BSFC - Consumo specifico del termico e alcune deduzioni

[maurymaury]

Volevo condividere con voi il grafico che ho realizzato campionando alcuni dati sulla porta OBD mentre andavo al lavoro (16km in città,poco traffico) più qualche considerazione che ho tratto documentandomi in rete e facendo misure via OBD. Lo scopo del grafico è quello di tracciare il punto di lavoro del motore termico (a mio avviso l’elemento più bistrattato e più sofisticato che abbiamo sotto al cofano)

In tutti i motori termici ad ogni punto di lavoro (individuato dalle coordinate giri_motore/coppia) corrisponde un valore di rendimento (o consumo specifico di carburante detto BSFC). Hyundai dichiara per il nostro motore il punto di miglior BSFC (211 g/KWh ossia 40% di rendimento) a 2200rpm/95Nm quindi a circa 70% carico motore. Allontanandosi da questo punto il rendimento di combustione cala.

Da quello che ho visto con l'OBD il BMS lavora continuamente seguendo due logiche:

1. Aggiunge coppia al motore per “alzare il punto di lavoro” ricaricando la batteria: in questo modo il motore consuma più carburante del necessario (muove la macchina e carica la batteria) ...ma lo fa con miglior efficienza. L’energia in eccesso viene immagazzinata nella batteria.
   
   
2. Toglie coppia al motore erogando un contributo elettrico assieme al termico. In questo caso il motore consuma meno carburante (è aiutato dall’ elettrico) ma lo fa con peggiore efficienza.
   

La logica 1 viene attuata quando i giri motore sono sufficientemente elevati e la coppia necessaria a muovere la macchina è bassa (es: in città a 50km/h costanti). Mano a mano che la velocità aumenta (es:autostrada) la batteria viene caricata sempre meno. Se la velocità aumenta ancora (>130km/h) la batteria viene scaricata per abbassare il punto di lavoro.
La logica 2 viene attuata a bassi giri/elevata coppia (es: partenza da fermo). Lo spunto è sempre elettrico poi, in base al livello di carica della batteria viene deciso se e quando inserire il termico. Essendo questa condizione più svantaggiosa (molto lontani dal miglior BSFC) l'accensione del termico viene quanto più rimandata ma se la batteria non è sufficientemente carica essa è inevitabile.

Nell’ utilizzo città/extraurbano l’attività del BMS provoca mediamente un eccesso di energia che viene accumulata per quanto possibile nella batteria. Quando la batteria è “troppo carica” il termico viene spento e l’eccesso di energia accumulata viene restituita completamente in forma meccanica. Molti pensano che questo sia il motivo per cui le vetture ibride consumano di meno (ossia perché sono capaci di camminare col motore termico spento) ma in realtà il basso consumo (se si escludono i contributi della frenata rigenerativa) è legato esclusivamente al rendimento migliore del motore Atkinson unito alla capacità di sfruttare maggiormente questo rendimento “pilotando” opportunamente il punto di lavoro.

Nel grafico ho indicato il punto di miglior BSFC (rosso), i punti di lavoro con carica batteria (giallo) e i punti di lavoro con scarica batteria (verde)

 

[thor_rm]

Ciao MauryMaury
complimenti per l'articolo veramente interessante....
in pratica si apre un mondo....
Una considerazione su quello che dici
Ho una Ioniq comfort con plus pack acquistata a maggio 2018 ma immatricolata a giugno 2017
A settembre 2018 ho portato la macchina in officina per la prima campagna di richiamo e in tale occasione mi hanno fatto tutti gli aggiornamenti disponibili .........
Ho notato che prima degli aggiornamenti per esempio nelle partenze da fermo schiacciando a fondo l'acceleratore avevo subito il massimo spunto in elettrico e poi entrava anche il termico
... in pratica come la chiamavo io ..... era come una fionda... partenze velocissime
Dopo l'aggiornamento invece mi sembra che parta quasi subito con termico e infatti le partenze mi sembrano ... diciamo... un po' più lente...
Hai per caso notato anche tu qualche differenza ?
TI faccio ancora i complimenti per il post

