Motorul hibrid Scuderi

Carmelo Joseph Scuderi (1925 – 2002)

    Carmelo J. Scuderi a fost un inventator de origine americană, inginer mecanic, inginer specialist în termotehnică și mecanica fluidelor. Și-a dedicat întrega viață profesională (aproximativ 50 de ani) invenției, dezvoltării, testării și comercializării de noi produse. Printre companiile la care a lucrat sau a fost partener se numără Hughes Aircraft Company, US Navy (forțele navale americane), Air Force (forțele americane  aeriene) și NASA (agenția națională spațială americană).

Motorul hibrid Scuderi

Foto: Motorul Scuderi
Sursa: Scuderi

    Îmbunătățirea randamentului motorului cu ardere internă cu ciclu Otto (motorul pe benzină) a fost unul dintre subiectele pe care a lucrat de-a lungul carierei. Astfel în 1998 a început proiectarea motorului Scuderi cu ciclu divizat. Noul concept de motor cu ardere internă a fost finalizat în 2001 când, cu ajutorul familiei, a obținut patentarea invenției și fondurile necesare pentru dezvoltarea motorului prototip cu ciclu Scuderi.

    Carmelo Scuderi a murit în 2002, la vârsta de 77 de ani. Familia acestuia a continuat procesul de dezvoltare și testare a prototipului, proces ce continuă și în prezent.

Motorul hibrid Scuderi - construcție și funcționare

    Este primul motor hibrid cu aer care captează și stochează energie sub forma de aer comprimat, energie care la motoarele clasice este pierdută. Simulările numerice pentru un astfel de motor au arătat o reducere a emisiilor de CO2 și a consumului de combustibil cu până la 50%. De asemenea emisiile de NOx se pot reduce cu până la 80%.

Motorul hibrid Scuderi - vedere 3D

Foto: Motorul hibrid Scuderi - vedere 3D
Sursa: Scuderi

    În comparație cu un motor termic în 4 timpi motorul Scuderi utilizează un ciclu de funcționare divizat. Prototipul motorului Scuderi are 4 cilindrii, doi cilindrii funcționând în regim de compresor iar ceilalți doi în regim de motor. Practic timpii de admisie și comprimare sunt separați de timpii de destindere și evacuare în funcție de cilindrii. Cilindrii compresorului efectuează un ciclu complet de funcționare în două curse, una pentru admisie și a doua pentru comprimare. De asemenea  cilindrii motorului, cei care produc lucru mecanic, efectuează un ciclu complet, destindere și evacuare, în numai doua curse ale pistonului.

Motorul hibrid Scuderi - schemă de principiu

Foto: Motorul hibrid Scuderi – schemă de principiu
Sursa: Scuderi

    Una din diferențele semnificative față de un motor cu ardere internă clasic este aprinderea după punctul mort interior (PMI). Acest proces are ca efect arderea eficientă și completă a amestecului aer-carburant. Când aprinderea (cu ajutorul unei bujii) este inițiată la PMI arderea începe între 11º și 15º după PMI și se termină la aproximativ 23º grade după PMI. Rezultatul este o temperatură medie a arderii mai mare dar cu o valoare maximă (vârf de temperatură) mai mică comparativ cu motoarele clasice pe benzină.

Motorul hibrid Scuderi - ciclu motor

Foto: Motorul hibrid Scuderi – ciclu motor
Sursa: Scuderi

    Motorul prezintă avantajul recuperării energie disipate în timpul frânării automobilului. Spre deosebire de automobilele hibride (termic-electric) sau ce cele electrice, la care energia recuperată în timpul frânării este stocată în baterii, motorul Scuderi stochează energia recuperată sub forma de aer comprimat într-un rezervor sub presiune.

Motorul hibrid Scuderi - rezervorul de aer comprimat

Foto: Motorul hibrid Scuderi – rezervorul de aer comprimat
Sursa: Scuderi

Moduri de funcționare

  1. Nominal – compresorul alimentează rezervorul de aer comprimat precum și cilindrii motorului. Atât compresorul cât și motorul funcționează
  2. Recuperarea energiei de frânare – fluxul de aer comprimat alimentează doar rezervorul, injecția de combustibil este întrerupta. În acest mod funcționeaza doar compresorul, consumul de combustibil fiind zero
  3. Regim stabilizat – fluxul de aer alimentează într-o mare măsură rezervorul și într-o mică măsură cilindrii motorului. În acest mod se creează presiune în rezervorul cu aer comprimat pentru o utilizare ulterioară
  4. Randament ridicat – compresorul este dezactivat, aerul necesar arderii fiind preluat din rezervor. În acest mod pistoanele compresorului nu mai consumă lucru mecanic

Modurile de funcționare al motorului hibrid Scuderi

Foto : Modurile de funcționare al motorului hibrid Scuderi
Sursa : Scuderi

Motorul Scuderi turbo supraalimentat

    Randamentul unui motor cu ardere internă este dat de diferența dintre lucrul mecanic pozitiv (rezultat în urma arderii) și lucrul mecanic negativ (consumat de pentru comprimarea aerului). Dacă se utilizează un turbo-compresor randamentul motorului crește deoarece o parte din energia gazelor de evacuare este folosită pentru a precomprima aerul din admisie.

