Motori e Cambi meno inquinanti | Ingegneri.info

Motori e Cambi meno inquinanti

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Non si analizzano autovetture solo elettriche perché di costo ancora troppo esorbitante (la Nissan LEAF, prima in produzione di serie, da ben oltre 30.000 Euro) e con batterie di scarsa autonomia, ne si considerano veramente utili quelle soluzioni che aggiungono ulteriori costi di un generatore termico per estendere l’autonomia tipo Volt o Ampera (da oltre 40.000 Euro). I risparmi energetici ottenibili con l’uso di auto solo elettriche dipendono essenzialmente dal grado di inquinamento delle loro fonti di energia e dalla presenza di sistemi intelligenti nelle reti di distribuzione che facciano ricaricare in periodi di minor richiesta. Al momento la maggior parte è ottenuta ancora bruciando fonti fossili non rigenerabili ed i periodi di ricarica sono casuali. La migliore batteria a ioni di litio per autotrazione in 25 kg di peso immagazzina l’energia di soli 25 cc di benzina. In pratica con una massa di ben 250 kg si ottiene un’autonomia non competitiva con i motori a combustione interna. E l’idrogeno non ha scatenato una nuova era e presenta gli stessi problemi. L’auto solo elettrica non è solo una sfida tecnica, ma anche un dilemma industriale: in ballo ci saranno milioni di posti di lavoro nella componentistica non più necessaria (cambi, filtri dell’acqua o dell’aria, turbine, valvole, pistoni, marmitte, radiatori e pompe e via dicendo) che non potranno essere facilmente riconvertiti in toto.

Restando dunque nel campo di autovetture mosse da motori endotermici si intende verificare lo stato dell’arte per il gruppo motoretrasmissione cioè l’entità atta a dare moto e potenza alle ruote dell’autoveicolo secondo le varie richieste: nel caso più comune esso è composto da un motore a ciclo Otto (benzina) con 4 cilindri in linea seguito da un innesto a frizione e un cambio meccanico a 5 velocità più retromarcia.

Per ridurne l’inquinamento occorre ridurre i consumi del motore termico ma non basta: l’autoveicolo stesso richiede più potenza per percorrere una strada con velocità e pendenza definite in funzione del maggiore peso, della maggiore area frontale, del peggiore coefficiente aerodinamico e delle resistenze passive (pneumatici ed altro). Veicoli più leggeri (al massimo dovrebbero avere una massa compresa fra i 1.000 ed i

1.400 kg), più aerodinamici e con minor resistenze passive si possono fin d’ora progettare e produrre.

La riduzione delle masse presuppone anche l’uso di motori turbocompressi di piccola cilindrata a iniezione diretta della benzina per incrementare la potenza specifica e offrire potenza e coppia in abbondanza con emissioni da citycar. Il motore VW 1.400 cc TSI (con un compressore volumetrico ed uno a turbina) capace di erogare fino a 170 Hp ha fatto scuola, nel cofano della Opel Insignia gira un 1.600 cc da addirittura 180 Hp con una coppia (230 Nm a 2200 rpm) da diesel common rail, Ford lancia partendo dagli Usa la nuova Focus all’insegna dei motori più piccoli mentre Fiat ha rivoluzionato il panorama dei piccoli motori a benzina con il sistema MultiAir, speciale sistema di gestione elettromeccanica dell’apertura delle valvole di aspirazione che consente di ottenere elevate prestazioni e 10% in meno sui consumi. Un MultiAir bicilindrico da soli 900 cc, capace di erogare 65 Hp in versione aspirata o 85 Hp nella variante turbo. Il tutto teoricamente con meno di 100 g/km di CO2.

Tuttavia tutti i motori termici presentano andamenti simili a quello sotto indicato da cui si può dedurre che per ottenere un consumo specifico ottimale (minori grammi di carburante per kWh prodotto) occorre far lavorare il motore presso il regime di coppia max (circa la metà del regime max) e con carico termico elevato. Come risultato si restringe di molto il campo di utilizzo del motore e serve un cambio con apertura molto elevata (oggi intorno a 4:1 al max) e per non lasciare buchi servono molte marce (68 invece che 5).

