Ibrido con motore idraulico ed accumulo pneumatico

[janvaljan]

Ne abbiamo già parlato qua e là per il forum, penso sia ora di aprire una discussione completa sull'argomento.

Di cosa si tratta:

un veicolo dotato di 2 propulsori separati, uno a combustione ed uno idraulico, ed in più delle bombolo dove stoccare l'aria compressa. Inoltre è previsto un sistema di recupero dell'energia in frenata, che viene trasformata in aria compressa e stoccata nelle bombole. Ovviamento quando parlo di "aria compressa" intendo anche sistemi con gas diversi dall'aria, che per le sue caratteristice non è la miglior scelta per questo tipo di uso.

Praticamente è l'equivalente dell'ibrido elettrico, con il vantaggio di avere una vita pressochè infinita (le bombole, a differenza delle batterie, non perdono efficienza con l'uso) e costi di fabbricazione inferiori.

Così come per l'elettrico, le architetture possibili sono 2

1) Quella in serie, dove l'intero compito di locomozione è affidato al motore idraulico, ed il motore a combustione è progettato per funzionare a giri costanti e con l'esclusivo compito di trascinare la pompa che ricarica le bombole.
Questo tipo di funzionamento è perfetto nell'uso cittadino, mentre in autostrada mostra tutti i suoi limiti e finisce per portare i consumi ad un livello uguale, se non peggiore, delle auto attuali.

2) Quella in parallelo, più complicata, dove il motore a combustione si sobbarca la locomozione ordinaria, mentre quello idraulico fornisce lo spunto per le condizioni più gravose, quali la partenza, i sorpassi, le accelerazioni repentine.
Questa architettura obbliga alla costruzione di un motore a combustione più potente, ma risulta ottimale per i percorsi misti.

Attualmente sono già in strada modelli in serie per usi particolari, quali i furgoni per consegne dell'UPS. Ecco cosa dichiara la casa madre:

The features of this vehicle combine to make a highly cost-effective hybrid with the following benefits:

* 60-70 percent improvement in fuel economy in laboratory tests
* 40 percent reduction in CO2 emissions

The fuel economy improvement comes from three things:

* Running the engine at the optimum efficiency point as much as possible
* Regenerative braking, which captures and stores a large portion of the energy normally wasted in vehicle braking. The stored energy is used to help propel the vehicle during the next vehicle acceleration—reducing fuel consumption and enabling the vehicle to operate more efficiently.
* These vehicles can store the energy from the hydraulic power, even after the vehicle is turned off. This storage may allow the vehicle to start with this energy, instead of relying on the engine to propel the vehicle.

Additionally, since a hydraulic hybrid vehicle is mechanically based, as opposed to traditional HEV vehicles which are electrically based, troubleshooting problems and regular vehicle maintenance should be easier, more efficient, and thus more economical.

Anche la Ford, in accordo con la EPA sembra interessata alla nuova tecnologia http://www.treehugger.com/files/2006/02/60_mpg_ford_f15.php

Personalmente sono molto fiducioso: potrebbe essere una tecnologia a basso costo adattabile anche ad auto piccole e citycar. E, tra gli altri vantaggi, c'è anche l'aria condizionata gratis ">

[mariomaggi]

janvaljan,
hai appena finito le libagioni?

Qui non si parla di motori ad aria o gas compressi ma di motori idraulici. Sono due tecnologie molto diverse, da non confondere, l'una usa un fluido molto comprimibile e l'altra uno incomprimibile.

Ci pensi tu a correggere il tuo testo per evitare di confondere i forumisti?

