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Verso un futuro più pulito non solo con l’elettrico

Nella rassegna cinese andata in scena dal 21 al 28 aprile, focus sulle tecnologie che avranno impatto sulla riduzione della CO₂: iniezione GDI, propulsione ibrido-elettrica, alternatore a carica intelligente, servosterzo elettrico, lighting Xenon e LED.

di Luca Capomacchia

Tema dominante della manifestazione sono state le tecnologiche inerenti gli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO₂ per le auto, che anche in Cina stanno assumendo una precisa forma normativa, con la definizione dei limiti di 120 gr di CO₂ per km, entro il 2020.

Non esiste una vera e propria tecnologia innovativa e rivoluzionaria che da sola riesca a risolvere il problema dell’inquinamento, bensì tante piccole tecnologie che, messe insieme, riescono a raggiungere livelli di efficienza veramente elevati e che quindi insieme portano a livelli di emissioni inquinanti molto contenuti.

Prime tra tutte, le tecnologie applicate al gruppo motopropulsore e alla trasmissione, ma anche le tecnologie emergenti, definite come “Eco-innovations” che vengono misurate al di fuori del normale ciclo di omologazione.

In ambito motore, il focus del momento è sulla tecnologia GDI  (Gasoline Direct Injection), ovvero i sistemi ad iniezione diretta di benzina che, basati su alte pressioni di esercizio e sofisticate strategie di iniezione multi foro ed uniti ad un turbocompressore, consentono il downsizing del motore, un miglioramento delle prestazioni e un abbattimento rilevante di consumi ed emissioni. In Cina, non essendo diffuse tecnologie di alimentazione per le auto come il diesel o il CNG (metano), l’iniezione diretta GDI rappresenta, assieme alla propulsione ibrido-elettrica, la soluzione tecnologica relativa al motore più efficace per allinearsi agli obbiettivi di riduzione delle emissioni, previsti dalle normative. Anche nel vecchio continente i propulsori benzina stanno vivendo una nuova giovinezza proprio grazie a queste tecnologie. I motori a benzina del momento sono di cilindrata inferiore rispetto al passato (downsizing) che grazie alla turbocompressione riescono a garantire lo stesso livello di prestazioni dei motori a cilindrata superiore, ma con un notevole incremento di efficienza. Grazie all’alimentazione ad iniezione diretta riescono ad offrire una coppia motore pressoché ideale ed una notevole economia dei consumi.

In poche parole i motori attuali e probabilmente anche del prossimo futuro, sono più piccoli, nella cilindrata e nelle dimensioni esterne, più leggeri grazie alle ridotte dimensioni ma anche all’utilizzo di materiali sempre più sofisticati, sovralimentati da un turbocompressore a bassa pressione che ha lo scopo, non tanto di offrire prestazioni di un’auto sportiva, ma di offrire le stesse prestazioni di un motore prima del downsizing ma con un maggiore rendimento che si traduce in una riduzione dei consumi e quindi delle emissioni inquinanti. Il tutto alimentato da un moderno sistema di iniezione diretta di benzina in camera di combustione che permette di bruciare fino all’ultima gocciolina di benzina introdotta nel motore, senza sprechi e quindi con bassissime emissioni inquinanti.

Il prossimo step sarà quello di eliminare gli alberi a camme per il comando delle valvole di aspirazione e di scarico, sostituendo questi ultimi con sistemi elettropneumatici o elettroidraulici. Gli alberi a camme assorbono molta potenza al motore che a causa degli attriti si tramuta in un inutile aumento di temperatura prima che nel movimento delle valvole. La loro eliminazione significherebbe, ridurre gli attriti (sprechi), ridurre ulteriormente pesi ed ingombri del motore e aumentare la precisione del controllo dell’aspirazione e nello scarico del motore.

Accanto a queste tecnologie e sempre ad esse abbinate, ne esistono altre, meno note, che offrono altrettanti benefici in termini di consumo specifico e quindi di emissioni inquinanti.

L’alternatore a carica intelligente, carica la batteria assorbendo potenza al motore solo quando questo è in fase di rilascio o a regimi costanti. Durante le fase in cui è richiesta la massima potenza (in accelerazione) l’alternatore, non si attiva, non ricarica la batteria e non assorbe ulteriore potenza al motore che è libero di offrire la massima potenza senza eccessivo dispendio energetico e quindi consumando meno e inquinando ancora meno.