Vi sono poi differenze di costi di gestione fra i vari tipi di motori e carburanti

Tipologia di Motore Potere calorifero [kJ/kg] Densità [kg/l] kJ/l Prezzo unitario €/GJ al serbatoio Efficienza tipica dal motore alle ruote €/GJ alle ruote Costo energetico alle ruote Costi misurati su strada (4Ruote)
Gasolio 42705 0,86 36726 1,140 3,10 19% 16,31 145% 135%
Benzina 43543 0,75 32657 1,320 4,04 17% 23,76 212% 190%
Propano 46055 0,57
Butano 45636 0,75
GPL (80%P+20%B) 45971 0,60 27583 0,560 2,03 17% 11,94 107% 110%
Metano 46892 0,890 1,90 17% 11,18 100% 100%

Questa tabella vuole solo mettere in evidenza come partendo dal potere calorifero e dal costo specifico del tipo di carburante solo considerando i motori ciclo Otto e ciclo Diesel (solo il 17% 19% di energia usata arriva alle ruote) il costo per la stessa quantità di energia nel serbatoio sia enormemente superiore per benzina e gasolio rispetto a GPL e Metano e lo stesso si presenti poi come energia alle ruote fino ad una percentuale di costo d’uso a pari percorrenza ottenuta, valori confermati ad esempio da misurazioni su strada fatte dalla rivista Quattroruote con autovetture simili.

Una fondamentale differenza fra questi due tipi di motori (Diesel ed Otto) che ne influenza il rendimento è che il ciclo Otto prevede un rapporto stechiometrico costante fra aria e carburante ed occorre quindi controllare ai diversi regimi non solo il carburante (con iniettori ad esempio) ma anche la giusta quantità d’aria in ingresso, con valvola a farfalla che produce perdite di carico, mentre il ciclo Diesel no ed inoltre funzione ad un più alto rapporto di compressione: come risultato soprattutto ai medi e bassi carichi (i più usati) il motore Diesel è molto più efficiente e potente.

Occorre inoltre tener presente che durante l’uso del veicolo non si procede a condizioni costanti (regimi) ma spesso occorre accelerare e frenare il che porta ad un ulteriore spreco di energia (in calore nei freni) che sarebbe utile poter in qualche modo recuperare, oltre che semplicemente disporre di un sistema Stop&Go di spegnimento del motore quando il veicolo è a bassa velocità o fermo (al semaforo per esempio). Questa è l’intuizione fondamentale della soluzione ibrida: recuperare energia in decelerazione per riutilizzarla nella successiva accelerazione.

Un gruppo di trazione ibrido affianca quindi al motorecambio tradizionale un altro sistema composto da generatoremagazzinomotore molto utile nei transitori ad esempio dei percorsi cittadini ove le versioni ibride sprecano meno carburante rispetto alle altre soluzioni. Si potrebbe pensare di utilizzare dei sistemi meccanici di accumulo dell’energia a volano (utilizzati per ora solo dal prototipo ibrido della Porsche tipo il Kers di Formula 1) oppure con un sistema concettualmente simile ad una molla che accumuli energia sotto forma di olio in pressione tramite un motorepompa idrostatico a cilindrata variabile e che poi restituisca energia meccanica come quello messo a punto dalla ditta EATON e chiamato “HLA System” per veicoli municipali di raccolta rifiuti che fanno quindi continue soste. Per un uso su automobili si sta studiando in Inghilterra presso l’università di Brunel la possibilità di usare il normale motore termico in fase di rilascio per comprimere l’aria invece che l’olio (Air Hybrid Engine), inviarla in bombole apposite e restituirla compressa per accelerare il turbocompressore che a basso regime è abbastanza pigro ma l’energia in gioco risulta molto bassa e, se si volesse utilizzare un vero motore ad aria, la tendenza dell’aria a gelare in fase di espansione ne ha fino ad oggi bloccato il suo reale utilizzo come fluido operativo (riferimento anche ad EOLO la vettura con motore ad aria compressa mai arrivata in produzione). Alla fine l’unico sistema ibrido che è oggi in serie è quello del recupero dell’ energia tramite generatori batterie di accumulatori motori elettrici particolarmente studiato dai giapponesi della Toyota e dell’Honda.

