Recupero energia frenata: idee e applicazioni

Ciao appassionati di meccanica,

Ho riflettuto su come si potrebbe immagazzinare e riutilizzare l'energia frenante senza trasformarla in elettricità e immagazzinarla in batterie o condensatori. Il motivo è che un inventore australiano ha costruito un sistema di accumulo idraulico per camion che, durante la frenata, accumula pressione e la rilascia per accelerare il camion.
Ecco a voi un'idea che mi è venuta in mente:
Un motore diesel ha un rapporto di compressione piuttosto elevato, il che lo rende adatto anche a funzionare come compressore. Se si deve rallentare (frenata normale in città o in autostrada), si potrebbe far funzionare il motore come compressore e far immagazzinare l'aria aspirata in un serbatoio.
Per realizzare questo, ogni cilindro dovrebbe essere dotato di una valvola aggiuntiva (comandata elettricamente) che si apre durante la fase di compressione. Il pistone spinge quindi l'aria nel serbatoio di accumulo. Il diesel non viene iniettato comunque, a causa della disattivazione della fasatura.
Un motore TDI dovrebbe essere in grado di raggiungere una pressione di circa 18-19 bar in breve tempo, a seconda delle dimensioni del serbatoio. Poiché la pressione di compressione è assente nella 'fase di lavoro senza iniezione', la capacità di frenata del motore dovrebbe essere relativamente buona.
Ora sorge la domanda: cosa si può fare con l'aria compressa?
Un'idea potrebbe essere quella di riutilizzarle nella fase di accelerazione successiva alla fase di frenata.
1. Una possibile soluzione sarebbe quella di reintrodurre l'aria compressa nel motore, tramite (!) un'ulteriore valvola, attraverso il condotto di aspirazione. Sarebbe inoltre necessario un tipo di valvola di strozzamento o una valvola di non ritorno per evitare che l'aria compressa fuoriesca verso la turbina. L'aria compressa introdotta verrebbe regolata tramite un sensore di pressione per raggiungere un valore massimo accettabile. Il vantaggio sarebbe che, anche al minimo, si avrebbe una pressione di sovralimentazione massima, consentendo al motore di avere una buona coppia anche a bassi regimi.
2. In alternativa, si potrebbe far fluire l'aria, attraverso la valvola menzionata, nuovamente nei cilindri durante la fase di lavoro, sostituendo così la pressione di combustione durante l'avviamento. È chiaro che, in questo caso, non deve essere iniettato alcun carburante. Il motore funzionerebbe in modo simile a una macchina a vapore. Per l'avviamento nel traffico urbano, questo dovrebbe essere sufficiente. I grandi motori diesel delle navi vengono avviati in questo modo. Questo dovrebbe funzionare anche con motori più piccoli.

Il serbatoio di accumulo di pressione potrebbe essere realizzato come un serbatoio isolato. Questo avrebbe il vantaggio di preservare l'energia termica generata durante la compressione. Un'alternativa sarebbe un serbatoio composto da più tubi, disposti sotto il veicolo (per motivi di spazio).
Teoricamente, dovrebbe funzionare in questo modo. In pratica, sarebbe ovviamente complicato, perché sarebbe necessario progettare un sistema di controllo elettrico e un meccanismo di movimento.

Cosa ne pensate?

Saluti.

Eike.

In linea di principio, sembra una buona idea. Tuttavia, l'impegno richiesto è enorme, e di conseguenza aumenta anche il rischio di errori. Inoltre, è probabile che i risparmi non giustifichino l'investimento di tempo e risorse.

Certo, certo.

Sembra molto buono, almeno sulla carta.

Come descrivi, potrebbe sicuramente funzionare. Tuttavia, a causa di un sistema di controllo molto complesso e di una quantità di hardware significativamente maggiore, non sarà possibile produrlo in serie, almeno non nei prossimi anni.

Rispetto, un'idea valida e utile.

Saluti, Georg.

Ciao,

Ottima idea. Lo svantaggio è la bassa efficienza delle macchine alimentate ad aria compressa. Penso che, considerando la compressione, le perdite di temperatura nel serbatoio e le perdite durante il ciclo di lavoro, l'efficienza della energia frenante non superi il 30%. Inoltre, i serbatoi sono pesanti. Rispetto alle auto ibride esistenti (Prius, Insight), il confronto in termini di peso, complessità, costi potrebbe non essere così negativo (l'efficienza complessiva della trasmissione elettrica, dalla frenata alla trazione, non supera probabilmente il 60%). Soprattutto se si considera lo sforzo richiesto da 2 motori elettrici, un cambio speciale e batterie NiMH nel Prius.
I motori ad aria compressa sono stati utilizzati, ad esempio, nelle locomotive minerarie (ex Schutz), e in generale molto nel settore minerario, nei siluri (meno importanti per l'ex Schutz, come si dice), e negli scooter subacquei. I motori diesel più grandi vengono avviati a pressione pneumatica da molto tempo, come suggerito.

Qualcuno sa se un sistema simile a quello di Eike è già stato testato dall'industria?

Cordiali saluti.
Christian.

http://www.umweltfibel.de/lexikon/d/lex_d_druckluftauto.htm

http://www.aircar-luftauto.de
http://www.aircars.de


si tenga presente le condizioni operative.


Ciao Gremlin.

C'era una volta una Golf 3, chiamata "Ecomatic". Non aveva forse un sistema di recupero dell'energia cinetica meccanico, basato sull'utilizzo dell'inerzia del volano?

Ciao!

Quando si utilizza il motore diesel di un'automobile come compressore, il pistone di compressione lavora contro la pressione nell'accumulatore di pressione. Questa pressione di controazione determina la coppia di frenata.

Per garantire una frenata moderata e per evitare il bloccaggio delle ruote, è necessaria una pressione di gonfiaggio relativamente bassa, stimata in circa 10 bar (a causa della superficie relativamente ampia dei pistoni del motore diesel).

Con una pressione così bassa, il serbatoio deve avere un volume enorme per poter immagazzinare quantità di energia utili. Inoltre, in un serbatoio rigido, la pressione dipende fortemente dal livello di riempimento, il che significa che la forza frenante non sarebbe costante, ma aumenterebbe con il riempimento.

Una soluzione sono i serbatoi a membrana, che, grazie alla loro struttura a bolle, mantengono una pressione quasi costante indipendentemente dal livello di riempimento.

Rimane ancora la domanda su dove si possano stipare diversi metri cubi di aria compressa in un'automobile. Potrei immaginare una sorta di sacco di gomma sul tetto dell'auto, che si gonfierebbe fino a raggiungere un diametro di 1,50 - 2 metri.

Saluti.