Motorul hibrid Scuderi cu turbo-compresor

Foto: Motorul hibrid Scuderi cu turbo compresor
Sursa: Scuderi

    Separarea cilindrilor compresorului de cilindrii în care se produce arderea a permis reducerea dimensiunilor cilindrilor de comprimare, energia consumată pe cursa de comprimare fiind de asemenea mai mică. În plus utilizarea unui turbo-compresor a permis reducerea pierderilor prin pompaj și îmbunătățirea randamentului motorului.

Particularitățile motorului hibrid Scuderi

    Datorită modului de funcționare, cu ciclu divizat, motorul Scuderi are câteva avantaje comparativ cu motoarele clasice utilizate pentru automobile:

  • previne detonația datorită injecției întârziate
  • este echipat cu un sistem de injecție inovativ produs de Bosch
  • sistemul de distribuție este variabil, cu control pneumatic, ce permite funcționarea motorului la un randament ridicat în zona de sarcini parțiale
  • este prevăzut cu un sistem de control al așezării supapelor pe sediu, ce permite deschiderea și închiderea rapidă a supapelor de curgere a aerului dintre compresor și motor

Motorul hibrid Scuderi - secțiune 3D

Foto: Motorul hibrid Scuderi – secțiune 3D
Sursa: Scuderi

Caracteristici tehnice

    Scuderi testează două versiuni ale motorului, o versiune aspirată și una cu turbo-compresor. Performanțele motoarelor Scuderi, comparativ cu un motor clasic pe benzină, sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Motorul Scuderi Aspirat Turbo supraalimentat
Turație motor maximă 6000 [rot/min] 6000 [rot/min]
Puterea litrică similară 135 [CP/litru]
Randamentul (Sarcină maximă) similar +10...15%
Randamentul (Sarcini parțiale) +5...10% +15...20%
Emisii -80% NOx -80% NOx
Presiunea de lucru din cilindri 50...65 bari 110...130 bari
Presiunea de injectie 200 bari 200 bari
Presiunea medie efectivă 10 bari 22 bari
Raportul de comprimare 75:1 - compresor
50:1 - motor
75:1 - compresor
50:1 - motor
Cilindreea (aprox. 1 litru) 0.59 - compresor
0.52 - motor
0.4 - compresor
0.52 - motor

Parteneriate

    Grupul Scuderi a încheiat parteneriate cu diferite companii de profil din industria automobilelor pentru proiectarea motorului și furnizarea de piese și componente:

  • pistoane (Mahle)
  • sistem de injecție (Bosch)
  • supape cu comanda pneumatică (Cargine Engineering)
  • simulări numerice (Convergent Science)
  • componente pentru sistemul de distribuție (Schaeffler Group)
  • curele pentru distribuție și accesorii (Gates Corporation)

    De asemenea grupul PSA și Daimler s-au declarat interesați de motorul Scuderi, mai ales datorită potențialului acestuia în ceea ce privește reducerea emisiilor poluante.

Video - modul de funcționare al motorului hibrid Scuderi

Video - motorul hibrid Scuderi - o nouă eră a motoarelor cu ardere internă

Video - motorul hibrid Scuderi - densitatea de putere și turbo supraalimentarea

Video - motorul hibrid Scuderi - tehnologie

Video - motorul hibrid Scuderi - funcționare

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

Permarcu
Duminică, 02 Noiembrie 2014
Motoarele clasice au beneficiat de peste 120 de ani de perfectionari,din aproape in aproape,ajungandu-se acum la o inalta durabilitate si fiabilitate,simultan cu reducerea continua a pretului. Foarte posibil ca acest motor,de conceptie logica,sa nu poata ajunge in fabricatia de serie niciodata,din considerente economice si tehnologice,cheltuielile cu cercetarea fiind pierdute.Au fost multe astfel de cazuri de motoare originale.

Raportează comentariul

Login

Live tracking and statistics

Logo motorul anului