Il progetto Honda (Mild Hybrid) prevede di inserire un motoregeneratore elettrico al posto del volano fra il motore termico e l’innesto a frizione, di rafforzare sia l’alternatore che il motorino d’avviamento aggiungendo un pacco di batterie o di condensatori per l’accumulo dell’energia ed un sistema di controllo elettronico. Con un costo aggiuntivo non eccessivo (1215% sul totale del veicolo) può recuperare in fase di rallentamento ed immagazzinare l’energia per restituirla in accelerazione ma a regime (velocità costante come ad esempio in autostrada) resta in funzione il solo motore Otto (benzina) con il suo non favorevole consumo specifico.

Il progetto Toyota (Full Hybrid) prevede invece di inserire due motorigeneratori di potenza almeno tripla rispetto alla soluzione Honda ed uno speciale cambio (epicicloidale in questo caso) che permetta sia la trazione solo con motore elettrico per qualche chilometro di autonomia, sia la trazione con solo motore termico, eventualmente ricaricando le batterie, sia la trazione con tutti e due i motori in accelerazione. E’ un sistema molto più complesso e costoso (4045% circa) ed anche il motore termico per ottimizzare i consumi è a ciclo Atkinsons cioè un benzina con le valvole di immissione che in fase di compressione chiudono dopo il punto morto inferiore facendo in modo che la successiva fase di espansione sia più lunga ottenendo una migliore efficienza a scapito però della potenza (usa minor cilindrata utile), tuttavia in autostrada non si avvicina neppure lontanamente ai bassi costi di gestione dei moderni motori turbodiesel. La Toyota ha in sperimentazione la versione che possa assorbire energia elettrica direttamente da una presa di corrente domestica (Plugin) e che quindi si configura anche come vettura puramente elettrica essa varia dalla versione base essenzialmente per il tipo di batterie a maggior capacità e per i trasformatori necessari ma che costa ancora di più con un’autonomia reale di non molte decine di chilometri in trazione solo elettrica.

Vi sarebbe una possibile evoluzione Full Hybrid con l’utilizzo del cambio a doppie frizioni in ingresso (Dual o Twin Clutch già in uso per i cambi tipo VW DSG a 67 Velocità), una frizione può essere usata per poter scollegare il motore termico ed una per automatizzare il cambio con innesti elettroidraulici (tipo Fiat DFN o Selectronic), posizionando il motoregeneratore elettrico fra le frizioni ed il cambio in modo da ottenere una soluzione tipo Toyota Full Hybrid ma molto più economica perché il motore elettrico sarebbe a monte del cambio e lo potrebbe sfruttare e non a valle come nella soluzione Toyota.

Il prototipo della Fiat Chrysler 500 ibrida è mosso dal motore TwinAir di 900 cc e da un’unità elettrica inglobata nel cambio a 6 marce con doppia frizione a secco in ingresso . Essa si presenta come una Full Hybrid con sistema “plugin”, in grado cioè di viaggiare indipendentemente in modalità a benzina, elettrica o con la combinazione dei due sistemi, con in più la possibilità di ricaricare le batterie attraverso una normale presa di corrente. L’abbinamento fra il cambio doppia frizione e l’innovativo propulsore bicilindrico TwinAir in versione Turbo da 85 Hp promette la riduzione del 24% delle emissioni di CO2, scendendo a circa 80 g/km di anidride carbonica nel ciclo combinato. La EPMU (Electric Power Management Unit) è un dispositivo integrato che svolge le multiple funzioni di gestire la trazione elettrica, di monitorare lo stato di carica delle batterie, di fornire i servizi di bordo a basso voltaggio e di ottimizzare le fasi di ricarica dalla rete.

Per fare il punto dei risultati reali ottenibili con i sistemi oggi in serie occorre ricordare che fra i dati dichiarati dalle case costruttrici (misurati al banco secondo norma CEE) e quelli reali (misurabili su circuiti reali) vi sono delle differenze spesso sconcertanti, di seguito si riportano i consumi ed i livelli di CO2 emessi dalle 10 autovetture più virtuose come riportato dalla rivista tedesca “Auto Motor und Sport”.

