Motorsport
Automotive alternativo
Motori ibridi
Aggiungere al motore a combustione interna un motore elettrico che collabori con esso o addirittura lo sostituisca nei brevi tratti in città alle basse velocità, può essere un interessante connubio in attesa di soluzioni realmente evolute. Le principali case automobilistiche hanno sviluppato vetture equipaggiate con tecnologia ibrida al fine non di aumentare le prestazioni, bensì di consumare meno carburante a parità di prestazioni ottenute.
Leggi i nostri articoli, inerenti le auto ibride, presenti sul nostro blog.
Soluzioni ibrido benzina-diesel
Alcuni ricercatori stanno tentando un ultimo disperato tentativo di realizzare un motore unicamente a scoppio che consumi meno. Una soluzione estrema che prevede la realizzazione di un motore a combustione interna che disponga sia dei vantaggi dei motori diesel che dei vantaggi dei motori benzina; una sorta di ibrido Benzina-Diesel di cui vi alleghiamo alcuni articoli presenti sul nostro blog:
Toyota Prius Hybrid Synergy Drive
Un motore a combustione interna ed un motore elettrico operano sinergicamente sotto il cofano delle Toyota Prius. Lo studio di questa soluzione ha avuto inizio nel 1997, oggi oltre 2 milioni di Prius circolano in tutto il mondo percorrendo una media di 25 km/l sia in città che nell'extraurbano. Nei veicoli dotati di un tradizionale sistema di trasmissione l'energia viene dispersa in particolar modo a causa delle continue frenate. Hybrid Synergy Drive recupera gran parte di questa energia immagazzinandola in una batteria e riadoperandola nel momento più opportuno tramite un motore elettrico in grado di raggiungere regimi di 13.000 giri al minuto in assenza di attrito. Tale motore viene impiegato alle basse velocità in un range di funzionamento ove il motore a combustione manifesta notevoli pecche sia nell'erogazione della potenza, che nei consumi molto più elevati alle basse andature piuttosto che alle medio/alte andature. La batteria di cui è dotato il veicolo è ad alta tensione ed è progettata per una vita utile pari a quella del veicolo. L'unità di controllo di Hybrid Synergy Drive gestisce in modo fluido il funzionamento di entrambi i motori utilizzandone solo uno o entrambi in modo intelligente. In modalità puramente elettrica la vettura può percorrere fino a 2 chilometri ad un'andatura di 50 km/h. Quando è richiesta la massima accelerazione entrambi i motori entrano in funzione e cooperano. Tra le particolarità di questo motore troviamo la diminuzione del lavoro di pompaggio ottenuta adottando il ciclo Atkinson. Un ciclo che differisce dal noto ciclo Otto per via di un più complesso manovellismo il quale, a scapito della potenza, permette di ottenere una maggior resa e minori consumi. Analizzeremo nel dettaglio questa soluzione alla pagina specifica "Cicli motore" della sezione "Tecnica 2".
Honda IMA
Un motore a combustione interna da 1,4 litri 63 kW - 85 CV a 5700 giri/min con tecnologia V-TEC e iniezione diretta multi-point con doppia accensione sequenziale intelligente (IDS) è accoppiato ad un motore elettrico da 10 kW in grado di esprimere una coppia di 62 Nm che allo spunto può raggiungere il valore di 100 Nm. L'unità elettrica, piuttosto compatta e dal peso contenuto, è alloggiata nel vano motore. Il motore elettrico funge da volano e da motorino di avviamento, inoltre integra il motore a combustione interna nella fase di trazione e diventa un generatore nelle fasi di rilascio e frenata. Tra le particolarità di questo motore troviamo un disegno dei condotti in grado di favorire l'effetto Swirl e un sistema denominato Cut-Off System (da non confondere con il Cut-Off dell'iniezione di cui sono provviste la maggior parte delle vetture oggi presenti sul mercato) il quale blocca temporaneamente le valvole quando è necessario favorire il pompaggio (diminuendo il lavoro necessario) e consente un più ampio recupero energetico nelle fasi di frenata (freno motore ridotto). Altra particolarità di questo motore risiede nell'elettronica che gestisce la logica e l'attività dei due sistemi di propulsione nonché le variazioni di coppia motrice. In un motore quattro cilindri in linea, infatti, la coppia positiva è fornita a turno da un solo cilindro (nel contempo gli altri tre cilindri forniscono una coppia negativa), ciò provoca delle grandi variazioni di coppia di torsione. Per sopperire a tale inconveniente il motore elettrico / generatore interviene offrendo una coppia nella fase opposta a quella erogata nel momento. In tal modo mentre il motore elettrico /generatore si alterna tra alimentazione e rigenerazione, le grandi variazioni di coppia vengono annullate a fronte di una spesa di minime quantità di energia elettrica.
