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Le nostre auto “sprecano” due terzi del loro carburante

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La conversazione

Alla vigilia della partenza di una vacanza e con i prezzi dei carburanti in aumento, è lecito porsi la domanda: le nostre auto consumano troppo? Anche se l’Europa ha deciso di vietare la produzione di veicoli contro motore termico dal 2035 la maggior parte delle autovetture in circolazione in Francia e nel pianeta guiderà con a motore termicocioè con un motore che utilizza un carburante di tipo benzina o diesel.

Questi motori hanno la funzione di convertire l’energia termica derivante dal combustione combustibile in energia meccanica che verrà utilizzata movimento la macchina. Di Dal 40 al 50% di energia fornito dal combustibile viene convertito in energia meccanica, il resto viene dissipato calore. L’energia meccanica non è completamente restituita alle ruote del veicolo e quasi Il 30% andrebbe perso per attrito. In definitiva, l’energia utilizzata per muovere effettivamente il veicolo rappresenta solo il 30% circa dell’energia totale fornita dal carburante. Da dove vengono queste perdite? Possiamo ridurli? Quale profitto possiamo aspettarci dal consumo di veicoli?

Funzionamento di una macchina termica

Una macchina termica è composta da a Camera di combustione in cui viene bruciato il carburantecielo. Questo porta ad un aumento del volume da gas nella camera di combustione che un pistone spingerà verso il basso. Quest’ultimo è collegato ad una biella, che a sua volta è collegata ad a albero a gomiti convertendo in rotazione il movimento verticale del pistone. Questa rotazione viene inviata attraverso la trasmissione meccanica (in particolare il cambio) velocità) sulle ruote del veicolo.

Le valvole si aprono e si chiudono per far entrare aria e carburante e far uscire i gas combusti attraverso il tubo di scarico. Solo una parte (dal 40 al 50%) dell’energia termica della combustione viene convertita in energia meccanica. Il resto di questa energia viene persa e dissipata dai gas caldi che escono dallo scarico e dal termosifone che raffredda il motore. Il miglioramento della combustione in combinazione con i sistemi di recupero dell’energia può aumentare la percentuale di energia trasformata e ridurre il consumo di carburante di quasi il 30%.

Perdite per attrito

È ora utile definire cosa si intende per attrito. Quando due oggetti vengono messi in contatto tra loro, l’attrito che si verifica nelle zone di contatto tra questi due oggetti contrasterà lo spostamento di uno rispetto all’altro. Ad esempio, l’attrito tra le nostre scarpe e il terreno ci permette di muoverci senza scivolare. Se l’attrito è troppo basso, ad esempio se il terreno è ghiacciato, facilita lo scivolamento tra le nostre scarpe e il terreno e rende molto difficile muoversi quando si cammina. D’altra parte, si può quindi optare per pastiglie che sfrutteranno il basso attrito con il terreno per consentire il movimento di scorrimento. Quindi, se facciamo scorrere (o strofinare) due oggetti uno sull’altro, a resistenza per attrito. Ciò comporta una perdita di energia sotto forma di calore, che si nota quando, ad esempio, ci si strofina le mani. Questo è esattamente ciò che accadrà tra le parti mobili del motore e della trasmissione meccanica e l’impatto di cui valuteremo.

Il tribologia è la scienza che si occupa dei problemi di contatto e attrito e di come gestirli. Ricerca recente di tribologia, ha permesso di stimare le perdite dovute all’attrito nei motori a combustione e nelle trasmissioni alle ruote del veicolo. La figura sopra mostra in giallo le aree di contatto in cui si verificano perdite di attrito in un motore. Le perdite maggiori si verificano attorno al pistone (circa il 45% delle perdite), nei collegamenti tra biella, albero motore e blocco motore (circa il 30% delle perdite) e attorno alle valvole e al loro sistema di controllo (per circa il 10% delle perdite). Il restante 10% corrisponde a perdite di accessori per moto.