Vettura Consumo Ciclo CCE CO2 secondo CEE Test Consumo CO2 secondo Test
Audi 3 1,6 TDIe 4,1 litri/100 km 109 g CO2 / km 5,1 litri/100 km 134 g CO2 / km
BMW 116 d 4,4 litri/100 km 118 g CO2 / km 5,4 litri/100 km 142 g CO2 / km
Honda Insight MildHybrid 4,4 litri/100 km 101 g CO2 / km 6,0 litri/100 km 139 g CO2 / km
Hyundai i30 1,6 CRDi 4,6 litri/100 km 122 g CO2 / km 5,4 litri/100 km 142 g CO2 / km
Mercedes A 160 CDI 4,5 litri/100 km 118 g CO2 / km 5,1 litri/100 km 134 g CO2 / km
Mercedes B 180 NGT 4,9 kg NG/100 km 135 g CO2 / km 4,8 kg NG/100 km 131 g CO2 / km
Toyota Prius FullHybrid 4,0 litri/100 km 92 g CO2 / km 5,5 litri/100 km 128 g CO2 / km
Volvo C 30 1,6 D 3,8 litri/100 km 99 g CO2 / km 4,7 litri/100 km 124 g CO2 / km
VW Golf 1,6 TDI Blue 3,8 litri/100 km 99 g CO2 / km 4,7 litri/100 km 124 g CO2 / km
VW Golf 1,6 Bifuel 9,2 l GPL/100 km 149 g CO2 / km 9,2 l GPL/100 km 149 g CO2 / km

Risultano ragionevolmente veritieri solo i dati delle vetture a GAS Metano (NG) e Gpl (LPG) mentre per i motori Diesel vi è un aumento medio di almeno il 20% 25% e per gli ibridi fino al 36%. Per quanto riguarda il livello dei costi medi nell’uso si va dai 4,8 Euro/100 km del Metano ai 5,5 Euro/100 km del GPL, ai 5,6 Euro dei migliori Diesel, ai 7,6 Euro della Toyota Full Hybrid per finire con gli 8,3 Euro/100 km della Honda Mild Hybrid: il tutto da confrontare con una equivalente versione a benzina i cui dati all’incirca sarebbero 10 Euro/100 km (con 7,6 litri/100 km e 177 g CO2 / km).

A questo punto sembra evidente che per migliorare la situazione solo parzialmente incoraggiante della soluzione ibrida vi sono solo tre strade: o si aggiunge l’uso del GAS (Metano o GPL). o si usa un motore termico a ciclo Diesel o si introducono tutte e due le modifiche.

Trasformazioni a GPL di vetture ibride con motore a benzina ne sono state fatte molte, ricordo solo quelle dalla ditta Assauto su vetture Honda Mild Hybrid che, con prezzi finali inferiori alle corrispondenti Toyota Full Hybrid, ottiene consumi ridotti e costi medi nell’uso inferiori ai migliori turbodiesel anche in autostrada.

“Super economica ibrida a GPL. A due anni dalla trasformazione, con altre sei sorelle trasformate di cui una con oltre 100.000 km abbiamo confermato l’ottimismo iniziale che non prevedeva problemi di compatibilità elettronica e tanto meno problemi di valvole. In fase di autostop ( motore spento al semaforo ) ed in fase di marcia solo elettrica gli iniettori del gas restano chiusi mantenendo la stessa strategia di marcia a benzina, appena il motore endotermico riparte si aprono subito gli iniettori del gas con la stessa fluidità che ha a benzina. Questo veicolo permette di tenere medie consumi prossime a 20 Km/l a benzina e 17 Km/l a GPL (a causa del contenuto calorico del GPL che è circa un 20% più basso della benzina).”

Da ricordare anche le future vetture coreane Hyundai e KIA LPI Hybrid Electric Vehicle. La scelta del GPL invece che del Metano è seriamente motivata dal fatto che il sistema è meno invasivo (il serbatoio sostituisce la ruota di scorta in un mezzo già pieno di batterie di accumulatori), le percorrenze ottenibili sono doppie (4500 km) e la diffusione dei distributori maggiore. Tuttavia la FIAT insiste con l’uso del Metano per la versione a GAS della sua futura vettura Ibrida prima descritta, probabilmente derivandola dalla Panda Natural Power a Metano ove le bombole sono state messe sotto il pianale rialzando la vettura come la versione Climbing.