Saluti a tutti

 

[maurymaury]

Ciao MauryMaury
complimenti per l'articolo veramente interessante....
in pratica si apre un mondo....
Una considerazione su quello che dici
Ho una Ioniq comfort con plus pack acquistata a maggio 2018 ma immatricolata a giugno 2017
A settembre 2018 ho portato la macchina in officina per la prima campagna di richiamo e in tale occasione mi hanno fatto tutti gli aggiornamenti disponibili .........
Ho notato che prima degli aggiornamenti per esempio nelle partenze da fermo schiacciando a fondo l'acceleratore avevo subito il massimo spunto in elettrico e poi entrava anche il termico
... in pratica come la chiamavo io ..... era come una fionda... partenze velocissime
Dopo l'aggiornamento invece mi sembra che parta quasi subito con termico e infatti le partenze mi sembrano ... diciamo... un po' più lente...
Hai per caso notato anche tu qualche differenza ?
TI faccio ancora i complimenti per il post

Saluti a tutti

Ho fatto l'aggiornamento anche io ma non ho notato grosse differenze forse perché l'ho fatto poco dopo aver comprato la macchina è quindi non la conoscevo ancora bene. Comunque non so quanto questi aggiornamenti possano influire sulle prestazioni: la macchina viene omologata con certi valori di consumo e emissioni (indicate anche nel libretto di circolazione) e mi sembra strano che il costruttore possa attraverso un aggiornamento variare queste caratteristiche.
Al momento mi sembra che lo spunto completamente in elettrico si possa fare solo con la batteria ben carica (tutte le tacche accese nella zona centrale)

 

[Hercules]

@ Maurymaury
Molto interessante il tuo post e complimenti per l'esposizione! In effetti tutti noi ( o quasi) possessori di macchina ibrida andiamo a focalizzare la nostra attenzione sulla parte elettrica e non su quella termica; quest'ultima alla fine della fiera è quella che "energizza" il tutto e quindi più alto è il rendimento fisico del termico tanto più sarà alto il rendimento di tutto il sistema. Ebbene sotto il cofano abbiamo un signor motore, dove i tecnici hanno adottato delle soluzioni costruttive d'eccellenza tese a ottimizzare il rendimento e la durata di vita meccanica. A margine vorrei dire che si parla comunemente di motore a ciclo Atkinson, ma in realtà è un ciclo Miller che mima l'Aktinson giocando sui tempi di apertura e chiusura delle valvole e non sul complicato e pesante manovellismo dell'Atkinson.
Non voglio farmi prendere la mano dall'interessante argomento altrimenti rischio l'OT con la conseguente tirata d'orecchi dei moderatori!!

 

[Flyfranz]

Ottimo.... hai dato supporto tecnico alla evidente HSD. I due motori agiscono in sinergia ognuno per quello che sa fare meglio in una data situazione di marcia.

 

[maurymaury]

Mi fa piacere che il mio piccolo contributo sia stato apprezzato. In questi giorni sto mettendo a punto il calcolo in tempo reale del rendimento di combustione che dovrebbe aiutare a capirci ancora di più.
Spero di postare qualche risultato a breve

 

[Hercules]

Rimaniamo in attesa. Argomento decisamente interessante!

 

[Sbrinzo]

Gran lavoro!
Sarebbe interessante vedere cosa cambia quando si usa la modalità sport.

 

[thor_rm]

Mi fa piacere che il mio piccolo contributo sia stato apprezzato. In questi giorni sto mettendo a punto il calcolo in tempo reale del rendimento di combustione che dovrebbe aiutare a capirci ancora di più.
Spero di postare qualche risultato a breve

Attendiamo impazienti !!!