BMW Active Hybrid
All'avviamento della vettura l'energia elettrica fluisce dalla batteria attraverso la centralina per raggiungere i due motori elettrici sull'asse anteriore e posteriore. Cambio e ruote portano su strada l'energia. L'energia cinetica che si libera durante le frenate o in discesa viene recuperata dal Brake Energy Regeneration e serve per ricaricare gli accumulatori. Su un tratto libero a velocità sostenuta l'auto viene spinta dal motore a scoppio (nel caso della Vision si tratta di un motore 1500cc diesel 3 cilindri con turbocompressore a geometria variabile e trasmissione con cambio a doppia frizione). Per l'accelerazione massima si utilizzano tutti e tre i motori per una potenza complessiva di 262Kw ovvero 356 cavalli e ben 80kgm di coppia massima. Durante i viaggi in autostrada il motore a scoppio fa da padrone e un generatore termoelettrico sfrutta come ulteriore sorgente energetica il calore presente nei gas di scarico frutto della combustione.
Porsche 911 GT3R Hybrid
La tecnologia Williams Hybrid Power, utilizzata nelle gare di endurance (24 ore del Nurburgring, 24 ore di Le Mans, 24 ore di SPA....) ha lo scopo di ridurre i consumi e di conseguenza le emissioni inquinanti, pur mantenendo le medesime prestazioni. Tale tecnologia non viene quindi sviluppata per aumentare la potenza del veicolo sul quale è installata. Nonostante ciò il sistema ha un suo peso (che si aggira intorno ai 150 kg) ed il bilancio tra l'incremento di peso e l'incremento di potenza ottenuto grazie ai due motori elettrici da 60 kw ognuno (incremento ottenuto solo per 5 o 6 secondi in uscita di curva e nei tratti in salita) deve in fin dei conti lasciare le prestazioni del mezzo pressochè inalterate*. Certo è che percorrere una gara come la 24 ore del Nurburgring, fermandosi meno ai box, include nel bilancio un sicuro vantaggio in termini di posizioni ottenute. In foto sono visibili rispettivamente: (1+5) Elettronica di gestione potenza; (2) Asse a portale con due motori elettrici da 60Kw; (3) Cavo ad alto voltaggio; (4) Accumulatore elettrico a volano Williams Hybrid Power. Per sapere come funziona visita il paragrafo relativo all'Accumulatore di Energia Cinetica a Volano presente alla pagina "Ausili ai motori ibridi" o visita direttamente la pagina "Accumulo cinetico".
*Rispetto al veicolo tradizionale
Porsche 918 Hybrid
La Porsche 918 è stata concepita con un powertrain di tipo plug-in nel quale un motore a combustione interna ad elevate prestazioni è accoppiato a motori elettrici di ultima generazione, consentendo prestazioni da vera supersportiva. Il motore a combustione interna ed i tre motori elettrici, assieme, sono in grado di erogare un picco di 770 cavalli quando si chiede la piena potenza. Al contrario, nell'utilizzo stradale la Porsche 918 è in grado di consumare solo tre litri ogni 100 chilometri abbattendo drasticamente le emissioni inquinanti (70 grammi/chilometro). L'unità propulsiva è costituita da un sistema ibrido parallelo; motore centrale V8 da 4,6 litri con lubrificazione a carter secco; modulo ibrido con motore elettrico posteriore e frizione di disaccoppiamento; due motori elettrici con frizione di disaccoppiamento e cambio all’asse anteriore; recupero di energia in frenata; quattro circuiti di raffreddamento per motori, cambio e pacco batterie; sistema di gestione termica. Per quanto concerne le prestazioni raggiunte il motore a combustione interna è capace di oltre 411 kW ovvero 570 CV (motore V8); il motore elettrico posteriore può erogare fino a circa 90 kW - 125 CV (modulo ibrido asse posteriore), mentre la somma della potenza massima erogabile dai due motori elettrici anteriori ammonta a circa 80 kW - 110 CV (somma dei motori elettrici asse anteriore). Il tutto per un totale massimo esprimibile (per un percorso limitato) di oltre 555 kW - 770 CV (sistema combinato). La velocità massima è superiore ai 325 km/h, con la sola trazione elettrica si raggiungono i 150 km/h e l'accelerazione da 0 a 100 km/h la si effettua in meno di 3 secondi. L'autonomia in puro elettrico è di soli 25 chilometri. L'alimentazione elettrica avviene mediante un pacco batterie agli ioni di litio con capacità di 6,8 kWh (BOL nominale), potenza massima di 202 kW e sistema di carica plug-in compatibile con rete elettrica.