Buon anno
Mario

[janvaljan]

In effetti in questo momento l'aria compressa regna sovrana nel mio intestino ">

Avrei dovuto spiegare in modo preciso che questo tipo di tecnologia sfrutta entrambi i componenti

1)Uno incomprimibile (olio idraulico) per la trasmissione del moto

2)Uno comprimible (azoto) per stoccare energia negli accumulatori:

" Inside the accumulators, nitrogen gas is used to pressurize the hydraulic oil as it flows in from the hydraulic transmission during braking. The oil and gas must be kept separate in the accumulator to ensure that the oil does not carry gas through the hydraulic system"

Quindi il funzionamento è idraulico, ma l'accumulazione è pneumatica

Edited by janvaljan - 1/1/2008, 17:22

[RonnyRenneR]

CITAZIONE (janvaljan @ 1/1/2008, 16:58)

In effetti in questo momento l'aria compressa regna sovrana nel mio intestino ">

Avrei dovuto spiegare in modo preciso che questo tipo di tecnologia sfrutta entrambi i componenti

1)Uno incomprimibile (olio idraulico) per la trasmissione del moto

2)Uno comprimible (azoto) per stoccare energia negli accumulatori:

" Inside the accumulators, nitrogen gas is used to pressurize the hydraulic oil as it flows in from the hydraulic transmission during braking. The oil and gas must be kept separate in the accumulator to ensure that the oil does not carry gas through the hydraulic system"

Quindi il funzionamento è idraulico, ma l'accumulazione è pneumatica

Pensi di sperimentare questo sistema??

[tamerlano]

tecnologia interessante e costruttivamente molto semplice da realizzare a livello industriale .
sarebbe interessante avere piu' dati , soprattuto riguardo le potenze in gioco del sistema idraulico-pneumatico .
bella segnalazione janvaljan !!

questa immagine animata spiega bene il concetto di base



Edited by tamerlano - 4/1/2008, 04:05

[janvaljan]

CITAZIONE (RonnyRenneR @ 3/1/2008, 22:43)

Pensi di sperimentare questo sistema??

Sarò sincero e un pò immodesto: l'idea del recupero energia in frenata tramite aria compressa mi gira in testa da almeno 3 anni, ma, come tutte le belle idee, c'è chi l'ha avuta e realizzata prima di me.

Tra l'altro a quei tempi ci fu una bellissima discussione sull'argomento. Però, come spesso succede in questo forum, ci sono tante belle idee ma nessuno (me compreso) che ha il coraggio/i mezzi per applicarle.

Detto questo, rilancio con ulteriori idee che avevo già espresso:

il sistema compressore/bombole potrebbe essere facilmente ottenuto sulle auto attuali semplicemente riprogettando l'impianto di condizionamento dell'auto, che altro non è che un compressore. Così com'è ora si "ciuccia" 2 o 3 cavalli, ingrandendolo un pò diventerebbe perfetto per il recupero di energia in frenata.

Stessa cosa per il turbocompressore dei moderni turbodiesel. Per chi non lo sapesse, nel gruppo tc è presenta una valvola (wastegate) che devia i gas combusti direttamente nel collettore quando la velocità del tc (e quindi la pressione di uscita) è troppo alta. Basterebbe un funzionamento identico, che però devi l'aria compressa in eccesso verso le bombole.
In questo modo le ricaricheremmo non solo in frenata, ma anche in accelerazione.

C'è qualcuno che vuole cominciare "adattando" una bicicletta?

[mariomaggi]

janvaljan,

CITAZIONE

In questo modo le ricaricheremmo non solo in frenata, ma anche in accelerazione.

si, consumando pero' molto piu' carburante di quanto ne serva ora.
Il turbocompressore era gia' stato usato piu' di 50 anni fa sulle auto da corsa.
E' rinato sulle formula 1 dove sono state investite cifre elevate, che hanno poi fatto decollare la tecnologia dei motori turbocompressi.

Se rivedi la tua idea, e provi a descriverla anche sinteticamente ma completa (*), vedrai che non conviene.


(*) Esempio di descrizione: Il sistema proposto e' basato su una presa di forza sull'albero secondario del cambio, che dovra' avere una seconda frizione - grande come la frizione principale - che possa collegare l'albero da frenare con il compressore, solo quando serve. ..... ecc. ecc.
Il peso totale del sistema - circa ..... kg - deve comunque essere accelerato ad ogni partenza e contribuisce al consumo energetico totale ...

