TDI: Cosa c'è da sapere per esperti del settore

Ciao a tutti,

No, non voglio modificare la mia auto, ma mi sono sempre chiesto una cosa:

Quanto possiamo spingere il principio fondamentale del nostro motore TDI, assumendo una meccanica sufficientemente robusta?

Fino a quale pressione di sovralimentazione (con l'iniezione di carburante corrispondente) questo sistema funzionerebbe ancora in modo efficiente? Oppure, diventerebbe più efficiente aumentando la pressione di sovralimentazione?

Non mi riferisco a incrementi di pressione da 1 bar a 1,5 bar o simili, ma piuttosto a valori nell'ordine di 5 bar o più.

È logico che né i blocchi attuali né le turbine convenzionali siano in grado di fare questo, ma se ipotizziamo l'esistenza di una "hardware" che lo permetta (considerando quindi tutto come un esperimento mentale): cosa succederebbe?

Senza avere molte conoscenze specifiche, suppongo che il limite teorico debba essere raggiunto almeno quando la pressione di sovralimentazione raggiunge i livelli della compressione del motore... ma anche questo lascerebbe un margine molto ampio.

Cosa ne pensate?

Sarebbe possibile realizzare un piccolo motore TDI da 0,5 litri, dotato di una pressione di sovralimentazione elevata, che possa raggiungere le prestazioni e la coppia dei nostri motori 1.9?

Cordiali saluti,

Jan.

Ciao,

Con l'aumentare del rapporto di compressione del turbocompressore rispetto al rapporto di compressione del motore, la combinazione motore-turbocompressore tende sempre più a trasformarsi in una turbina a gas, con il motore che funge da camera di combustione. A questo punto, si può anche immaginare di eliminare completamente il motore, arrivando così a una vera e propria turbina a gas. La massima compressione raggiungibile in una turbina a gas è determinata dalla chimica della combustione. Al di sopra della temperatura di decomposizione dell'anidride carbonica (ogni sostanza ha una temperatura di decomposizione), non è possibile bruciare il carbonio, e al di sopra della temperatura di decomposizione dell'acqua, non è possibile bruciare l'idrogeno. Se nella camera di combustione si raggiunge una temperatura superiore a questi valori, la combustione non avviene affatto (ma solo al di là di tale soglia).

Conclusione:
Se il motore deve rimanere un TDI, è necessario mantenere il rapporto tra la compressione del turbocompressore e la compressione del motore. Si potrebbero aumentare entrambi i valori fino a raggiungere una temperatura così alta da impedire completamente la combustione.

Bene, sono seduto davanti a questo thread da 15 minuti e sto pensando.
Nonostante non abbia alcuna conoscenza della costruzione di motori, posso immaginare che l'aumento della pressione di sovralimentazione, sebbene possa portare a un aumento significativo delle prestazioni, comporti un notevole aumento dei consumi.
Conosco il caso dei motori a benzina turbo che funzionano con circa 5 bar di pressione di sovralimentazione: in quel caso, i consumi aumentano notevolmente.
La domanda è se, riducendo la cilindrata a 0,5 litri e il numero di cilindri a uno o due, l'aumento di peso si riduca così tanto da raggiungere i livelli di consumo e prestazioni di un motore 1.9 TDI.
Si risparmierebbe notevolmente in peso e spazio, e si aprirebbero nuove possibilità di integrazione.
Per concetti di motori così complessi, la tecnologia, lo sviluppo e i materiali diventano molto costosi.
Probabilmente molti costruttori di motori ci stanno già pensando. Solitamente, loro sono più avanti rispetto al meccanico amatoriale medio.

Ciao,
Non farei un paragone con i motori a benzina, perché in questi ultimi è necessario ridurre notevolmente l'anticipo di accensione all'aumentare della pressione di sovralimentazione per evitare il battito in testa. Ulf, però, probabilmente non intendeva questo quando ha fatto le sue considerazioni sul motore TDI.
Attualmente, e probabilmente per molto tempo a venire, il problema delle turbine a gas esistenti è rappresentato dalla temperatura di ingresso della turbina, o più precisamente, dalla temperatura delle pale all'ingresso. Non so a quale temperatura l'acqua e il CO2 si decompongono, o per quale altro motivo potrebbero smettere di bruciare, ma questa temperatura è sicuramente molto più alta di quanto i materiali attuali e i sistemi di raffreddamento possano sopportare.
Inoltre, ciò aumenterebbe i costi di costruzione, rendendo una turbina del genere troppo pesante per l'aviazione e troppo costosa per applicazioni terrestri.
L'efficienza dovrebbe inizialmente aumentare (a condizione che siano utilizzate tecnologie di illuminazione a basso consumo energetico).
Temo anche che le caratteristiche del motore tenderanno sempre più a quelle di una turbina, ovvero che la potenza sarà disponibile solo in un intervallo ristretto di giri. Almeno, quando le alte temperature dei gas di scarico impediranno l'utilizzo di turbine a geometria variabile (VTG), sarà necessario fare delle concessioni.

