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ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES www.transportlearning.net COMBUSTIBILI CONVENZIONALI Carlos Sousa AGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada.

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1 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES COMBUSTIBILI CONVENZIONALI Carlos Sousa AGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada

2 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES MOTORI DIESEL E BENZINA Ciclistica a 4 tempi Componenti principali Sistemi ausiliari

3 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES MOTORE DIESEL A 4 TEMPI ASPIRAZIONE Laria entra nella camera di combustione

4 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES COMPRESSIONE Con tutte le valvole chiuse, il pistone va sù, comprimendo laria nel cilindro Incremento della temperatura dellaria e della pressione MOTORE DIESEL A 4 TEMPI

5 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES INIEZIONE Il combustibile è iniettato nel cilindro ad alta pressione, dopo la compressione dellaria MOTORE DIESEL A 4 TEMPI

6 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES ESPANSIONE Il combustibile si infiamma quando viene a contatto con laria calda Il motore è così creato. MOTORE DIESEL A 4 TEMPI

7 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES VAPORE DI SCARICO Dopo la combustione, i gas combusti lasciano il cilindro attraverso la/le valvola/e di scarico MOTORE DIESEL A 4 TEMPI

8 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES ASPIRAZIONECOMPRESSIONEESPANSIONEVAPORE DI SCARICO INIEZIONE COMBUSTÃO MOTORE DIESEL A 4 TEMPI

9 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Rapporto di compressione =

10 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES COMPONENTI PRINCIPALI DEL MOTORE

11 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Pistone – Trasmette il movimento allalbero Albero di connessione – Trasmette il movimento allalbero a gomiti Albero a gomiti – Trasforma il movimento alternato in movimento circolare COMPONENTI PRINCIPALI DEL MOTORE

12 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES

13 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES

14 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES

15 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Distribuzione (apertura/chiusura delle valvole) Sistema di raffreddamento (previene il surriscaldamento dei componenti) Lubrificazione (riduzione di piombo, lavaggio dei componenti, ecc.) Combustibile (aspirazione di carburante ) PRINCIPALI SISTEMI AUSILIARI

16 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Doppio albero a camme in testa, DOHC Albero a camme laterali DISTRIBUZIONE

17 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES DISTRIBUZIONE

18 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Finalità: SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO 1. Raffreddare i componenti del motore: Mantenere il motore ad una temperatura accettabile (es. evitare che i componenti si surriscaldino) mantenere le proprietà fisico-chimiche del lubrificante (facilmente alterabile a temperature troppo elevate ) 2. Riscaldare labitacolo per la climatizzazione del veicolo 3. Migliorare la partenza a freddo

19 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Pompa acqua Termostato Radiatore Ventilatore Sistema di riscaldamento SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO

20 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Lolio del motore non serve solo a lubrificare ma è anche dotato di: Proprietà altamente detergenti e disperdenti Caratteristiche altamente antiossidanti Buona capacità di raffreddamento (contribuisce al raffreddamento del motore) Buona capacità di neutralizzazione degli acidi Ottima resistenza agli sbalzi di temperatura (caldo e freddo) SISTEMA DI LUBRIFICAZIONE

21 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES SISTEMA DI LUBRIFICAZIONE

22 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES SISTEMA DI COMBUSTIONE Finalità: Una volta immesso il combustibile nel motore, esso si miscela con laria calda allinterno del cilindro, evapora, si infiamma e brucia

23 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES 1. Iniezione indiretta 2. INIEZIONE DIRETTA Iniezione diretta nei cilindri Pressioni diniezione più elevate Tecnologia più costosa e sofisticata Iniettori multipli SISTEMA DI COMBUSTIONE

24 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES DirettaIndiretta PerditeMinore dispersione termica Maggiore dispersione termica tra le camere PerformanceMaggioreMinore VelocitàVelocità del motore moderataVelocità del motore più elevata Combustibile Necessita di carburanti di qualità superiore Funziona con carburanti di più scarsa qualità (viscosità, numero di cetano) Iniezione Multijet (Pressioni diniezione più elevate) Single-jet (Pressioni diniezione più modeste ) INIEZIONE DIRETTA – INIEZIONE INDIRETTA A CONFRONTO

25 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES VantaggiSvantaggi Minor consumo di carburante Prezzo PotenzaRumorosità Partenza freddaVibrazioni INIEZIONE DIRETTA – INIEZIONE INDIRETTA A CONFRONTO

26 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES INIEZIONE DIRETTA

27 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Squish e swirl INIEZIONE DIRETTA

28 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES SISTEMI DI INIEZIONE Pompa radiale e in linea Iniettore-pompa Common Rail