L’uso del motore a ciclo Diesel, che sembrerebbe la cosa più logica da fare, è resa difficile da più fattori: maggiori costi, difficoltà per continui avviamenti causati dal maggior rapporto di compressione e difficoltà di superare le future normative Euro 6 soprattutto per gli NOx dato che funziona in eccesso d’aria (ricca di Azoto). Le future soluzioni contemplano la ricircolazione dei gas di scarico e iniezione di Urea nel catalizzatore a valle che sono tutte operazioni che fanno lievitare il costo del futuro motore Diesel omologabile Euro 6.

Il Gruppo PSA (Peugeot e Citroen) pensa di aver risolto almeno in parte il problema del maggior costo fornendo un gruppo posteriore con motoregeneratorebatterie collegato alle ruote posteriori che possa sostituire la trazione integrale tradizionale con i suoi collegamenti meccanici assorbendone i costi (2.000 Euro). Le vetture partendo dal crossover 3008 saranno disponibili dal 2011; tuttavia questo sistema tipo Full Hybrid con possibilità di trazione solo elettrica ed utilizzo del motore Diesel resta sempre molto costoso.

Non resta che analizzare l’ultima possibilità e cioè un gruppo di trazione ibrido magari simile a quello sopra descritto (ibrido con cambio a doppia frizione) ma abbinato ad un motore a ciclo Diesel che però sia alimentato con una miscela di Gasolio e GAS.

Motori a ciclo Diesel che vadano anche col GAS sono in uso dalla fine degli anni ’70 su autocarri ed autobus con motori diesel lenti aspirati (ancora oggi a Londra i famosi Taxi sono mossi da motori VM Diesel a GAS): necessitano di un carburatore aria/gas con valvola a farfalla in aspirazione (o di un sistema ad iniezione indiretta di gas sequenziale sempre con valvola a farfalla a monte dell’ingresso dell’aria) e mantengono l’iniezione di gasolio al minimo (1030% circa) per l’accensione della miscela. In Italia non è ammessa per legge su automobili anche se aumenta le prestazioni in termini di potenza e di rendimento perché le caratteristiche chimiche dei GAS (Numero di ottano circa 120 contro i 98 della Benzina Super) non possono essere ben sfruttate nei motori a benzina ma lo sono in quelli a ciclo diesel (a causa di un più elevato rapporto di compressione) e ne diminuiscono fortemente l’inquinamento con riduzione del rumore fino a 3 Decibel (la miscela brucia più lentamente), emissione di particolato Pm 5 e Pm 10 ridotte fino al 30% e meno NOx perché il motore non lavora più in eccesso d’aria bensì in rapporto stechiometrico fisso come nel ciclo Otto.

Questo sviluppo è sempre stato bloccato nelle grandi case automobilistiche dalla non grande convenienza economica (il sistema aggiunge al già costoso motore diesel il costo delle tradizionali trasformazioni a GAS per motori a benzina con risparmi dell’ordine del 1530%) a svilupparlo per motori diesel veloci common rail con turbo compressione dell’aria in ingresso che hanno spopolato recentemente sulle autovetture. Potrebbe essere riproposto perché fa scattare ad una classe EURO in più vecchi motori Diesel così trasformati (retrofit simile al filtro antiparticolato) che per il problema della necessaria riduzione delle emissioni che diverrà più drastica con l’introduzione dei futuri livelli EURO 6 per emissione di particolato e di NOx.

Con la definitiva messa in serie del sistema FIAT Multi Air (punterie idrauliche per il comando valvole con perdita di olio controllata da elettronica) sia per le valvole di ammissione che successivamente per quelle di scarico o sistemi analoghi, si potrà controllare la quantità di miscela in ingresso al motore probabilmente eliminando la farfalla (con le relative perdite di carico sui motori a benzina) e dunque probabilmente anche sui futuri motori turbo a ciclo diesel common rail alimentati a GAS semplificando il sistema.