Complimenti ancora per l'articolo

 

[maurymaury]

Ecco il grafico del rendimento di combustione nel mio solito ciclo urbano unitamente alla mappa BSFC del nostro motore (fonte: Hyundai)
Il rendimento e'calcolato in due modalità differenti; il fatto che ottenga due risultati simili ma non molto uguali mi fa pensare che qualcosa non vada nei calcoli quindi lo prenderei con le molle.
Il rendimento "calcolato" si basa sulla misura del consumo di carburante convertito in energia (ho usato densità e potere calorifico della benzina reperiti da internet): il tutto viene diviso per la potenza erogata dal motore in quel momento.
Il rendimento "stimato" si basa sulla mappa del BSFC che è stata tradotta in vettori numerici attraverso un servizio online e poi interpolata sulle coordinate giri/coppia erogata (ho dovuto rispolverare alcune formule di geometria per mettere a punto l'algoritmo di interpolazione).
Il rendimento medio calcolato per il mio ciclo urbano è del 28.6% mentre quello stimato (teorico) è del 36%. Ovviamente sono presi in considerazione solo gli istanti in cui il termico è acceso.

Quello che nel grafico non si vede è che i "picchi" di peggior rendimento corrispondono alle partenze da fermo: da qui la mia idea che per migliorare il rendimento generale occorre lasciare che la batteria si carichi con l'auto in velocità (niente colpetti di freno e decelerazioni forzate per spegnere i termico) e sfruttarla il più possibile per gli spunti

 

[Hercules]

..........

Quello che nel grafico non si vede è che i "picchi" di peggior rendimento corrispondono alle partenze da fermo: da qui la mia idea che per migliorare il rendimento generale occorre lasciare che la batteria si carichi con l'auto in velocità (niente colpetti di freno e decelerazioni forzate per spegnere i termico) e sfruttarla il più possibile per gli spunti

Ho notato anch'io che nelle partenze, se non si ha "l'uovo sotto il pedale dell'acceleratore" entra in funzione il termico, anche spesso solo per pochi istanti. Certamente questi avvii e spegnimenti non contribuiscono al rendimento generale e quindi al contenimento dei consumi.

Comunque, ancora complimenti per il lavoro fatto.

 

[Felipo]

Ho notato anch'io che nelle partenze, se non si ha "l'uovo sotto il pedale dell'acceleratore" entra in funzione il termico, anche spesso solo per pochi istanti. Certamente questi avvii e spegnimenti non contribuiscono al rendimento generale e quindi al contenimento dei consumi.

Comunque, ancora complimenti per il lavoro fatto.

Vero, bisogna avere il piede veramente leggero, soprattutto se si prevede di rallentare nuovamente dopo poco... sarebbe bello se l'auto potesse prevedere il percorso (anche senza avere impostato una navigazione) ed evitare tali accensioni se a breve si presenta uno stop/incrocio/rotatoria...

 

[SilvioB]

Io ho fatto il corso di guida ibrida e dicevano che per consumare meno, ed vero dalle prove che ho fatto, non bisogna partire in batteria, anzi consumare rapidamente la batteria aumenta i consumi, infatti il termico oltre che spingere l'auto deve anche ricaricare la batteria aumentando i consumi. Infatti nel corso ti insegnano sia a consumare meno in città che in superstrade o in autostrada e vi posso garantire che i risultati si vedono.

 

[maurymaury]

..infatti il termico oltre che spingere l'auto deve anche ricaricare la batteria aumentando i consumi...

Potresti spiegare meglio cosa intendi? Quando il termico è acceso spinge l'auto e ricarica la batteria praticamente sempre

 

[SilvioB]

Basta guardare i flussi di energia, e vedrai che quando va il termico salvo non ha la batteria al 100% il termico tende sempre a ricaricare la batteria. a meno che non li stia usando entrambi i motori. e se è troppo bassa la batteria tende a ricaricare il più possibile con relativo consumo di carburante.

 

[maurymaury]

Basta guardare i flussi di energia, e vedrai che quando va il termico salvo non ha la batteria al 100% il termico tende sempre a ricaricare la batteria. a meno che non li stia usando entrambi i motori. e se è troppo bassa la batteria tende a ricaricare il più possibile con relativo consumo di carburante.

Ah ecco è qui che volevo arrivare: lo so che sembra difficile da immaginare ma... il carburante usato per caricare la batteria...non è consumato . Si tratta di un trasferimento di energia dal serbatoio alla batteria.