29 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES SISTEMI DI INIEZIONE Pompa in linea bar bar allestremità delliniettore

30 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES SISTEMI DI INIEZIONE Pompa radiale / bar allestremità delliniettore

31 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES SISTEMI DI INIEZIONE Vantaggi Nessun tubo di carburante ad alta pressione Pressioni diniezione più elevate Minor consumo di carburante Potenza e coppia migliori a basse velocità del motore Iniettore Pompa 2000 bar

32 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Pressão máx – 1500 bar SISTEMI DI INIEZIONE Common-Rail bar Vantaggi Migliore controllo iniezione Riduzione di rumorosità e vibrazioni Buon consumo di carburante Coppia e potenza buone Riduzione di emissioni inquinanti

33 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES MOTORI A BENZINA Il motore a benzina permette di utilizzare: Una miscela di aria e carburante Aria, con carburante immesso direttamente nel cilindro – Motori ad Iniezione Diretta Source: Total

34 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES TURBOCOMPRESSIONE Finalità: Aumentare il rapporto potenza/peso Un compressore aumenta la densità dellaria prima di essere immessa nei cilindri Svantaggi (relativi ai motori atmosferici - non-turbo): Complessità e costi maggiori Maggiori alterazioni fisiche e termiche del motore Vantaggi: Migliori coppia e potenza Migliore consumo di carburante

35 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES TURBOCOMPRESSIONE

36 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES TURBOCOMPRESSIONE

37 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Geometria variabile Maggiore coppia su lintera gamma delle velocità del motore Migliore consumo di carburante Maggiore potenza TURBOCOMPRESSIONE

38 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES TURBOCOMPRESSIONE SCAMBIATORE DI CALORE Finalità: Aumentare il rapporto potenza/peso Lo scambiatore di calore raffredda laria dopo la compressione e prima della sua ammissione nei cilindri: Maggiore massa daria nei cilindri Più carburante Maggiore coppia Più potenza

39 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES FORMAZIONE E CONTROLLO DEGLI INQUINANTI La combustione dei motori Diesel è caratterizzata da unalta concentrazione di particelle inquinanti derivanti da combustibile (scarsa atomizzazione/vaporizzazione del carburante). Maggiori inquinanti: Sostanza particellare (PM) Idrocarburi incombusti, HC Monossido di carbonio, CO Ossidi dazoto, NO x

40 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES FORMAZIONE E CONTROLLO DEGLI INQUINANTI Controllo delle emissioni: Ricircolazione dei gas di scarico, EGR Filtri del Particolato Catalizzatori

41 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Catalizzattori Controllo delle emissioni Diesel: Ricircolazione dei gas di scarico, EGR (previene la formazione di NO x ) Filtri del Particolato, attivi e passivi (PM) Catalizzatori per ossidazione (HC e CO) Riduzione catalitica selettiva, SCR (NO x in N 2 e H 2 O) Benzina: Catalizzatori trivalenti Catalizzatori per ossidazione (CO e HC in CO 2 e H 2 O) Catalizzatori per la Riduzione (NO in N 2 e O 2 )

42 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Qualità del combustibile, diesel: Il diesel è cetano derivato (C 10 H 22 ) Il Numero di Cetano: Indica la capacità maggiore o minore del combustibile di auto accensione ( diminuire il ritardo per lauto accensione) 15: Modesta capacità di auto accensione: isocetano 100: Elevata capacità di auto accensione: cetano Numero di cetano minimo richiesto: 51 Tenore in zolfo: Meno di 50 ppm Carburante a basso tenore di zolfo Elimina le emissioni di anidride solforosa (SO 2 ) Riduce le emisssioni PM Meno di 10 ppm: Carburante senza zolfo (Dal 2009)

43 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES

44 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES HCCONO x PM Diesel Benzina FORMAZIONE E CONTROLLO DEGLI INQUINANTI

45 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES STANDARD EUROPEI DELLE EMISSIONI StandardAnnoCOHCHC + NO x NO x PM Euro Euro 2 - IDI Euro 2 - DI Euro Euro Veicolo Diesel per trasporto persone 2,5t (valori in g/km)

46 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES RENDIMENTO ENERGETICO COPPIA Energia generata in un giro del motore, determinato dalla combustione del carburante [kg.m o N.m]. 1 kg.m=9.8 N.m Maggiore è la coppia, più efficiente è il motore per il regime del motore dato. POTENZA Energia generata per unità di tempo [W o CV]. 1kW = 1,36 CV 1 CV = 0,736 kW