Ciao
Mario

[RonnyRenneR]

CITAZIONE (mariomaggi @ 9/1/2008, 08:19)

janvaljan,

CITAZIONE

Esempio di descrizione: Il sistema proposto e' basato su una presa di forza sull'albero secondario del cambio, che dovra' avere una seconda frizione - grande come la frizione principale - che possa collegare l'albero da frenare con il compressore, solo quando serve. ..... ecc. ecc.
Il peso totale del sistema - circa ..... kg - deve comunque essere accelerato ad ogni partenza e contribuisce al consumo energetico totale ...

Ciao
Mario

Me kojotes...

[janvaljan]

CITAZIONE (mariomaggi @ 9/1/2008, 08:19)

janvaljan,

CITAZIONE

In questo modo le ricaricheremmo non solo in frenata, ma anche in accelerazione.

si, consumando pero' molto piu' carburante di quanto ne serva ora.
Il turbocompressore era gia' stato usato piu' di 50 anni fa sulle auto da corsa.
E' rinato sulle formula 1 dove sono state investite cifre elevate, che hanno poi fatto decollare la tecnologia dei motori turbocompressi.

Se rivedi la tua idea, e provi a descriverla anche sinteticamente ma completa (*), vedrai che non conviene.


(*) Esempio di descrizione: Il sistema proposto e' basato su una presa di forza sull'albero secondario del cambio, che dovra' avere una seconda frizione - grande come la frizione principale - che possa collegare l'albero da frenare con il compressore, solo quando serve. ..... ecc. ecc.
Il peso totale del sistema - circa ..... kg - deve comunque essere accelerato ad ogni partenza e contribuisce al consumo energetico totale ...

Ciao
Mario

No no no Mario, niente di tutto questo

Tu stai parlando di un compressore volumetrico. Io invece ho proposto solo una piccola modifica ai turbocompressori attuali. Cercherò di essere più chiaro

Il normale turbocompressore dei moderni diesel non fa altro che estrarre l'energia cinetica dei gas di scarico che altrimenti andrebbe persa. Questa energia viene poi usata per comprimere aria che va a sovralimentare il motore, aumentandone le prestazioni.
In alcuni (pochi) modelli non è presente la wastegate, e il turbocompressore lavora a qualunque regime di rotazione. Nella maggior parte dei modelli invece, si evita di far funzionare il turbocompressore quando il motore è ad alto numero di giri, e quindi l'energia cinetica dei gas di scarico è alta. Questo perchè la turbina girerebbe troppo velocemente trascinando con sè il compressore, il che porterebbe a pressioni troppo elevate dell'aria in entrata nel motore. La wastegata non è altro che una valvola che ha il compito di deviare il flusso dei gas scarico direttamente nel collettore (senza passare dalla turbina) quando la pressione dell'aria in uscita dal compressore è troppo alta.

Quindi, paradossalmente, quello che è un sistema di recupero dell'energia persa (il turbocompressore) viene giocoforza bypassato proprio nel momento in cui darebbe il meglio di sè.

Ecco quindi l'idea di far lavorare sempre il turbocompressore, e a giri elevati, usarlo per comprimere aria da mandare nelle bombole. Questo senza il minimo aumento di consumo di carburante

[tamerlano]

aggiungo un altro link molto interessante sull'argomento

[carlosmeio]

La pressione di sovralimentazione di un motore è circa 1,5 atm. Un turbocompressore ad uno stadio può arrivare a 2,5 atm. mentre le bombole di aria compressa per i motori ad aria comp. sono caricate ad un minimo di 150 atm. per avere un ragionevole stoccaggio di energia. Credo che l'idea abbia bisogno di qualche altra messa a punto.

[Eddy79]

ciao
Il problema a mio avviso e' che la compressione dell'aria e' un metodo molto poco efficente di immagazzinare energia; se ne perde molta in calore ...
Se a questo aggiungiamo la maggior complicazione di un sistema del genere e il peso che si aggiunge oltre al volume (le bombole dovranno essere molto grosse) lo vedo duro il decollo per questa tecnologia.
Forse potrebbe essere applicata con qualche risultato sugli autobus cittadini che effettuano molte fermate e ripartenze e potrebbero avere lo spazio per bombole molto capienti.

