RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

RECUPERO DELL'ENERGIA CINETICA DI VEICOLI MEDIANTE DISPOSITIVI DI ACCUMULO PNEUMO-IDRAULICI

Università di riferimento

Università degli Studi de L'AQUILA - INGEGNERIA MECCANICA, ENERGETICA E GESTIONALE - L'AQUILA(AQ)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Enrico CHIAPPINI

Descrizione

L'attività dell'unità di ricerca di UNIV_AQ è orientata allo studio dei sistemi pneumo-idraulici per il recupero energetico a bordo di veicoli durante le fasi di rallentamento e di marcia in discesa nella configurazione di gruppi ausiliari per le fasi di accelerazione, individuati dalla letteratura con la sigla HLA (acronimo di Hydralic Launch Assist).
In breve, gli argomenti di ricerca che il presente progetto prende in considerazione sono:
• simulazione del veicolo con il sistema HLA a bordo ed analisi del comportamento energetico lungo assegnati profili di missione, con evidenziazione dei vantaggi ottenibili;
• analisi del comportamento termodinamico dei cilindri pneumo-idraulici di accumulo;
• definizione e sperimentazione di configurazioni innovative di componenti (valvole) e di tutto il sistema di captazione e restituzione energetica, con l'intento di sviluppare soluzioni costruttive idonee anche per veicoli di piccole dimensioni ed ottenere risparmi sui costi di realizzazione rispetto alle soluzioni correnti (già parzialmente testate da costruttori di veicoli: Ford Motor Company, in particolare), senza pregiudizio alcuno sull'affidabilità e sull'efficienza del complesso veicolo e sistema di recupero.
Le citate attività di ricerca saranno precedute da una fase di coordinamento con l'unità operativa (Cagliari) per definire comuni proporzionamenti, utili per il confronto dei rispettivi risultati teorici e sperimentali, ed essenziali per la definizione degli aspetti dimensionali dei prototipi innovativi che devono essere sviluppati presso l'unità dell'Aquila.
Con maggiore dettaglio, le precedenti tematiche sono articolate secondo cinque distinte linee di attività (qui di seguito sinteticamente descritte) che, soprattutto per quanto riguarda gli aspetti sperimentali, utilizzano (con eventuali modesti lavori di adattamento) attrezzature già in dotazione o in fase di ultimazione presso il laboratorio a disposizione dell'unità di ricerca.

Coordinamento iniziale. (Mese 1) Le unità operative di Cagliari e dell'Aquila definiscono comuni parametri dimensionali per la realizzazione dei rispettivi prototipi, in modo da rendere ottimali le possibilità di confronto ed integrazione dei risultati dei rispettivi programmi di ricerca.

Linea 1: Sviluppo software di simulazione. (Mesi 1-6) Viene realizzato uno strumento software utile per la valutazione energetica dell'uso di sistemi HLA a bordo di veicoli di varia configurazione. Tale software (sviluppato in linguaggio Matlab & Simulink) trae origine da un codice di calcolo già sviluppato in precedenza per lo studio di veicoli elettrici che viene opportunamente adattato implementando moduli che descrivono il comportamento specifico del sistema HLA e di eventuali altri fonti energetiche eventualmente installate a bordo. Il codice, in tal modo, è adatto ad una puntuale descrizione del comportamento energetico di un veicolo con sistema HLA, anche con soluzioni motoristiche sofisticate quali quelle caratteristiche delle configurazioni propulsive ibride.

Linea 2: Sperimentazione ed ottimizzazione termodinamica. (Mesi 1-12) Viene studiato il comportamento termodinamico dei vasi di espansione durante il loro funzionamento di accumulo e cessione energetica. In particolare l'attenzione è rivolta alla valutazione delle perdite dovute alle irreversibilità delle trasformazioni termodinamiche ed alle cessioni di calore verso l'esterno. L'obiettivo specifico della linea di attività e la messa a punto di sistemi idonei a migliorare l'efficienza termodinamica dei componenti, come la letteratura specifica fa intravedere possibile. Le sperimentazioni relative utilizzano un impianto sperimentale di prova già a disposizione della unità operativa, opportunamente modificato per le specifiche finalizzazioni.

Linea 3: Sviluppo di valvola deviatrice innovativa. (Mesi 4-15) Elemento essenziale per un efficiente funzionamento del sistema HLA è la valvola deviatrice che consente il funzionamento dei vasi di espansione con flusso in ingresso ed uscita, sia per quello destinato all'accumulo, sia per quello destinato alla cessione energetica. Tale valvola deve essere caratterizzata da tempi di risposta estremamente rapidi (di qualche millesimo di secondo) e da coefficienti di efflusso il più elevati possibile; tali caratteristiche rendono le normali valvole utilizzate in idrodinamica non perfettamente rispondenti allo scopo. Risulta quindi opportuno sviluppare specifiche tipologie di tale elemento da testare sull'impianto di prova già coinvolto nei lavori della linea 2 di attività.

Linea 4: Sviluppo di unità di prelievo e cessione potenza di tipologia innovativa. (Mesi 7-18) I tradizionali sistemi HLA, utilizzati per esempio da Ford, contemplano l'uso di unità pompe-motore a pistoni assiali e cilindrata variabile. Tali macchine sono di funzionamento abbastanza delicato con conseguente necessità di accurata manutenzione e, inoltre, sono particolarmente costose: sono quindi poco adatte all'utilizzazione su veicoli di piccole o medie dimensioni. In questa linea di attività, pertanto, si vuole definire e realizzare una diversa configurazione del dispositivo che, utilizzando un numero discreto di componenti costruttivamente più semplici, in funzionamento simultaneo o singolo, consenta di raggiungere una riduzione dei costi ed una maggiore affidabilità funzionale.

Linea 5: Sperimentazione al banco prova dei sistemi HLA completi. (Mesi 13-24) Nel corso di questa linea di attività, che è la conclusiva del progetto, il prototipo innovativo realizzato dall'unità operativa dell'Aquila (vedi linea 4) e quello realizzato dall'unità operativa di Cagliari vengono installati al banco prova dinamico (di produzione AVL) a disposizione dell'unità operativa dell'Aquila per realizzare in un primo tempo la necessaria messa a punto e, in una seconda fase, una completa caratterizzazione del suo uso con un veicolo del segmento costruttivo C o D. In particolare utilizzando l'accoppiamento con un motore a combustione interna con potenza massima di circa 60 kW, il prototipo innovativo dell'unità operativa dell'Aquila viene in un primo tempo testato per conseguire la necessaria messa a punto e, successivamente, la completa caratterizzazione funzionale ed energetica in condizioni riproducenti le effettive situazioni di esercizio.