Le moderne esigenze di mobilità hanno spinto l'industria automobilistica verso soluzioni sempre più efficienti e meno impattanti sull'ambiente. In questo contesto, l'elettrificazione dei veicoli ha assunto un ruolo centrale, portando alla diffusione di auto elettriche, ibride, plug-in e full hybrid, che si stanno affermando come vere e proprie alternative alle tradizionali motorizzazioni diesel e benzina. Tra queste, l'ibrido diesel elettrico rappresenta una combinazione affascinante, seppur complessa, di tecnologie che mirano a coniugare l'efficienza del diesel con i vantaggi dell'assistenza elettrica.
Il Concetto di Ibridizzazione e le Sue Manifestazioni
Il principio base della propulsione ibrida si fonda su un'idea semplice ed elegante: la divisione dei compiti tra un motore a combustione interna (ICE) e un motore elettrico. Quest'ultimo interviene proprio nelle situazioni in cui il motore a combustione è meno efficiente, ottimizzando consumi ed emissioni. Esistono diverse tipologie di veicoli ibridi, ciascuna con caratteristiche e vantaggi specifici.
Mild Hybrid (MHEV): L'Ibrido Mite
I motori Mild Hybrid sfruttano una tecnologia che unisce il motore termico a uno elettrico. Il motore elettrico supporta quello ad alimentazione tradizionale, sia diesel che benzina, in fase di accelerazione e più in generale nelle fasi di marcia in cui l'automobile necessita di maggiore coppia motrice. Questo garantisce una minore sollecitazione del motore termico, favorendo quindi un risparmio sui consumi. Il sistema è composto da una batteria a 48 Volt, uno starter/generator e un convertitore DC/DC. Per l'accumulo di energia impiega una batteria compatta agli ioni di litio da 0,46 kWh. Lo speciale starter/generator Mild-Hybrid Starter-Generator (MHSG) è in grado di fornire coppia in modalità motore, mentre trasforma l'energia del motore diesel in potenza elettrica quando lavora in modalità generatore.
I principali vantaggi delle motorizzazioni Mild Hybrid includono:
- Emissioni ridotte grazie al supporto del motore elettrico.
- Autonomia chilometrica elevata grazie alla presenza di un motore diesel/benzina.
- Circolazione libera in tutte le città, senza le restrizioni imposte alle vetture più inquinanti.
Il debutto della tecnologia Mild-Hybrid ha consentito, per esempio a Kia, di offrire motori diesel più puliti ed efficienti, oltre che più piacevoli da utilizzare. Le emissioni di CO2 si riducono fino al 4% coi nuovi test WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure) e fino al 7% con i precedenti test di laboratorio NEDC (New European Driving Cycle). A ridurre ulteriormente le emissioni dei nuovi motori Diesel della gamma Kia sono i nuovi filtri SCR (Selective Catalytic Reduction).
Alcuni modelli con motorizzazione Mild Hybrid attualmente disponibili sul mercato includono:
- VOLVO: XC40, XC60, V60, V60 Cross Country, XC90, V90, S60, V90 Cross Country, S90
- MAZDA: Mazda2, Mazda3, Mazda3 Sedan, Mazda CX-30
- SKODA: Octavia, Octavia Wagon
- SEAT: Leon, Leon Sportstourer
Il sistema Mild-Hybrid diesel di Kia, introdotto a partire dal 2018 con lo Sportage, è compatto e facilmente integrabile nell'architettura dei veicoli attuali. La batteria da 48 Volt trova spazio, a seconda della tipologia del veicolo, sotto il piano del bagagliaio, minimizzando l'impatto in termini di spazio. Inoltre, il sistema MHSG, essendo perfettamente integrato con l’unità principale e azionato direttamente dall'albero motore tramite una cinghia, non richiede alcuna modifica alla disposizione originaria dei componenti nel vano motore. La presenza di un convertitore DC/CC permette alla batteria da 48 Volt la totale integrazione con il normale impianto elettrico dell’auto, consentendo anche una significativa riduzione delle dimensioni della normale batteria da 12 Volt dedicata ai sistemi ausiliari di bordo. Questo sistema è compatibile sia con trasmissioni manuali, sia automatiche e può essere adattato indifferentemente dai modelli a trazione anteriore, posteriore o integrale.