Lotus Range Extender
Lotus Range Extender (o più esattamente Lotus Fagor Ederlan Range Extender) è un motore a combustione interna ultracompatto, a basso costo, studiato allo scopo di aumentare l’autonomia delle citycar elettriche. Si tratta infatti di un motore che non è accoppiato, come normalmente accade tramite una trasmissione, alle ruote, bensì ad un generatore impiegato per la ricarica delle batterie di bordo. Batterie che ovviamente alimentano il motore elettrico. Lotus Range Extender occupa addirittura il 44% di spazio in meno rispetto al motore tre cilindri che equipaggia la Lotus Evora 414E Hybrid, inoltre pesa il 16% in meno, solo 45 kg. Tanto per rendere l’idea, l’altezza di questa unità propulsiva, è pari a 32,7 centimetri. Tutto lo spazio risparmiato nel vano motore va ovviamente a vantaggio dell’abitacolo e del bagagliaio. Si tratta di un motore 2 cilindri, 4 tempi, 2 valvole per cilindro, di soli 0,9 litri di cilindrata in grado di erogare 20 kW di potenza ed una coppia di 66Nm. L’arco di giri al quale esprime la massima efficienza è compreso tra i 1500 ed i 3500 giri al minuto. Come risulta ovvio osservare, questo motore non nasce per offrire prestazioni, bensì per assecondare al meglio le necessità di una marcia nel traffico urbano nella prospettiva della massima economia di esercizio. Tra le particolarità di questo motore troviamo una distribuzione a due valvole per cilindro. Lotus spiega che questa scelta è stata fatta per ridurre i costi e la complessità del motore, inoltre, le due valvole per cilindro, sono una soluzione ottimale per l’erogazione del motore così come è stato concepito in quanto offrono una migliore rotondità ai regimi medio bassi. Molto interessante anche la soluzione che prevede i collettori di aspirazione e scarico integrati direttamente nella testata. Ciò permette di ottenere un ulteriore abbassamento dei costi di produzione nonché un importante contenimento del volume di ingombro del motore. Il generatore è direttamente collegato all’albero motore e gestito, assieme al motore, da una specifica elettronica studiata da Lotus. Il motore Lotus Range Extender è curiosamente studiato per essere flessibile con i carburanti, può infatti essere alimentato sia con la normale benzina verde, sia con i carburanti rinnovabili ad alcool. Varianti del motore. Il due cilindri di Lotus Range Extender è disponibile anche in versione sovralimentata da 30 kW. Vi è inoltre la versione con cui confrontavamo dimensioni e peso all’inizio dell’articolo, ovvero il tre cilindri da 1,3 litri, sovralimentato che eroga 50 kW a 3500 giri al minuto e che pesa 58 kg. Quest’ultima versione è destinata alla Lotus Evora 414Evolution Hybrid. La variante aspirata di questo motore produce 35 kW e pesa 51 kg.
Jaguar C-X75 - Ultra Lightweight Range Extender
Supercar elettrica ad autonomia estesa, nello specifico dotata di due microturbine dedicate alla ricarica del pacco batterie o alla fornitura, in modalità track, di un surplus di potenza. Lo schema logico è il medesimo del Lotus Range Extender riportato precedentemente, tuttavia, invece di adottare un motore a combustione interna per la ricarica delle batterie al fine di estendere l'autonomia, utilizza un sistema di turbine a gas le quali vantano un rendimento maggiore rispetto a quello dei motori a combustione interna ciclo otto. Questo permette di ricaricare le batterie con consumi contenuti. La C-X75 offre un'autonomia di 110 km senza emissioni di scarico, servendosi soltanto delle batterie. Le due innovative microturbine sono capaci di ricaricare le batterie della vettura per assicurare un'autonomia di 900 km con un solo pieno di carburante, oppure in modalità Track possono fornire automaticamente potenza supplementare direttamente ai motori elettrici per consentire alla vettura di raggiungere una velocità di 330 km/h. La Jaguar C-X75 ha la trazione integrale, è capace di raggiungere i 330 km/h e di accelerare da 0 a 100 km/h in 3,4 secondi con zero emissioni di scarico durante la guida urbana, esplorando i limiti più estremi sia delle prestazioni che della sostenibilità. Hanno partecipato al progetto Jaguar, Land Rover, il costruttore britannico di micro-turbine a gas Bladon Jets (inventori del primo motore a flusso assiale a microgetto) e SR Drives ovvero il più grande produttore al mondo di motori elettrici (appartenente alle Emerson Electric).
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