Condividi su

Articoli - Archivio

05/05/2020
La svolta “green” della componentistica

Innovazioni tecnologiche 

 

Le regole per le emissioni diventano sempre più stringenti e in soccorso alle case costruttrici arrivano fornitori e società di consulenza con flessibili proposte di elettrificazione

Nicodemo Angì

È scoppiata la guerra alle emissioni e il target fissato dall’Unione europea per il 2021 – una riduzione delle emissioni fino a raggiungere i 95 grammi di CO2 al km per le auto nuove – è impegnativo per non dire difficile. Sappiamo che le emissioni di anidride carbonica sono legate direttamente al carburante consumato e il limite previsto implica consumi di 4,1 litri/100 km per le auto a benzina e 3,6 litri/100 km per le auto alimentate a diesel. Quest’esigenza ha portato a un fenomeno interessante: la proposta, avanzata dai fornitori, di progettare powertrain ibridi e elettrici che promettono emissioni molto basse nei cicli di prova, anche in quelli su strada. Il tutto con investimenti contenuti da parte degli Oem perché lo sviluppo di tali componenti viene sostenuto principalmente dai supplier. Questa corsa alla “pulizia” ha in qualche misura ridisegnato il ruolo dei componentisti e dei fornitori di componenti.

 

Accordi costruttivi

Un esempio di questa tendenza è l’accordo fra la società di consulenza ingegneristica Ricardo e il costruttore cinese Geely, proprietario di Volvo.

Il progetto Magma xEV prevede un motore a combustione, ottimizzato per il punto di lavoro fisso, per azionare un generatore elettrico che a sua volta carica la batteria e energizza un motore elettrico di trazione. Il lavoro a regime costante promette rendimenti termici eccellenti, dichiarati essere del 45% al banco. Si tratta di unità con 4 valvole per cilindro che funzionano secondo il Ciclo Miller, caratterizzato dalla fase di espansione prolungata rispetto a quella di compressione. Possiamo dire che si tratta di motori ad alta compressione nei quali la valvola di aspirazione viene chiusa molto in anticipo in modo da diminuire le perdite di pompaggio durante l’aspirazione stessa.

Si ottiene quindi una compressione minore che diminuisce la temperatura della miscela aria-benzina, minimizzando il battito in testa pur con alti rapporti di compressione geometrici. Questo permette di usare miscele magre mentre la fase di espansione “lunga” consente di raccogliere molta energia dai gas della combustione.

 

Ciclo Miller

Anche Valeo è della partita dato che si è alleata con un altro fornitore, il gruppo Dana, per creare sistemi di elettrificazione a 48 Volt. Si tratta di gruppi end-to-end studiati per l’ibridizzazione dei veicoli commerciali leggeri e per dare la trazione elettrica a veicoli passeggeri a 3 e 4 ruote. Valeo contribuirà con inverter e motore mentre Dana fornirà la sua trasmissione e-Gearbox, dedicata ai motori elettrici ad alta velocità di rotazione. Le soluzioni a 48 volt sono interessanti perché la tensione maggiore dei classici 12 V permette di gestire potenze apprezzabili senza le precauzioni richieste dai sistemi da 100 volt e oltre. Notiamo che non occorre parlare di alto di gamma come e-Tron, Taycan e Model S: anche un veicolo cittadino come la Yaris Hybrid ha parti a tensioni ben superiori ai 100 volt. I motori a 48 volt possono erogare qualche decina di kW, sufficienti per una piccola auto e per rendere ibridi veicoli più grandi. L’impiego ideale del Magma xEV è nei sistemi ibridi di serie e nei range extender.

 

Un classico che cambia pelle

Un’altra soluzione, forse la più vicina alla commercializzazione (le valutazioni degli OEM sono già iniziate), è l’MMHP (Mahle Modular Hybrid Powertrain) di Mahle, un fornitore “classico” che si è saputo riposizionare nelle nuove tecnologie. Il gruppo prevede motori modulari turbo, a 2 e 3 cilindri, che all’occorrenza possono contribuire alla trazione tramite trasmissioni a rapporto fisso o a 2 o 4 marce. Il motore elettrico è sempre collegato alle ruote mentre quello termico può essere accoppiato quando occorre.

