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La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 La motorizzazione ibrida o la vettura a recupero d’energia.

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Presentazione sul tema: "La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 La motorizzazione ibrida o la vettura a recupero d’energia."— Transcript della presentazione:

1 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 La motorizzazione ibrida o la vettura a recupero d’energia

2 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ibrido o bastardo? Motore termico Motore elettrico (+ batteria!)

3 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 C’è energia ed energia ● Una unità: il joule (J) ● ≈ caduta di 1kg su 10 cm : unità piccola ! ● unità pratica: il watt-ora (Wh) 1Wh = 3600 J 1kWh = J = 3,6 MJ ● energia « ordinata » o non potenziale, cinetica, elettrica... calore

4 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Energie ordinate cinetica: E c = mv 2 /2 1 tonnellata, 68 km/h : 50 Wh potenziale: E p = mgh 1 tonnellata, 18 m : 50 Wh

5 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 L’elettricità pure

6 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 reversibilità delle macchine elettriche

7 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 bisogni in energia? ● accelerazione (aumento di E c ) 0 a 68 km/h, 1 tonnellata: 50 Wh ● salita (aumento di E p ) +18 m, 1 tonnellata: 50 Wh ● Resistenza all’aria, agli attriti Dipende molto dalla velocità Solo aria, vettura costante, 68 km/h, 50 Wh : 1 km 130 km/h, 50 Wh : 274 m

8 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 bisogni negativi? ● decelerazione (diminuzione di E c ) 68 a 0 km/h, 1 tonnellata : -50 Wh ● discesa (diminuzione di E p ) -18 m, 1 tonnellata : -50 Wh ● attriti... Non recuperabili!

9 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Recupero d’energia EcEpEcEp }

10 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Motore termico 1 litre carburante ≈ 10 kWh 10 litri / 100 km (10 km/l): 1 km per kWh o 50 m per 50 Wh (5 litri / 100 km (20 Km/l): 100 m per 50 Wh) rendimento ≈ 1/3 : 3 Wh termici 1 Wh lavoro meccanico

11 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Di male in peggio Motore Mercedes benzina 1,8 l compresso regime coppia potenza 0,33 0,27 0,16

12 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Cambio tradizionale ● frizione / convertitore idraulico ● Numero fisso di rapporti (eccetto CVT)

13 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Diagramma di funzionamento

14 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ricapitolando Utilizzare la zona di rendimento massimo + Potenza moderata Scelta libera di regime

15 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ingredienti: ● Un motore termico non troppo potente ● Un motore/generatore elettrico ● Una batteria per immagazzinare ● Un cambio a variazione continua e… far funzionare l’insieme!

16 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Tipologia degli ibridi serialeParallelo batteria centralina Generatore Motore/Gen. elettrico

17 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ibrido al quadrato Seriale- parallela Motore/Gen. elettrico batteria Centralina Treno epicicloidale Motore/Gen. elettrico

18 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Soluzioni odierne ● Ibridazione «leggera» : – Si parte da una architettura esistente – Motore elettrico e batteria « discreti » ● Ibridazione «pesante» : – Si parte da zero – Parte elettrica «non disinseribile»

19 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ibridazione leggera Honda Insight (1999) 3 cilindri, benzina, 1000 cm3 50 kW (67ch) + 10 kW batteria NiMH 144 V 6,5 Ah (936 Wh) m < 900 kg, consumi: ≈ 3,5 l / 100km

20 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Impianto tecnico

21 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ibridazione pesante Toyota Prius (modèle 1997, Japon) 4 cilindri, benzina (ciclo Miller), 1500 cm3 43 kW (58 ch) + 30 kW batteria NiMH 288 V 6,5 Ah (1,87 kWh) m ≈ 1240 kg, consumi: ≈ 5 l / 100km ?

22 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ciclo Atkinson Ciclo Otto : ● rapporto di espansione non ottimizzato ● perdite di pompaggio all’immissione Soluzione proposta da James Atkinson (1882)

23 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Ciclo Miller Problemi del ciclo Atkinson : ● Attriti supplementari ● Complessità meccanica Soluzione proposta da Ralph Miller (USA) negli anni 1940

24 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Come funziona? ● Nessun cambio ● Nessuna frizione o convertitore idraulico ● Non uno, ma due motori elettrici

25 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Principio del « Power Split Device » Treno epicicloidale Motore generatore MG2 MG1

26 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Impianto meccanico

27 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Il cuore della trasmissione

28 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Tutto passa di là

29 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Treno epicicloidale ● Già presente nel cambio automatico tradizionale ● Matematicamente paragonabile ad un differenziale ● Non è una «vera» trasmissione a variazione continua! ● Necessita di due motori elettrici di cui uno grande (con tanta coppia)

30 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Trasmissione continua? ● Definizione di un rapporto di trasmissione? – Rapporto di velocità d’entrata / d’uscita – Rapporto di coppia d’uscita / d’entrata Principio di leva ● problema: – Tre alberi, dove sono le entrate e le uscite? – Rapporto di coppia costante

31 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Forza e coppia

32 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Cliccadromo interattivo Approfittiamo del lavoro dei altri...