Non si potranno raggiungere pressioni troppo elevate (diciamo 200bar) in pochi secondi di frenata perche' questo porterebbe ad un surriscaldamento notevole del fluido compresso con perdite meccaniche sottoforma di calore non trascurabili.

I gas in uscita dal turbocompressore che non vengono impiegati direttamente per la sovralimentazione non possono essere usati a piacere per trarre energia, ricordiamo che eccessive contropressioni in scarico non sono ideali per i motori e comunque i propulsori vengono progettati in funzione di queste pressioni ;
Per farla breve se si aumenta il carico sulla turbina si aumenta la pressione di scarico e cio riduce il rendimento primario del motore, solo la sovralimentazione di aria e di combustibile controbilancia la maggior pressione in scarico e permette aumenti di potenza.

Eddy

[tamerlano]

CITAZIONE

Ecco quindi l'idea di far lavorare sempre il turbocompressore, e a giri elevati, usarlo per comprimere aria da mandare nelle bombole. Questo senza il minimo aumento di consumo di carburante

e se con i flusi deviati dalla wastegate si azinerebbe un altra turbina collegata ad un alternatore che produca elettrcità da utilizzare per ricaricare un paco batterie ???

Le potenze in gioco , sarebbero accettabili per tale scopo ???

[Ospite]

se si utilizzasse tutta l'energia del turbocompressore (magari multistadio)senza wastegate per comprimere aria in una bombola e poi utilizzare un vero e proprio iniettore di aria a pressioni elevatissime, con conseguenti raffreddamento e densificazione dell'aria e quindi più ossigeno, si potrebbero ricavare le stesse potenze da motori più piccoli che consumano come i loro fratelli maggiori ma almeno ingombrano e pesano meno e che avrebbero una erogazione più vicina al due tempi visto che mezzo giro (dal pms al pmi) lo fa compiere l'aria che si espande (tipo eolo...solo per rendere l'idea). Poi i gas esausti si possono usare per sistemi tipo questi descritti qui o per sospensioni e azionamenti vari. Infine con l'aiuto del motore elettrico si potrebbe ripensare a usare le turbine sui veicoli terrestri non dovendo essere più soggette a variazioni continue di regimi.

[ferdy62]

CITAZIONE (RonnyRenneR @ 3/1/2008, 22:43)
Pensi di sperimentare questo sistema??

Sarò sincero e un pò immodesto: l'idea del recupero energia in frenata tramite aria compressa mi gira in testa da almeno 3 anni, ma, come tutte le belle idee, c'è chi l'ha avuta e realizzata prima di me.

Tra l'altro a quei tempi ci fu una bellissima discussione sull'argomento. Però, come spesso succede in questo forum, ci sono tante belle idee ma nessuno (me compreso) che ha il coraggio/i mezzi per applicarle.

Detto questo, rilancio con ulteriori idee che avevo già espresso:

il sistema compressore/bombole potrebbe essere facilmente ottenuto sulle auto attuali semplicemente riprogettando l'impianto di condizionamento dell'auto, che altro non è che un compressore. Così com'è ora si "ciuccia" 2 o 3 cavalli, ingrandendolo un pò diventerebbe perfetto per il recupero di energia in frenata.

Stessa cosa per il turbocompressore dei moderni turbodiesel. Per chi non lo sapesse, nel gruppo tc è presenta una valvola (wastegate) che devia i gas combusti direttamente nel collettore quando la velocità del tc (e quindi la pressione di uscita) è troppo alta. Basterebbe un funzionamento identico, che però devi l'aria compressa in eccesso verso le bombole.
In questo modo le ricaricheremmo non solo in frenata, ma anche in accelerazione.

C'è qualcuno che vuole cominciare "adattando" una bicicletta?

sono un tornitore e stò costruendo insieme ad un amico un veicolo che si muove solo sfruttando l'aria compressa.lo facciamo per hobby tra due settimane vi dirò di più.