Discussione: Chi mi spiega perchè mai i veicoli ibridi sono così efficienti?

Chi mi spiega perchè mai i veicoli ibridi sono così efficienti? Eppure ci hanno sempre insegnato che non è MAI conveniente convertire più volte le diverse forme di energia per via dei -scarsi- rendimenti dei sistemi. Le ibride prendono energia elettrica dal motore endotermico accumulandolo in batterie (altra dispersione) che poi forniscono, nei momenti più opportuni, corrente al motore elettrico che la trasforma in energia meccanica. Abbiamo poi il -non indifferente- peso delle batterie e del "doppio" motore. Eppure la Toyota Prius fa oltre 20 Km con un litro e se ne cominciano pure a vedere parecchie. Qui a Roma ce l'anno già molti "tassinari". L'argomento mi incuriosisce molto...

Originariamente inviata da Viktor

Chi mi spiega perchè mai i veicoli ibridi sono così efficienti? Eppure ci hanno sempre insegnato che non è MAI conveniente convertire più volte le diverse forme di energia per via dei -scarsi- rendimenti dei sistemi. Le ibride prendono energia elettrica dal motore endotermico accumulandolo in batterie

generalmente le batterie vengono ricaricate recuperando l'energia in frenata e in decelerazione.

bisogna aver chiaro che l'auto per passare da 0km/h a 100 km/h in uno spazio (diciamo per ipotesi 1 km) consuma molto più che a percorrere lo stesso spazio a 100km/h costanti.

questo vuol dire che far fare al motore termico continui cambi di regime di rotazione, porta a dei consumi molto alti. il motore ibrido blocca il regime di rotazione dell'auto per un tempo lungo a un regime standard, in questo modo il consumo diminuisce. ora il sovrappiù di energia che si viene a creare durante le frenate, lo accumulo e lo tengo a disposizione.

Occorre intanto capire a che schema ibrido ci si sta riferendo (serie parallelo misto). Dato poi uno schema ci sono prestazioni diverse a seconda di come è "implementato".

Partendo dal riferimento fatto alla Prius (di cui esiste apposita discussione), già è stato detto da dove si recupera gran parte dell'energia (che fa quindi aumentare l'efficienza globale), ma:

Originariamente inviata da Viktor

Eppure ci hanno sempre insegnato che non è MAI conveniente convertire più volte le diverse forme di energia per via dei -scarsi- rendimenti dei sistemi.

La P è un sistema misto. Quando prevale il parallelo... e beh cosa vuol dire questa parola? Che i propulsori lavorano in parallelo! Ognuno cioè fornisce potenza alle ruote, senza transitare poi per conversioni varie.
Ora se per MG2 è abbastanza ovvio (è in presa con le ruote).. altrettanto potrebbe non esserlo per il termico. Tuttavia la disposizione coassiale del Power Spli.. fa si che già meccanicamentre ci siano percorsi di coppia diversi verso MG1 e MG2 (=ruote).

Originariamente inviata da Viktor

Le ibride prendono energia elettrica dal motore endotermico accumulandolo in batterie (altra dispersione) che poi forniscono, nei momenti più opportuni, corrente al motore elettrico che la trasforma in energia meccanica.

"Ni": la Prius può farlo... e può NON farlo, essendo un sistema misto appunto.
Anche poi transitando da termico a MG1, è comunque fattibile un dirottamento su MG2, senza interessare le bat e il loro rendimento (in tal caso rimane quello di MG1 e MG2, comunque).

Originariamente inviata da Viktor

Abbiamo poi il -non indifferente- peso delle batterie e del "doppio" motore

Vero, aggiungerei anche il peso di MG1 (la seconda macchina elettrica), però non abbiamo:
il peso del cambio e leverismi/comandi asservi, della frizione e leverismi/comandi asserviti (compreso "pedale"), dell'alternatore e del motorino d'avviamento.
Oltre a ciò aggiungo che il serbatoio è di dimensioni e capacità ridotta.
Lo stesso motore termico è di prestazioni/capacità inferiori (quindi anche peso) rispetto ad un'auto di pari caratteristiche (facciamo un equivalente 2000cc e rotti, mentre è solo1500cc)
Inoltre non bisogna dimenticare che gli organi di trasmissione citati (cambio e differenziale) introducono perdite (abbassano il rendimento) nello stesso modo come lo farebbe una conversione. Simile discorso va visto per il propulsore (un motore più grande richiede una energia di autosostentamento proporzionatamente più cospicua)

Originariamente inviata da Viktor

e se ne cominciano pure a vedere parecchie.

purtroppo molto poche comparate a paesi come l'Olanda, Svizzera..o la "nazionalista" Francia.. poi perfino in Germania. Per non parlare, se si ha l'occhio attento, della TV, riccha di Telefilms "Americani"... dove non passa settimana senza che se ne scorga una (da CSI a Shark, a Senza Traccia, ecc. ecc.)