33 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Trasmissione ad una velocità a presa costante Una invenzione di Shadok?

34 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Riscaldamento o ricarica all’arresto guida «normale» Modalità elettrico Modalità «eretico» Retromarcia (sempre elettrico) Le diverse modalità della trasmissione

35 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 In pratica ● Per il guidatore medio : – Pedale destro: accelerare – Pedale sinistro: frenare ● Per i curiosi : – Fonte di esperienze e misurazioni

36 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Misurazioni

37 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Qualche risultato

38 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Trasmissione elettro-meccanica

39 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 E la batteria?

40 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Difficile da scaricare

41 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre ma facile a ricaricare!

42 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Quanta energia recuperata ?

43 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 ● dislivello : h = 700 m ● massa (vettura + benzina + conducente +...) : m = 1400 kg ● g = 9,81 m.s -2 ●  E p = mgh = 9,6 MJ = 2,7 kWh ●  E batteria = 0,7 kWh Calcoli a tavolino  E batteria /  E p = 0,26 ovvero 4 km gratuiti per 8 km di discesa

44 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Diagramma di funzionamento

45 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Bilancio consumi

46 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Bilancio inquinamento: benzina

47 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Bilancio inquinamento: diesel

48 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Paragone ingannevole ● benzina : 34,7 MJ = 9,63 kWh per litro ● diesel : 38,7 MJ = 10,74 kWh per litro (+12%) en énergie, 5 litres d'essence = 4,5 litres de diesel ● Rendimenti diversi (sebbene...)

49 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Il taxi ideale?

50 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 certains le pensent

51 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Effetti secondari ● Modalità elettrica se la velocità < 50 km/h : Viva i 50 in città. ● Frenata rigenerativa se (molto) moderata: Invito alla anticipazione ● Manovre in modalità elettrica: Un vero piacere Nessuna scusa per parcheggiare male

52 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Fuel Cell Marathon (mai – juin 2004)

53 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Dimostrazione per l’assurdo GM HydroGen3 (www.gmeurope.com/marathon/) Pila a combustibile non ibrida « Ogni 150 chilometri al massimo dovevamo fermarci per rifornirci, che ci forniva un’autocisterna: circa 75 litri di idrogeno liquido, pesando meno di cinque chili, raffreddato a - 253°C, è un pieno. » «Usiamo esattamente 1 chilo di idrogeno per 100 chilometri sfruttando le discese (l’auto non ha freno motore).»

54 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Confronto di energie 50 l/100 km d’idrogeno liquido (-253°C) 33 kWh / kg ; 50 l = 3,5 kg cioè 117 kWh Prius : 4,3 l/100 benzina cioè ≈ 42 kWh... Senza contare il resto ! (energia di liquefazione dell'idrogeno) energia di liquefazione dell'idrogeno

55 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 E l’idrogeno rinnovabile? += ● 1 kW / m 2 > 200 W / m 2 mediamente ● cellule: r = 20 % (!?) > 40 W / m 2 ● 1000 m 2, 24 h > 960 kWh > 100 litri di carburante tipo senza piombo 95 ● Distributore tipico: litri / giorni...

56 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Futuro? ● Generalizzare l’architettura ibrida ● Diesel ibridi, inizialmente sui veicoli commerciali ● Apparizione degli ibridi ricaricabili ● Pila a combustibile «ammazzati nell’uovo» da nuove batterie? ● Obbiettivo a 5 anni: vettura Diesel, ibrida, 3 l/100 km, pulita dal particolato e NO x

57 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Evoluzione corta ma istruttiva La più anziana delle ibride: Toyota Prius modelli successivi: 1997 (NHW10), 2000 (NHW11), 2003 (NHW20) NHW10NHW11NHW20 Pot. Mot. Termico(kW) Pot. Mot. Elettrico(kW) Capacità batteria (kWh)1,91,81,3 Massa batteria (kg) a 100 km/h (s)14,513,410,9

58 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Non dimentichiamo l’essenziale… L'automobile è indispensabile? Difficile farne a meno ma: ● L’uso abusivo nelle piccole distanze in citta (bicicletta, rollers, bus... E a piedi!) ● L’uso abusivo sulle lunghe distanze (treno molto più efficace energeticamente) ● Non credete che la tecnica risolvi tutti I problemi (effetti perversi sempre presenti!)

59 La motorisation hybrideFrançois Roby – UPPA - octobre 2004 Grazie !


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