica interna alla camera, un conto è usarlo come un vero e proprio EGR… in quel caso ti si sposta anche di molto il lambda e non combini più nulla…
Poi non dimenticare che la carica ricircolata (a meno che si tratti di cooled EGR) è abbastanza calda, e questo può anche stimolare l’autoaccensione… e tanto ancora si potrebbe dire…
Sugli HCCI ti assicuro che c’è una notevole complessità nel definire le mappe di funzionamento del motore, ma capisco che all’esterno tutte queste cose sembrano facili… è un po’ come nel calcio… da fuori siamo tutti allenatori, ma le complessità del lavoro le affronta solo il vero allenatore…
@simone
in effetti i NOx dipendono dalla temperatura di combustione, riprocessarli ulteriormente ha effettivamente lo scopo di abbassare la produzione di tale prodotto sulla successiva carica, limitando la temperatura di combustione (non partecipando attivamente alla combustione ne “diluisce” gli effetti), cio’ porta pero’ anche ad un decadimento del rendimento complessivo…
il miglior modo di riprocessare i NOx e il catalizzatore al ferro in flusso di ossigeno, ma dovrebbe essere a temperature superiori a 700°C ed avere una superfice decisamente elevata (un paio di campi da calcio) per essere efficente, ed e’ per questo che si usano, ma e’ preferito sfruttare l’EGR quando il motore non e’ ancora caldo…
riprocessando i gas combusti porta pero’ anche ad effettuare un nuovo lavoro sul particolato, che di per se non e’ carica inerte, ma malbruciata, quindi ancora reattiva, riducendone le dimensioni ed il peso; 1mg di PM10 e’ molto meno pericoloso di 0,5mg di PM3 ed inferiore, te lo assicuro (oltre al fatto che le micropolveri hanno il cattivo vizio d’intasare tutto).
simone, il lambda dipende comunque da quanto carburante immetti, e contando che questa situazione si sfrutterebbe a regimi di basso carico, immetteresti poco carburante e ti occorrerebbe poco comburente… credo che comunque si debba stare in una situazione di miscela magra (sempre considerando una carica stratificata e l’iniezione diretta), perche’ parte dell’aria aspirata si miscelerebbe comunque all’inerte rendendolo piu’ “difficile da trovare” per la reazione.
d’altronde se vai ad alta quota la percentuale di ossigeno cala inesorabilmente, quindi calerebbe anche il combustibile iniettato (non di meno le centraline effettuano tale correzione sia dal dato lambda che dal dato pressione/temperatura).
nella pratica un motore che gira sull’altopiano messicano potrebbe avere un RC piu’ elevato, ottenendo un rendimento superiore, pur producendo meno potenza perche’ la carica attiva e’ inferiore, dato il minor tenore d’ossigeno a 4000 metri (in quel caso l’inerte e’ l’azoto stesso).
ci sarebbe da studiare e provare in un attrezzato centroo di ricerche, come ho detto, non si puo” certo cercare di mappare a memoria una centralina su delle supposizioni…
PS:
mai stato patito del calcio, e mai compresa la frase “tutti gli italiani sono allenatori”…
come sta procendo la discussione altro che: “è un po’ come nel calcio… da fuori siamo tutti allenatori, ma le complessità del lavoro le affronta solo il vero allenatore…” neanche io sono un patito di calcio,anzi lo odio, però concordo con Simone Serra, attualmente tutti questi discorsi sono paragonabili a chiacchere da BAR… sono solo speculazioni prive di qualsiasi dato sperimentale, tutto questo ovviamente in mia opinione.
..gia, ma pensare non fa’ mai male; si puo’ sbagliare, ma quantomeno si sposta la ricerca un passino piu’ in la’.
poi e’ vero che ci vogliono passione e pochi mezzi per approdare a soluzioni innovative, ma per metterle in condizioni di lavorare con efficacia ci vuole un sacco di attrezzatura.
ad esempio stavo effettuando la ricerca (pura speculazione mentale) di eliminare i normali controlli per la portata dell’alimentazione sfruttando sonde ecografiche (eco-doppler); si stanno diffondendo come rilevatori di portata industriali, e permettono l’esatta stima del flusso dei gas in un condotto senza interferenze fluidodinamiche… ma e’ solo speculazione…ci vuole un sacco di ricerca e l’acquisto di una sonda eco-doppler da 100 euro…