Quando il termico è acceso esso eroga sempre il 50% della potenza massima disponibile a quel regime di rotazione (se guardi con l'OBD il carico motore ti rendi conto di cosa intendo dire, comunque posto a breve il grafico di questo parametro nel mio solito percorso). Quel 50% viene usato in primo luogo per muovere la macchina...quello che avanza viene infilato per quanto possibile nella batteria. Lavorare al 50% serve per alzare il punto di lavoro del motore e aumentare il rendimento di combustione (vedi grafico del BSFC che ho postato qualche giorno fa).

Se ragioni in termini di consumo specifico (o rendimento di combustione) piuttosto che di km/l guardati sul cruscotto...tutto assume un'altra dimensione: i km/l dipendono da migliaia di cose (strada in salita/discesa,a che velocità vai, quanti siete in auto, etc) mentre invece il consumo specifico dipende solo da due cose: giri motore e coppia erogata. A nessuno piace sprecare l'energia acquistata sotto forma di carburante: quando fai il pieno di benzina acquisti circa 450kwh di energia e ti piacerebbe poterla utilizzare tutta per muovere la tua macchina. Invece potrai utilizzarne solo dal 20% al 40% a seconda esclusivamente del punto di lavoro a cui il motore la brucerà. Personalmente mi piacerebbe poterla bruciare tutta a 2200rpm/95Nm dove il nostro motore spreca solo il "60%"...ma purtroppo questo non è possibile. Allora mi "accontento" di bruciarla il più possibile vicino a quel punto...per tutte le altre situazioni è meglio affidarsi all'elettrico che non ha tutti questi problemi avendo rendimento alto e indipendente dal punto di lavoro. Sempre.

 

[SilvioB]

Certo ma alla fine guardi sempre i KM/l o i L/100KM quindi un determinato pieno quanti KM hai fatto e quanto ti è costato al KM. Le efficenza energetiche sono un esercizio che può avere senso matematico, ma alla fine devi applicarlo alla pratica quindi dei km reali che fai.
Se un determinato percorso uguale sempre stesse condizioni stesso orario e stesso guidatore avevi 20/22km /L con un modo diverso di gestire la tua auto ibrida ottieni 25/28km/l hai una maggiore efficenza di tutto il sistema, ottenendo migliori risultati.

 

[maurymaury]

In questi mesi ho approfondito il discorso del BSFC del nostro motore termico visto che questo dato è determinante per la resa in termini di consumi.
Appoggiandomi ad alcuni documenti trovati in rete ed altri acquistati online ho prodotto il grafico che si vede sotto. In pratica il grafico indica la velocità ottimale (ossia i giri motore ottimali) per massimizzare il rendimento di combustione per ogni marcia.
Sull'asse verticale c'è la distanza geometrica dal punto di miglior rendimento, sull'asse orizzontale c'è la velocità del veicolo indicata dal quadro strumenti. Ogni curva è una marcia.

Avendo noi (Hyundai) un cambio a marce "discrete" (a differenza di Toyota) cambiare la velocità di pochi km/h può comportare l'inserimento di una marcia differente con conseguente cambio di regime di rotazione e deciso spostamento del punto di lavoro del motore.
Il procedimento dettagliato con cui ho ottenuto il grafico è accessibile qui (non lo riporto per questioni di sintesi).
In pratica la velocità ideale per ogni marcia si trova in corrispondenza del minimo di ciascuna curva.
Da questo grafico si vede una cosa molto interessante: a parità di velocità (es:80km/h) sono le marce più basse a portarci vicino al punto di miglior rendimento e non le più alte.

Buone vacanze

 

[Felipo]

Grazie Maury, sempre ottime le tue analisi!
Mi stampo il grafico e nei prossimi giorni verifico come si comporta l'auto a quelle velocità, che marcia sceglie in automatico.

 

[SR84]

Grazie Maury, sempre ottime le tue analisi!
Mi stampo il grafico e nei prossimi giorni verifico come si comporta l'auto a quelle velocità, che marcia sceglie in automatico.

Ciao,ma come capisco che marcia usa la ioniq?io non la visualizzo in modalità eco