La ditta Landi Renzo, nota per le sue trasformazioni a gas dei motori a benzina, sta mettendo a punto il suo sistema “Dual Fuel” che, se verrà reso omologabile, porterà a mezzi commerciali ed anche alle autovetture la possibilità da molti anni proposta dalla ditta Etra S.p.A. di Rovereto per veicoli pesanti ed autobus, ma la vera novità, presentata anche dalla ditta Ecomotive Solutions con il suo innovativo “dgid”, parte da un ipotesi completamente diversa: mischiare 40% di GAS sotto pressione ed allo stato liquido con 60% di Gasolio a monte dei normali iniettori del Gasolio aggiungendo solo un “sistema di miscelazione” e una “elettronica di governo” che tuttavia presenta ancora il problema della non possibilità del ritorno del combustibile in eccesso dalla pompa ad alta pressione e dagli iniettori perché la miscela non è né GPL, né Gasolio.

Se il sistema tipo “dgid” dovesse funzionare con costi accettabili si potrebbe veramente ottenere un sistema poco invasivo che risolverebbe anche parte del problema dell’omologazione Euro 6 del motore a ciclo Diesel e con un possibile utilizzo in trazioni ibride sarebbe la soluzione attualmente più promettente. Tuttavia si ricorda anche una similare soluzione di trasformazione: la ditta ICOM ha messo in produzione l’iniezione del GPL direttamente allo stato liquido utilizzando gli stessi iniettori originali del motore a benzina il che presenterebbe gli stessi vantaggi, meno particolari aggiunti se pur più complessi, ma nessun altro trasformatore di motori a benzina in GPL ha seguito questo sviluppo per un dichiarato non favorevole rapporto costibenefici.

Si analizzano ora i possibili collegamenti fra Motori e Cambi in trazioni ibride

Normalmente le versioni più semplici, ad esempio tipo Honda (MildHybrid), semplicemente pongono un piccolo (15 Hp) motoregeneratore elettrico rigidamente collegato al volano del motore termico e quindi la velocità di rotazione è unica ed il gruppo dei motori è a monte dell’innesto a frizione del cambio che può essere del tipo tradizionale meccanico, a due frizioni ed automatico mantenendo una notevole standardizzazione con la normale versione di vettura non ibrida.

Le versioni Full Hybrid, che permettono anche di marciare solo in trazione elettrica e che possono avere la variante plugin che si possa ricaricare anche dalla presa di corrente domestica, invece sono più complicate e costose perché il motore termico deve poter essere scollegabile dal motoregeneratore elettrico e quindi o si usa un ulteriore innesto di distacco fra i due, oppure si collega il motore–generatore elettrico direttamente con l’uscita del cambio. Soluzione a parte usa invece la Toyota che utilizza un rotismo epicicloidale per collegare il motore termico ai due motorigeneratori elettrici in sostituzione del cambio (con motore a regime costante parte della sua potenza fluisce fra i gruppi elettrici a diverse velocità di rotazione ottenendo un effetto simile a quello del cambio meccanico ma con efficienza minore) in questo caso però i motorigeneratori devono essere molto potenti (uno da 80 Hp ed uno da 36 Hp) e costosi.

Già citata la possibile evoluzione in Full Hybrid di un cambio meccanico automatizzato con innesti marcia elettroidraulici ma con l’utilizzo dell’innesto a doppie frizioni in ingresso: una frizione può essere usata per poter scollegare il motore termico ed una per automatizzare il cambio posizionando il motoregeneratore elettrico fra le frizioni ed il cambio (tipo Mild Hybrid) in modo da ottenere una soluzione molto più economica perché il motore elettrico sarebbe sempre a monte del cambio e lo potrebbe ben sfruttare.

La soluzione di collegare solidalmente il motoregeneratore elettrico a valle del cambio sembra semplice ed efficace ma occorre ricordare che in questo caso il motore elettrico, direttamente collegato alle ruote, non può utilizzare la moltiplica di coppia del cambio e quindi per essere in grado di far partire in solo fase elettrica il veicolo a pieno carico ed in pendenza (sul 18% ad esempio) questo deve essere molto potente e costoso (oltre il triplo di potenza rispetto a quella della precedente versione Mild Hybrid).