Come diceva un certo tipo: perdona loro perchè non sanno! (nonostante il Forum..)

Condivido le considerazioni di Gattmes, però mi si permetta una piccola notazione. Il ruotismo epicicloidale che costituisce il power split, ancorché molto più efficiente di un cambio tradizionale, è pur sempre una fonte di perdite meccaniche rispetto ad una "presa diretta" vera e propria... in ogni caso effettivamente è geniale!

Su questo non si discute: ci sono almeno i cuscinetti dei ..."tre"... ingranaggi... l'attrito.. diciamo ...d'accoppiamento... inoltre il tutto è .."a puccia" nell'olio idraulico relativo (direi).

...comunque vale sempre la regola delle dimensioni, complicatezza, peso (più che quello fisico del cambio, che abbiamo visto si controbilancia con parte del peso dei vari MG1/2, mi riferisco agli effetti inerziali sugli ingranaggi, continuamente accelerati o decelerati a seconda dei cambi e/o velocità)..

ad esempio accelerare una albero con "n" ingranaggi (dove n assomiglia al numero dei rapporti) in un cambio tradizionale, costituito anche da sincronizzatori e loro "peso"... comporta immissioni d'energia (seppur minime rispetto a quella veicolata verso le ruote) che tra l'altro un'auto "normale" non potrà comunque recuperare. Passi pure che di marcia innestata ce ne sarà sempre una.. e quindi le perdite per accoppiamento possiamo considerarle equivalente (per correttezza: in verità ho la.. senzazione.. che nel PS siano maggiori..)... ma il "frullaggio" (a varie velocità) dentro l'olio di multipli ingranaggi/superfici?

..Così, in ultima analisi, direi che è evidente come un oggetto delle dimensioni di una lattina di "coke" e con un solo accopiamento fisso... comporti perdite dell'ordine di "frazioni" di quelle di un classico cambio... (come già evidenziato da luigiduca "... ancorché molto più efficiente..".. e qui palesate)
...perdite comunque diverse dal valore zero!

Originariamente inviata da Viktor

Chi mi spiega perchè mai i veicoli ibridi sono così efficienti?

Eppure ci hanno sempre insegnato che non è MAI conveniente convertire più volte le diverse forme di energia per via dei -scarsi- rendimenti dei sistemi.

Le ragioni sono essenzialmente 2 ..

1) Le macchine ibride fanno lavorare il motore termico ad un regime che gli permette di avere un rendimento molto alto.
Considera che una macchina normale ha una variabilita' enorme nel rendimento del suo propulsore, che varia con il carico e con il numero di giri.

2) Le macchine ibride recuperano energia dalle frenate e dai rilasci ( tutte le volte che si alleggerisce sull'accelleratore ).
Questa energia viene restituita in fase di accellerazione e contribuisce a migliorare il rendimento globale.

Le perdite dovute alle conversioni di energia sono assolutamente superate dai vantaggi dei punti indicati sopra.

Ciao,
Fabrizio.

[moderazione tecncica (gattmes): segnalo che in tempi più recenti è stato tutto "ricapitolato"/approfondito in apposita discussione (e relative asservite) il qui indirizzo è questo: http://www.energeticambiente.it/veic...ie-verita.html ]

La pagina con il filmato della Toyota sul funzionamento delle ibride.
In basso a destra della pagina sotto con il titolo:''La tecnologia ibrida''.


Prius. L'auto più evoluta al mondo.

Il motore a scoppio 'soffre' i bruschi cambiamenti di stato. Direi dunque che il sistema ibrido non è di per se stesso più o meno efficiente ma è meno sprecone.