47 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES RENDIMENTO ENERGETICO Curva della coppia Mostra la distribuzione della coppia durante lintera gamma di velocità del motore, a pieno carico (con massimo afflusso di carburante). Dovrebbe essere quanto più piatta per garantire una buona risposta del motore a tutte le velocità. RPM x N.m (oppure kg.m)

48 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES RENDIMENTO ENERGETICO Curva di potenza Mosta la distribuzione di potenza durante lintera gamma di velocità del motore, a pieno carico (con massimo afflusso di carburante). RPM x kW (oppure CV)

49 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES RENDIMENTO ENERGETICO CO 2 emissioni per litro: Benzina leggermente meno del Diesel CO 2 emissioni per km: il Diesel usa meno carburante... …emette meno CO 2 Il rendimento energetico varia in funzione della compressione II rapporto aria/combustibile è variabile nei motori Diesel. Il rapporto aria/combustibile è costante nei motori a Benzina (stechiometrico: 14.7 / 1), a prescindere da carico e velocità. Nei motori a gasolio il rapporto aria/combustibile può abbassarsi fino a 100 / 1. Offrono quindi, rispetto ai motori a benzina, un rendimento di combustibile a carico parziale tanto più importante.

50 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES RENDIMENTO ENERGETICO Rapporto di compressione Teorico rendimento del motore Motori Diesel Motori a benzina

51 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES RENDIMENTO ENERGETICO Lavoro utile Procedura ideale Perdite stechiometriche Perdite di combustione Variazioni di velocità Perdite Perdite di carico Perdite 87% Motore a benzina, guida in zona urbana

52 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES DIESEL – BENZINA A CONFRONTO DieselBenzina Immissione AriaAria e carburante Combustione Auto accensione, dovuta allalta pressione e alla temperatura allinterno del cilindro Accensione a scintilla Carburante Deve evaporare facilmente e auto avviarsi (Numero di cetano elevato) Non deve auto avviarsi (Numero di ottano elevato) Rapporto di compressione Il più alto possibile (15 su 24) Limitato dalle caratteristiche del combustibile (9 su 12) Rendimento ~35%Meno di 30% Turbocompressione Quando è possibile. Aumenta il rendimento e migliora la combustione Soluzione non comune, pur riscontrando sempre più consenso.

53 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES DIESEL – BENZINA A CONFRONTO DieselBenzina Consumo di carburante MinoreMaggiore Prezzo del carburante In genere più economico. ma varia in funzione delle tasse applicate da ogni paese. Più elevato Peso Più pesantePiù leggero e più compatto Avviamento Quasi immediatoImmediato Rumorosità e vibrazioni AlteModeste Regime del motore Limitato dalle caratteristiche del ciclo e del carburante Alto

54 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES INDUSTRIA AUTOMOBILISTICA – UNA CURIOSITÀ Nel 1976, la Volkswagen coniò la sigla GTI, senza tuttavia registrarla. Quasi tutti i costruttori automobilistici lhanno usata!! Poi, nel 1991, la Volkswagen coniò la sigla TDI e la registrò. Il risultato fu che…

55 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES INDUSTRIA AUTOMOBILISTICA – UNA CURIOSITÀ TDI – VAG GroupTiD - Saab JTD - Alfa, Fiat, LanciaD- 4D - Toyota d - BMWD5- Volvo CRD - Chrysler, JeepHDI - Peugeot, Citroën TDdi - FordDi-D – Mitsubishi TDCi - ForddTi - Renault CDTi - HondadCi - Renault CRDi - HyundaiCDT – Rover DvTdi – Mazda DTI – Opel DiTD – Mazda CDI – Mercedes DDTi – Nissan

56 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Riassumendo…. Vantaggi del motore Diesel: Miglior rendimento energetico: usa meno carburante/energia (funziona con rapporti di compressione più alti) Vantaggi del motore a Benzina: Migliore accensione a freddo Meno rumorosità e vibrazioni Più elasticità (velocità del motore più alte) Più leggero Maggiore potenza rispetto a un motore Diesel delle stesse dimensioni

57 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Riassumendo…. Investire nel motore e la tecnologia Diesel significa: Migliorare latomizzazione del carburante (più alte pressioni diniezione) Migliorare il flusso allinterno del cilindro ottimizzare liniezine per ridurre rumorosità e vibrazioni Massimizzare potenza e coppia senza che ne risenta il consumo di carburante (ottimizzare la turbocompressione) Ottimizzare liniezione di combustibile per ridurre il consumo di carburante (es.: tecnologie per liniezione nei motori)

58 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Le compagnie petrolifere lavorano per: Aumentare il numero di cetano Abbassare il tenore in zolfo Riassumendo….

59 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Grazie al Prof. Tiago Farias, docente presso lUniversità Tecnica di Lisbona

60 ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES Grazie per lattenzione!


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