Come i motori a benzina possono sopravvivere nel futuro delle auto elettriche

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I motori a combustione non scompariranno completamente in tempi brevi, se non mai. Alcuni compiti di trasporto o ambienti operativi semplicemente non si prestano alla propulsione elettrica alimentata a batteria o a idrogeno. Un secolo e mezzo di ricerca e sviluppo hanno notevolmente aumentato l’efficienza dei motori a combustione, e gli ingegneri hanno un sacco di ulteriori assi nella manica che promettono di estrarre ancora più lavoro da una molecola di carburante producendo allo stesso tempo ancora meno emissioni nocive. Eccone solo alcuni che teniamo d'occhio, elencati in ordine di complessità e costo di implementazione.

Essere semplicemente in grado di progettare un motore per eseguire una compressione 15:1 o superiore migliora notevolmente l’efficienza termodinamica e la densità di potenza, consentendo un ulteriore ridimensionamento del motore. Ciò richiede carburante con un numero di ottano più elevato e un numero di ottano di ricerca (RON) di 98 rappresenta un punto ottimale, al di sopra del quale la produzione/raffinazione del carburante consuma più energia, diminuendo il beneficio energetico/CO2 dal pozzo alla ruota.

I motori sono dimensionati per gli scenari peggiori come l'accelerazione di un quarto di miglio o il traino di rimorchi pesanti sulla diga di Davis. La disattivazione dei cilindri migliora l'efficienza durante le situazioni di guida meno estreme facendo lavorare intensamente alcuni cilindri mentre gli altri non fanno nulla. La gestione dinamica del carburante può spegnere uno o tutti i cilindri dei V8 da 5,3 e 6,2 litri di GM per aumentare il risparmio di carburante EPA di quasi il 12%. Tula Technologies ed Eaton ora propongono sistemi simili per i motori diesel a lungo raggio, dove un minore rendimento del carburante (1,5-4,0%) paga enormi dividendi di NOx mantenendo le temperature di scarico necessarie per mantenere accesi i catalizzatori.

La potenza di un motore è limitata dalla quantità di aria che può ingerire, motivo per cui i compressori alimentati dall'albero motore e i turbocompressori alimentati dai gas di scarico sono stati sviluppati più di un secolo fa. Compressori elettrici che utilizzano l'energia recuperata dai motori Volvo Drive E e Mercedes M256, tra gli altri; l'aggiunta di un motore/generatore a un turbocompressore elimina il ritardo di potenza e consente la raccolta di energia durante la navigazione. Due riff interessanti sui compressori a manovella sono il ventilatore centrifugo Torotrak V-Charge, che utilizza un CVT per adattare rapidamente la velocità alla domanda, e il ventilatore di tipo Lysholm di Hansen Engine Corp, che presenta una finestra che si apre o si chiude per soddisfare la domanda di aria pressione riducendo al minimo le perdite per offrire efficienza turbo con reattività sovralimentata.

Poiché il carburante richiede tempo per bruciare, le candele convenzionali si accendono mentre il pistone si sta già muovendo verso l'alto, rendendo controproducente la combustione iniziale. I programmi per accendere una quantità maggiore di miscela promettono contemporaneamente una combustione più rapida che consente di avvenire principalmente durante la corsa discendente. Ford ha sviluppato laser nel vicino infrarosso per accendere più punti in una camera di combustione, ma i costi e l'affidabilità rimangono problematici. La sostituzione drop-in delle candele di Transient Plasma inietta fogli di plasma a bassa temperatura che promettono di accendere miscele ultra-magre in modo rapido e freddo per un aumento del risparmio di carburante del 10-15% e una drastica riduzione dei NOx. Anche il nuovo sistema a precamera Twin-Combustion della Maserati ha la funzione di acceleratore d'accensione.

Questo concetto "torta e mangia" promette un'elevata compressione per una navigazione parsimoniosa con acceleratore leggero e una bassa compressione quando il turbo è in modalità boost. Il sistema di biella composto Rube-Goldberg di Nissan varia la corsa del motore, alterando la compressione all'infinito tra 8:1 e 14:1. Siamo rimasti delusi dalle prestazioni del VC-Turbo e dal risparmio di carburante di Nissan/Infiniti e ci chiediamo se la biella eccentrica del FEV potrebbe essere più semplice e funzionare meglio. La pressione dell'olio erogata tramite l'albero motore fa ruotare un cuscinetto eccentrico all'estremità del pistone, modificando la corsa in un intervallo più ristretto, diciamo da 8:1 a 12:1, promettendo un calo del 5% nel consumo di carburante.

Efficienza di un diesel con emissioni di benzina! Questa è la promessa dicotomica dell'HCCI, che cerca di accendere spontaneamente miscele di benzina magre mediante compressione. GM, Mercedes e Hyundai avevano tutte promettenti programmi HCCI, ma solo Mazda ha portato l'HCCI in produzione. Una specie di. SkyactivX utilizza una candela a volte ed è ancora considerato troppo costoso per la vendita in Nord America. Nautilus Engineering ha proposto un concetto HCCI che prevede un piccolo pistone sopra il pistone principale che entra nel proprio piccolo cilindro a compressione più elevata nella parte superiore della corsa per avviare l'accensione per compressione. Tuttavia, non siamo a conoscenza di eventuali contratti OEM detenuti dall'azienda.