Infatti...
Io sono un po' 'scettico' sugli ibridi, soprattutto con motore benzina: è vero che si ottiene un risparmio ma non è poi così miracoloso, 18-20 km/l (reali?) invece dei 12-14 di una benzina normale. Un veicolo diesel già consuma molto meno (e infatti stanno arrivando gli ibridi elettrico/diesel)

Comunque a parte le considerazioni sulle sofisticate soluzioni adottate credo sia più semplice dire che il motore termico è UNA CIOFECA: rendimento del 30% in condizioni ottimali (regime ottimo e costante), molto meno nell'uso reale e in particolare nelle soste (infatti adesso c'è lo spegnimento automatico...)
Con l'ibridizzazione si riesce a usarlo di più in condizioni ideali. Inoltre le perdite nella sezione elettrica sono molto inferiori (credo si possa parlare di un rendimento intorno all'80% per la parte elettrica) e probabilmente totalmente compensate dal recupero in frenata.

concordo su molto, tranne che su:

...soprattutto con motore benzina:

Un veicolo diesel già consuma molto meno (e infatti stanno arrivando gli ibridi elettrico/diesel)

Come per tutte le cose... occorre farsi delle domande... domande a cui dare risposte.... e quindi:

Frage: perchè un diesel consuma meno?
Antwort: perchè ha un maggiore rendimento termodinamico

Frage: perchè ha un maggiore rendimento termodinamico?
Antwort: perchè ha un rapporto di compressione, quindi anche di espansione (il dato saliente), più alto: tipo 16:1

Frage: più alto rapporto di compressione di che?
Antwort: di un motore "benzina"

Frage: perchè un motore a "benzina" ha più basso rapporto di compressione?
Antwort: perchè la "benzina" non sopporta una compressione elevata (meno di 10:1)... autodetona (battiti in testa), con perdita d'energia.
In realtà bisognerebbe distinguere i motori non dal carburante, ma dal modo di funzionamento. Quelli definiti "Diesel" sono motori ad accensione spontanea o per compressione (anche combustione progressiva), quelli "benzina" ad accensione comandata o "a scoppio".

Frage: quindi un motore ad accensione comandata (a scoppio) rende sempre meno di uno ad accensione per compressione?
Antwork: assolutamente no. Dipende dal carburante, non dal motore! Un motore a scoppio alimentato a metano (solo a metano!) o ad etanolo (alcol - E85) può avere rendimenti maggiori rispetto uno a gasolio! Se c'è anche dell'acqua (alcol idrato) si possono raggiungere rapporti di 28:1 o più!

Frage: tornando alla domanda iniziale e limitandoci ai carburanti benzina e gasolio/diesel, i motori a "benzina" risultano sempre meno efficienti quindi
Antwort: No! Il rendimento è principalmente legato alla fase di espansione: tanto più è lunga/elevata tanto più si riesce a "spremere".
Il problema della autodetonazione è legato invece alla fase di compressione. Un motore con fase di espansione diversa da quella di compressione può quindi permettersi rendimenti maggiori.... per esempio come un benzina 13:1 "effettivo", senza problema di battiti in testa.

Frage: Esistono questi motori?
Antwort: ovviamente si. Per esempio i "Miller" o gli "Atkinson", impiegati sulle ibride Lexus e Toyota.
( http://it.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Atkinson
http://it.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Miller)

Frage: perchè questi motori non sono più comuni e impiegati su altri veicoli?
Antwort: perchè il contro è una bassa potenza specifica e problemi di rotondità a bassi regimi e carico medio-elevato (esempio in partenza)

Frage: come mai allora questi problemi non impattano su certi ibridi?
Antwort: alcuni ibridi in tecnologia "full hybrid" dispongono di motori elettrici di potenza equivalente ai termici e di coppia (e questo che conta in partenza, salita e ripresa... la potenza è solo per la velocità massima!) dal doppio al quadruplo, in grado di accelerare ben bene l veicolo.
Inoltre gli stessi hanno velocità di rotazione del termico svincolata da quella di rotazione delle ruote, quindi...

Frage: Quindi una Prius, ad esempio, ha un benzina che rende meglio di un Diesel?
Antwort: Alla fine dei conti si! I rendimenti well-to-wheel superano perfino quelli dei veicoli a pile combustibile (fuel-cell) oggi disponibili.