Il rendimento promesso di quest’ultimo è molto alto pur nella sua semplicità (ha 2 valvole per cilindro) grazie al sistema MJI – Mahle Jet Ignition – che sfrutta/usa una precamera con fenditure intorno alla candela o in un gruppo integrato candela-iniettore. La semplice versione passiva già promette consumi record di carburante (207 grammi/kWh) mentre quella attiva, con iniettore ausiliario in precamera, scenderà a 195 grammi/kWh grazie a miscele molto magre, con rapporto di circa 2.

Se la batteria è carica il veicolo marcia in modalità elettrica ma se la tensione scende il motore termico la ricarica per contribuire, come detto, direttamente alla trazione qualora si desiderino le massime prestazioni.

Mahle stima che il sistema applicato a un SUV compatto porterebbe a emissioni di CO2, nel ciclo WLTP, di circa 18 grammi/km. Il peso di questo motore ibrido modulare è paragonabile a un benzina a 4 cilindri con cambio manuale a 6 marce. Mahle Powertrain attinge alle competenze multidisciplinari del Gruppo che forniranno praticamente tutti i componenti (compresa l’elettronica di potenza) degli MMHP. Non è un caso che l’azienda abbia presentato una batteria compatta a 48 volt con una durata promessa di 20.000 cicli. La capacità è di 0,5 kWh ma può essere ricaricata a 20 kW di picco, rendendola ideale per l’utilizzo cittadino stop-an-go.

 

Come ti elettrifico una gamma

Vediamo ora una soluzione elettrica potenzialmente in grado di diffondersi in maniera capillare dato che equipaggerà le versioni elettriche della Peugeot 208 e della Opel Corsa oltre a modelli Hyundai.

Il gruppo è un Axle Drive System che si monta all’altezza delle ruote ed è fornito da Vitesco, una divisione di Continental specializzata nei powertrain che verrà quotata in Borsa. Anche in questo caso assistiamo al caso di un fornitore classico che già anni fa ha diversificato dai componenti in gomma all’elettronica e ai sensori per abbracciare poi il settore della trazione elettrica. La produzione è già iniziata nell’impianto Vitesco di Tianjin, in Cina, mentre la piattaforma per le auto compatte e-CMP è stata sviluppata in collaborazione con Dongfeng.

Questo powertrain è paragonabile, nella versione più potente, a un turbodiesel da 2 litri grazie ai 150 kW e alla coppia 310 Nm, il tutto in meno di 80 kg. Il gruppo integra motore, trasmissione e inverter semplificando e velocizzando così l’assemblaggio delle vettura.

Si vede chiaramente l’utilità di questi sistemi, soluzioni off-the-shelf capaci di abbassare, con relativa facilità, le emissioni medie di una gamma di modelli entro i futuri stringenti limiti per le emissioni.

 

Première assolute

Segnaliamo un’altra importante novità: le prime Jeep senza albero di trasmissione! Le versioni ibride Plug-in delle ben note Renegade e Compass implementeranno infatti la trazione integrale tramite un E-axle al retrotreno, una soluzione vista durante la visita allo stabilimento FCA di Melfi durenta l’Assemblea Pubblica di ANFIA.

La trazione posteriore è affidata a un gruppo GKN piuttosto potente (130 kW circa) controllato quindi con semplici segnali elettronici; lo spazio prima occupato dall’albero ospita una parte della batteria, che ha una forma un po’ irregolare. Se GKN è un fornitore classico che sta diversificando con la trazione elettrica c’è un’altra azienda, presente nelle Jeep plug-in, che non eravamo abituati a collegare con la meccanica. Si tratta della coreana LG, un grande gruppo dell’elettronica che fornisce la batteria (circa 50 km di autonomia) e anche lo starter-alternatore ad alta tensione capace di ben 33 kW e 53 Nm di picco.

L’elettrificazione offre quindi spazio a nuovi produttori, siano essi un Paese intero, come la Cina, o aziende attive in settori diversi. Esemplare in questo senso è l’italiana Texa, attiva finora nelle apparecchiature per diagnosi e ricarica climatizzatori, che durante la scorsa edizione di Autopromotec ha presentato un compattissimo motore elettrico e il relativo inverter. Il design a flusso assiale permette potenza e coppia di rilievo (125 kW e 345 Nm) in un motore spesso 12 cm e con un diametro simile a quello di un disco a 33 giri. Queste caratteristiche di compattezza e prestanza hanno interessato anche un costruttore di supercar, un esempio lampante delle nuove frontiere della trazione elettrica.

torna all'archivio