Il servosterzo elettrico, inizialmente proposto diversi anni fa sulle auto utilitarie come optional economico in alternativa al servosterzo idraulico, oggi è un’altra ottima soluzione per aumentare l’efficienza complessiva del veicolo e quindi ridurne consumi ed inquinamento. Il vecchio servosterzo idraulico era costituito da una pompa che trascinata costantemente dal motore, metteva in pressione l’olio del circuito idraulico del servosterzo. Tale pressione generata, veniva usata solo durante le manovre di sterzata, mentre il lavoro fatto dalla pompa e quindi la potenza assorbita dal motore erano costanti dalla accensione di quest’ultimo al suo spegnimento. Il servosterzo elettrico è costituito essenzialmente da un motore elettrico che sostituisce tutto il sistema idraulico e che entra in funzione e quindi assorbe potenza al sistema vettura, solo quando si sta sterzando. In tutte le altre fasi il sistema è inattivo e quindi non consuma.

Un’altra piccola tecnologia è costituita dal sistema che riduce la quantità di aria in ingresso al radiatore della vettura e che va a raffreddare il motore. È chiaro che la priorità è raffreddare il motore, ma è anche vero che spesso l’aria che colpisce il radiatore è in eccesso e che comunque questo ingresso d’aria produce un peggioramento del coefficiente aerodinamico e quindi nell’efficienza complessiva dell’auto. Il sistema è costituito da delle palette motorizzate che regolano il flusso di aria in ingresso dando priorità al raffreddamento o all’efficienza aerodinamica in funzione delle necessità.

Per quanto riguarda invece l’ambito della propulsione ibrido-elettrica, anche grazie all’esperienza maturata in Formula 1 con il KERS (Kinetic Energy Recovery System, il sistema di recupero dell’energia in frenata) l’offerta di questo tipo di veicoli si fa sempre maggiore. Oggi esistono 4 tipologie di propulsione ibrida in funzione della “elettrificazione” del veicolo: Microibrido, Mild Hybrid, Full Hybrid e Plug-In.

Le vetture con tecnologia Microibrida impiegano semplicemente la funzione Stop&Start.

Le vetture Mild Hybrid oltre a sfruttare la funzione Stop&Start, prevedono l’ausilio dei motori elettrici che aiutano il motore termico in fase di accelerazione (il motore termico è quello dominante).

Le vetture Full Hybrid normalmente viaggiano in modalità elettrica e sfruttano il motore termico esclusivamente per ricaricare le batterie in caso la loro potenza diventasse insufficiente e non si potesse provvedere ad una ricarica (il motore elettrico è quello dominante).

Le vetture Plug-In possono essere ricaricate direttamente alla presa elettrica di casa o presso le speciali colonnine di carica. Avendo a disposizione questa possibilità non è più necessario attendere che il motore termico provveda a recuperare l'energia durante la marcia normale e a ricaricare le batterie. Sono delle vere e proprie vetture elettriche con la possibilità, durante lunghi viaggi di usufruire di un motore termico “di scorta”.

Sul fronte delle trasmissioni in ottica CO₂ le tecnologie del momento sono: il cambio robotizzato che coniuga comfort di utilizzo con riduzioni di consumi ed emissioni e il cambio Dual Clutch, sistema a doppia frizione a secco che permette di selezionare le marce senza l’interruzione del flusso di coppia/potenza dal motore alle ruote, rendendo la marcia più fluida ed economica. Praticamente mentre una frizione è in funzione trasmettendo il moto alle ruote, l’altra è pronta per trasferire il modo attraverso un’altra marcia. Il comando di cambio marcia farà si che mentre una frizione si sgancia, l’altra si aggancia quasi in contemporanea senza mai lasciare il motore svincolato dalla trasmissione e senza che questo acceleri inutilmente.

Nell’ambito “Eco-innovations” rientrano di diritto anche i sistemi di illuminazione del veicolo: proiettori e fanali Xenon e LED, tecnologie che, associate (es: tecnologia Xenon per la funzione abbagliante/anabbagliante e LED per tutte le altre funzioni di illuminazione anteriore e posteriore), potenzialmente possono assicurare un risparmio fino a 80 Watt e 2 grammi di emissioni CO₂ al chilometro. Ma ad Auto Shanghai è stata esposta anche l’ultima frontiera tecnologica in fatto di illuminazione: il primo proiettore full-LED con funzione adattativa. In questo proiettore tutte le funzioni di illuminazione sono a LED e contemporaneamente un sofisticato sistema di gestione elettronica adatta il fascio luminoso alla velocità, alla tipologia di percorso e alle diverse condizioni atmosferiche, offrendo al conducente la migliore illuminazione possibile nella guida notturna o in condizioni atmosferiche avverse, aumentando sensibilmente i livelli di sicurezza. Ricordiamo inoltre che i LED a differenza delle tradizionali lampadine ad incandescenza o anche delle lampade allo Xeno, offrono la stessa luminosità, consumando molta meno energia elettrica che quindi a loro volta consentiranno all’alternatore di ricaricare meno la batteria e quindi assorbire meno potenza al motore.