Soggetti:
- Consumo specifico di carburante
- Efficienza del motore
- Diagramma di potenza/diagramma a uovo
- Diagramma delle risorse di ridimensionamento
Consumo specifico di carburante:
Solitamente esprimiamo il consumo di carburante di un veicolo in numero di chilometri percorsi per litro, ad esempio: 1:15. La documentazione del veicolo spesso riporta litri per 100 km. Sono state prese in considerazione le condizioni di guida, ovvero il resistenze di guida che svolgono un ruolo importante.
Per i tecnici è interessante sapere quanto costa il carburante per fornire una certa potenza in un periodo di tempo. Questo consumo è espresso in chilogrammi di carburante all'ora (B). Quando lo consideriamo per kiloWatt, parliamo del consumo specifico di carburante (be), espresso in g/kWh.
Il consumo specifico di carburante può essere incluso nel diagramma coppia-potenza del veicolo. Questo diagramma mostra che il consumo specifico di carburante in condizioni di pieno carico è ultimo quando la coppia del motore è appena superiore al massimo.
Efficienza del motore:
Otteniamo il consumo specifico di carburante più basso nelle circostanze in cui l'efficienza del motore è massima. La potenza è espressa in Watt o Joule/s. La potenza erogata è il contenuto termico del combustibile, che è pari al consumo specifico di combustibile (be) * potenza erogata (P) * calore specifico di combustione (H).
Diagramma di potenza/diagramma delle uova:
Durante la fase di prova di ciascun (nuovo) motore viene effettuata una misurazione del consumo specifico di carburante. In questa misurazione, il consumo di carburante viene effettuato su un banco prova motore o su un banco prova potenza a velocità diverse e con carichi motore variabili. Il carico viene regolato premendo gradualmente più a fondo il pedale dell'acceleratore, in modo che il motore eroghi qualche kW di potenza in più ad ogni passo. In questo modo viene coperto l'intero range di velocità.
Nell’immagine sottostante è rappresentato il diagramma del consumo di carburante, detto anche “diagramma a uovo”. Le isole indicano il consumo di carburante in g/kWh. Queste linee (a forma di uovo) collegano i punti il cui consumo specifico di carburante è lo stesso. L'isola più piccola dà una velocità di circa 3000 giri al minuto. il consumo di carburante più basso, pari a 240 g/kWh. Lo chiamiamo il “punto debole”. Il motore è più economico a tali velocità e carichi.
Spiegazione delle linee nel diagramma Ei:
- Asse verticale: la coppia in Nm;
- Asse orizzontale: velocità dell'albero motore;
- Linea blu: la curva di coppia del motore;
- Linee verdi: linee elettriche in kW;
- Isole nere: le aree di consumo
Le linee elettriche (verdi) mostrano chiaramente che al diminuire della velocità, la coppia (e quindi la pressione media di combustione) deve aumentare per mantenere la stessa potenza. Notiamo anche una diminuzione del consumo di carburante. Il consumo minimo di carburante di 240 grammi per kWh viene raggiunto ad una velocità di circa 3000 giri/min con una potenza di circa 85 kW. Il consumo di carburante di questa vettura è in media di 9 l/100 km.
Ciò significa che il motore è più economico quando deve erogare circa l'45% della potenza totale. A potenze inferiori il motore è inefficiente: praticamente non viene erogata potenza, ma tutte le perdite per attrito interno devono essere assorbite. In pratica, ciò può significare che il veicolo può essere più economico quando si guida a 120 km/h in 6a marcia rispetto a quando si guida a 90 km/h in 4a marcia.
Diagramma di potenza per il ridimensionamento:
Fino a poco tempo fa, i produttori utilizzavano motori di grande cilindrata. Nel gruppo VAG, il motore a 6.0 cilindri 12 (W-) è stato il fiore all'occhiello, tra gli altri, dell'Audi A8 e della BMW M5 (E60) che offriva prestazioni elevate con il motore V5 da 10 litri aspirato. Le auto della classe media erano dotate anche di una cilindrata relativamente grande, ad esempio un 2.0 litri aspirato. Oggi i produttori cercano ogni modo possibile per ridurre drasticamente le emissioni senza sacrificare le prestazioni. Vediamo che la cilindrata di un numero sempre maggiore di motori diminuisce e un turbo a gas di scarico garantisce buone prestazioni. Ne vediamo un esempio nella VW Golf, dove il motore da 1.0 litri con turbo offre prestazioni migliori ed è più economico di un (vecchio) motore da 1.4 litri senza turbo:
- VW Golf V del 2005, cilindrata: 1,4 litro, risorse: 59kW, consumo: 6,9 l/100km (1:14.5);
- VW Golf VII dal 2015, cilindrata: 1.0 litro, risorse: 85kW, consumo: 4,5 l/100km (1:22,2).
I diagrammi delle uova seguenti provengono da a atmosferico motore con una cilindrata di 2,5 litro e pressurizzato da 1,6 litri motore. Entrambi i motori erogano una coppia massima di 240 Nm. La curva di coppia del motore aspirato è molto più piatta di quella del motore turbo intorno ai 3000 giri/min. Con entrambi i motori la coppia massima si raggiunge a circa 3000 giri/min, ma vediamo che il pressione effettiva media del pistone (BMEP) per il motore turbo è 7 bar più alto al regime di coppia. Un BMEP più elevato porta a minori perdite di flusso durante lo scambio di gas e ad una maggiore efficienza.