L’energia meccanica proveniente dal motore è: abbassato di nuovo a causa di perdite nella trasmissione meccanica, in particolare per attrito negli ingranaggi del cambio. A causa di tutte queste perdite, l’energia meccanica fornita dalla combustione nel motore a combustione viene in definitiva ridotta, nelle condizioni medie di utilizzo del veicolo, di circa il 30%.

Possiamo ridurre i consumi limitando le perdite per attrito?

Circa il 30% del carburante viene quindi utilizzato per vincere l’attrito tra le parti meccaniche in movimento. Una riduzione di queste perdite indica un aumento significativo dei consumi. Ora è necessario concentrarsi sugli elementi che causano attrito per discutere i possibili miglioramenti. Il motore e gli organi di trasmissione sono lubrificati da un olio che viene introdotto tra le superfici e consente di limitare l’attrito e l’usura di queste superfici.

Per ridurre ulteriormente le perdite per attrito, la ricerca in tribologia copre due aree. Il primo è il miglioramento di lubrificanti. Questo lavoro mira a controllare meglio la variazione delle proprietà dei lubrificanti, come il viscosità: con la temperatura. Infatti, l’attrito è generalmente ridotto quando la viscosità è inferiore, ma il film d’olio può diventare troppo sottile e portare a contatto con rugosità superficiale e usura più rapida. A tal fine è allo studio anche lo sviluppo di nuovi additivi aggiunti al lubrificante, che consentono di creare strati protettivi a basso attrito sulle superfici.

La seconda parte riguarda il miglioramento delle superfici stesse grazie alla produzione di rivestimenti, basati in particolare su: carbonio che garantiscono la protezione delle superfici a contatto e un minor attrito. Un altro modo per limitare l’attrito è utilizzare superfici strutturate da una rete di cavità le cui dimensioni sono ottimizzate per consentire una lubrificazione più efficace.

Lavorare che abbiamo condotto di recente presso il Pprime Institute di Poitiers (CNRS, University of Poitiers, ISAE Ensma) ha dimostrato che è possibile ridurre l’attrito del 50% in alcuni tipi di contatto grazie alla tessitura superficiale.

Nel caso dei veicoli con motore a combustione, diversi studi confermano che, a medio termine, queste nuove tecnologie possono ridurre le perdite per attrito dal 50 al 60% per un risparmio di carburante di circa il 15%. Questo guadagno può sembrare piccolo, ma se combinato con un miglioramento dei motori e soprattutto una riduzione delle dimensioni e della messa veicoli e quindi la larghezza del cravatterisparmio di carburante di l’ordine del 50% sono realizzabili. L’aumento del segmento di SUV sul mercato macchinemostra che purtroppo questo non è un percorso che le case automobilistiche hanno intrapreso negli ultimi anni.

Quali sono le soluzioni a brevissimo termine per ridurre la bolletta? Escluso l’acquisto di un nuovo veicolo, l’utilizzo di lubrificanti ad alte prestazioni può ridurre di qualche percento il consumo, che rimane basso e non compensa l’aumento dei prezzi del carburante alla pompa. Inoltre, la scelta di un nuovo lubrificante per un individuo rimane complicata, perché gli studi comparativi sono attualmente disponibili solo nella letteratura scientifica e tecnica e sono quindi riservati a un pubblico informato.

D’altra parte, non dobbiamo dimenticare che i veicoli sono progettati per trasportare più passeggeri. il carpooling autorizza, se il consumo è correlato al numero di passeggeri, a dividere il consumo per 2, 3, 4 o più. L’uso razionale dei veicoli rimane la soluzione più efficace e più semplice per ridurre le bollette energetiche.

A lungo termine, il macchina elettrica, che ora è elogiato dall’Unione Europea e da molti produttori, è una soluzione più efficace dal punto di vista delle perdite per attrito? La risposta è si. Poiché il numero di parti meccaniche in attrito è molto limitato, si stima che tali perdite siano inferiori al 5%. Tuttavia, molti rimangono serrature per farne la soluzione ideale: il peso e il prezzo delle batterie, l’estrazione dei materiali necessari alla loro produzione e il loro riciclaggio.La conversazione

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