Il caso limite è la turbina, come utilizzata negli aerei. Secondo me, i vantaggi di un motore a pistoni utilizzati come "camera di combustione e turbina" sono...

1. Grazie alla combustione discontinua, le temperature dei componenti della "sezione di espansione o del motore" rimangono significativamente al di sotto della temperatura di combustione. Questo permette di scegliere una temperatura di combustione più elevata e aumenta l'efficienza termica. Nelle turbine degli aerei, questo vantaggio è parziale: le pale delle turbine sono protette da uno strato di gas più freddo che si trova al di sotto delle temperature di combustione.

2. Il comportamento a carico parziale e l'efficienza in condizioni di carico ridotto sono molto superiori rispetto a una turbina, poiché il rapporto di compressione è determinato meccanicamente. Le turbine nell'industria automobilistica vengono utilizzate solo in applicazioni estremamente specializzate (carri armati americani, competizioni di traino con trattori, locomotive rare).

Cordiali saluti.
Christian.

Ciao a tutti,

Innanzitutto, grazie per le risposte competenti e interessanti.

Prendendo una scala in cui il nostro motore TDI rappresenta un'estremità e la turbina degli aerei l'altra, quanto lungo dovrebbe essere il percorso verso il centro, secondo voi, per valerne la pena (ipotizzando che i problemi di materiali siano stati risolti)?

Cordiali saluti,

Jan.

Cosa ne pensate?
Sarebbe possibile realizzare un piccolo motore TDI da 0,5 litri, dotato di una pressione di sovralimentazione elevata, che possa raggiungere le prestazioni e la coppia dei nostri motori 1.9?


Certo. Vedi il motore TDI da corsa .

Ma il limite si stabilizzerà nel punto in cui lo sforzo necessario per generare la pressione di sovralimentazione diventa eccessivo. Se si desidera una pressione di sovralimentazione di 5 bar, questa deve provenire da qualche parte.
Avresti quindi bisogno di compressori o di più turbocompressori collegati in serie o in parallelo. Questo tipo di soluzione viene utilizzata, ad esempio, nella costruzione navale. Tuttavia, l'utilizzo di turbocompressori per un motore automobilistico renderebbe quest'ultimo, secondo me, poco pratico.
Devi anche considerare che con una maggiore pressione di sovralimentazione, la compressione dell'aria aumenta notevolmente, e di conseguenza anche le temperature dell'aria. Questo potrebbe causare seri problemi all'impianto di iniezione.

D'altra parte, l'efficienza diminuirà inevitabilmente a causa delle perdite meccaniche e termiche, che diventeranno semplicemente troppo elevate.

Quando si utilizzano i turbocompressori, le caratteristiche delle macchine a flusso vengono sempre più trasferite al motore, man mano che si aumenta la pressione di sovralimentazione. In questo modo, il motore tende a funzionare secondo una curva simile a quella di un'elica, il che è meno adatto per un motore automobilistico.
TKN ne ha già menzionato. Ad un certo punto, avrai una turbina a gas con pistoni liberi .

Ciao Gremlin.

Ciao a tutti,

Ho avuto una volta tra le mani dei documenti relativi a un motore aeronautico diesel ad alta quota. A quanto ricordo, era previsto per l'aereo GROB Strato. Questi motori dovevano essere in grado di erogare potenza ancora a un'altitudine di 18 chilometri. Il diametro dell'elica era di 6 metri!


Questo motore diesel dovrebbe funzionare con due turbocompressori a geometria variabile, alimentati ad una pressione di sovralimentazione di 4 bar.
Probabil che fosse più economico modificare motori a benzina già esistenti piuttosto che costruire un motore completamente nuovo.


Non ho più trovato alcun documento, solo il link all'aereo.

http://www.grob-aerospace.de/get.php4?pageid=205

Ritorno alla domanda: ipotizzo che il limite di resistenza del materiale determinerà la fine del processo prima che si verifichino problemi legati alla combustione.
Sembra che funzioni almeno fino a 4 bar.

Secondo me, un rapporto più elevato tra la pressione di sovralimentazione e la pressione di compressione ha ancora un vantaggio che non è stato menzionato: aumenta la potenza specifica (kW per litro di cilindrata), il che significa che il motore a pistoni effettivo può essere progettato in modo più compatto con la stessa potenza. Questo, a sua volta, significa: minori attriti interni del motore stesso. Ciò si traduce in: [/b]un consumo a vuoto inferiore.} Certo, un turbocompressore più grande e potente, che fa parte dell'intero processo, contribuisce anche maggiormente alle perdite totali. Ma al minimo, il turbocompressore è praticamente inefficace. Quindi, si ha un motore molto piccolo con piccoli pistoni, che è molto efficiente al minimo e nelle zone a velocità limitata a 30 km/h.

Esempio estremo: confronto del consumo a vuoto tra la Lupo 1.7 SDI e la Lupo 3L (entrambe con una potenza nominale più o meno simile).}