Esaminando l’ultimo sistema di trazione presentato dalla Fiat – Crysler si può notare che al cambio tradizionale a due frizioni in ingresso è stato aggiunto un motoregeneratore elettrico di media potenza collegato direttamente con l’uscita e ciò va bene per piccole potenze (85 Hp max) ma un eventuale uso del solo motore elettrico in partenza (e magari in pendenza) è molto penalizzato ed utilizzabile solo su piccole vetture di segmenti A e B.

Dato che una gestione ECO richiede un cambio con grande apertura e numero di marce per restringere l’uso del motore in campi di miglior consumo specifico, vengono sempre di più proposti cambi a più di 6 velocità specialmente con due frizioni in ingresso, versione che è facilmente automatizzabile.

Viene qui di sopra allegato un semplice schema di un possibile cambio a 9 velocità più retromarcia (apertura totale maggiore di 5,3/1 e forte surmoltiplica nella marcia più elevata pari a 0,62/1 in modo da ridurre la velocità del motore termico in marcia autostradale a 130 km/h e con piccoli salti fra le marce, inferiori al 20%). Invece di avere 9 singole coppie di ingranaggi più la terna di retromarcia di un cambio tradizionale che ne aumenterebbe troppo la lunghezza, sfrutta la particolarità che lo schema a doppia frizione utilizza due flussi separati che si riuniscono solo sul differenziale con due rapporti finali diversi (ma è possibile anche una terna di ingranaggi con corona unica e con interassi differenti) ed è quindi possibile (tranne che per 1^ Velocità e Retromarcia) raddoppiare il numero delle marce aggiungendo solo un ingranaggio sull’altro contralbero per ogni marcia. Da notare che per la versione Full Hybrid e quindi con spunti in avanti ed in retromarcia effettuati dal motore elettrico, che è reversibile, tutto il gruppo di 1^ Velocità e Retromarcia (ingranaggi, sincronizzatori e comandi) possa essere eliminato lasciando spazio alla dimensione ed ai costi del motoregeneratore elettrico.

Come ulteriore possibilità si analizza quella di porre un rotismo epicicloidale moltiplicatore fra il motore termico ed il gruppo motoregeneratore in asse, ricordando che per ridurre le possibili vibrazioni torsionali occorre però sempre porre uno smorzatore elastico fra volano motore e rotismo epicicloidale. L’idea parte dall’analisi che i moderni motori elettrici offrono un buon spunto anche da fermi, presentano la coppia massima al di sotto dei 3.000 rpm e possono funzionare bene fino a 6.500 rpm. I motori termici invece se a ciclo Diesel non possono superare i 4.500 rpm mentre se sono turbo a ciclo Otto con iniezione diretta della benzina non superano i 5.500 rpm ma presentano già oltre il 90% della loro potenza massima a 4.500 rpm con consumi specifici molto migliori. Quindi sarebbe ottimale limitare la velocità del motore termico a 4.500 rpm ed ottenere quella dell’elettrico coassiale a 6.500 rpm usando un moltiplicatore epicicloidale con ingranaggio corona esterna da 83 denti collegato al motoregeneratore elettrico, porta treno con 345 ingranaggi satelliti da 23 denti (a seconda della potenza coinvolta) collegato al motore termico ed ad un freno ed ingranaggio solare da 37 denti collegato con un freno.

Alla partenza in solo fase elettrica il motore termico viene tenuto fermo dal relativo freno ed l’ingranaggio solare contro ruota libero: la velocità del motore elettrico dovrebbe essere limitata a circa 4.000 rpm (invece che 6.500 rpm possibili) per evitare velocità eccessive del solare ma questo limite non è particolarmente importante perché il ridotto uso della variazione del suo regime è compensato dall’uso del cambio a valle. In particolare se la velocità massima del veicolo con motore termico a 4.500 rpm in marcia più alta fosse di 175 km/h (ma le ultime marce sono di riposo e non di potenza), in fase elettrica si raggiungerebbero almeno i 120 km/h. In fase di utilizzo insieme con il motore termico, l’ingranaggio solare è bloccato dal relativo freno che realizza una moltiplica di oltre il 44% del regime dell’elettrico rispetto al termico moltiplicandone la coppia di aiuto di pari valore e riducendone quindi la potenza necessaria.

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