(i fatti tecnici sono realtà... non le impressioni basate su tecnologie arretrate... oppure un tempo inapplicabili. Poi ovviamente si è liberi di credere a quel che si vuole... a Babbo Natale, la befana, ecc. )

[foto allegata: media su 800 km]

Chissà perché ,più parliamo di ibridi , e più mi immagino il loro futuro così:
Un motore a combustione interna che gira a regimi diversi (in relazione con il livello di carica)
che ha il solo il compito di caricare le batterie.
Una serie di sistemi di recupero di energia come ad esempio il 'freno rigenerativo' qui sotto.
Una serie di sistemi per il risparmio di energia (start/stop).
Le batterie alimentano uno o forse più motori elettrici che agiscono con una trazione controllata sulle 4 ruote.
motori_elettrici_trazione_e_freno_rigenerativo_zf.jpg
(copiaincollato da Motori alternativi, motori ibridi, motori elettrici, motori a gas, motori rotativi.)

Gattmes, hai ragione praticamente in tutto, forse sono stato troppo sintetico...

Il senso del mio scetticismo è che su un'auto ibrida mi aspetterei consumi ben al di sotto di 20 km/l, se fossero sui 25-30 mi piacerebbe di più, e forse gli ibridi diesel elettrico (o altri motori più evoluti come da te precisato) ci arriveranno.

La tua media è notevole, ma è calcolata dal computer... hai calcolato quella reale?

Comunque per intenderci la mia Astra SW dichiara più di 20 km/l nel ciclo misto...la delusione è stato scoprire che un macchinone così grosso e pesante ne fa realmente 16-17, non male ma comunque poco rispetto al dichiarato.
Un risultato di 20 km/l SE REALE è notevole ma non miracoloso, perchè comunque sono macchine un po' meno grandi della mia.

Comunque una cosa è certa, le ibride rappresentano il giusto compromesso per abituarci gradualmente al puro elettrico, che per ora ha troppo svantaggi.

(per marcopedroni: full-hybrid Lexus/Toyota fanno già quasi tutto quello da te elencato)

circa il prec. messaggio:

La tua media è notevole, ma è calcolata dal computer... hai calcolato quella reale?

Noi ci conosciamo (e stimiamo) bene. Confido che c'è stata... una svista

Per chi legge e non "ci" conosce in profondità riporto i (miei.. non del computer) dati:
ultimo rifornimento di litri 22,47 fatto il 25-03-2012 a km 110113.
La tracciatura è iniziata a km 8893, quindi i chilometri di riferimento sono 110113-8893=101220
Escludendo l'ultimo rifornimento (ancora nel serbatoio/da "bruciare") il totale dei litri immessi (in 8 anni) è di 5406,92
La media risultante è 101220/5406,92=18,72 km con 1 litro
...di carburante, non di benzina, in quanto una parte di quei 5000 litri sono alcol (E85) con il quale l'auto consuma di più.
(per riccardo urciuoli: se vuoi in privato ti passo il foglio di calcolo dettagliato)

Ovviamente questo tiene conto di code, velocità elevate (autobahn), freddo, neve... insomma tutte le tipologie di guida che si possono incontrare in otto anni.

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Per amor del vero c'è un altro caso/Prius che denota medie ben più basse: circa 12 km al litro. La stessa però ha meno di 5000 km... in quasi 3 anni (praticamente ICE ancora "impastato") e percorre quasi esclusivamente questo percorso:
alla partenza discesa in forte pendenza di circa 1,5 km (qui ICE si porta in termica: i recuperi sono minimi)
percorso cittadino (stop&go) di 2-3 km
salita (ex discesa precedente) di 1,5 km (ICE qui serve)
Inoltre con clima quasi sempre accesso (che sappiamo incidere normalmente per 10-15 %, ma in questo caso, visto il poco tempo per portare a regime l'abitacolo, forse ben oltre il 20%)

Tanto per capirci però, quest'auto si presenta al distributore ogni 3 mesi (il prossimo rifornimento sarà uno choc, visto che l'ultimo è stato fatto l'anno scorso a 1,599 al litro!): l'auto precedente ci andava una volta al mese (a parità di litri riforniti) !

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La morale è: se un ibrido (full hybrid) denota medie basse, sicuramente un altro veicolo (non ibrido) ne farebbe di pietose nelle stesse condizioni.
Per quanto riguarda i fullH Diesel (per capirci Peugeot e Citroën appena usciti) aspettiamo di avere un po' di dati/prove (e vediamo se 4R stavolta nelle sue calcola il contenuto del "serbatoio" batteria... lo scrivo anche qui... così se leggono...)