Full Hybrid (HEV): L'Ibrido Parallelo
I motori Full Hybrid sono dotati di un motore elettrico e uno endotermico, entrambi connessi all'asse di trazione, partecipando alla trazione del veicolo. Guardando al mercato, la quasi totalità delle vetture full hybrid ha un solo motore elettrico, collocato quasi sempre all'interno della scatola del cambio, che è sempre del tipo automatico. Una frizione interposta tra i due propulsori li può scollegare permettendo la marcia in modalità solo elettrica. La dimensione del pacco batteria è abbastanza rilevante e incide ovviamente sul peso complessivo della vettura, che tende a crescere di almeno 100 kg rispetto a un'analoga versione non HEV. La batteria si ricarica sia durante le fasi di decelerazione (rilascio e frenata) sfruttando ovviamente il recupero dell'energia, sia attraverso il motore termico, che "cede" parte della propria energia. La fase di scarica e carica è piuttosto rapida, in modo tale da rendere il sistema efficiente.
I principali vantaggi delle motorizzazioni Full Hybrid sono:
- Emissioni ridotte grazie al supporto del motore elettrico.
- Non si necessita di una colonnina di ricarica grazie al recupero di energia in fase di decelerazione e frenata.
- Circolazione libera in tutte le città.
Un esempio di modello con motorizzazione Full Hybrid attualmente disponibile è la MAZDA Mazda2 Full Hybrid.
Toyota Hybrid System - Versione Italiana / Italian Version
Plug-in Hybrid (PHEV): L'Ibrido Ricaricabile
Le auto ibride plug-in hanno una percorrenza media a zero emissioni fino a 100 km/h senza l'ausilio del motore endotermico. Questo è reso possibile dalla presenza di un'unità elettrica ricaricabile con una presa di corrente dedicata. Le motorizzazioni Plug-in Hybrid consentono di ridurre significativamente le emissioni di CO2 e inoltre possono circolare liberamente nei centri storici senza dover sottostare alle limitazioni imposte dalle ZTL o dai blocchi del traffico.
I principali vantaggi delle motorizzazioni Plug-in Hybrid sono:
- Fino a 60 km/h con il solo motore elettrico.
- Zero emissioni quando il motore termico non viene impiegato.
- Autonomia chilometrica garantita dal motore diesel/benzina.
- Possibilità di ricarica del motore elettrico anche con alimentazione esterna.
- Circolazione libera in tutte le città.
Alcuni modelli con motorizzazione Plug-In Hybrid attualmente disponibili includono:
- VOLVO: XC40, XC60, XC90, V60, V90, S60, S90
- SKODA: Octavia, Octavia Wagon, Superb, Superb Wagon
- SEAT: Leon, Leon Sportstourer, Tarraco
- CUPRA: Formentor, Leon, Leon Sportstourer
Il motore elettrico interviene soprattutto nelle partenze, nella guida a bassa velocità e in accelerazione, mentre il motore a combustione entra in gioco quando serve più potenza o si viaggia a velocità sostenuta. Quando il veicolo è fermo o si muove a bassa velocità, il motore elettrico può azionare le ruote da solo, senza l'intervento del motore tradizionale. Soprattutto nelle PHEV di ultima generazione, questo significa poter guidare in città in elettrico puro per gran parte della settimana, riducendo consumi ed emissioni locali e accedendo più facilmente alle aree urbane a traffico limitato. Il sistema del motore ibrido è totalmente automatizzato: una centralina di gestione della trazione coordina batteria, motore elettrico e motore a combustione, scegliendo di volta in volta la combinazione più efficiente.
100% Elettrico
Le vetture 100% elettriche dispongono di un unico motore con batteria al litio alimentato da energia elettrica. Le auto elettriche sono vetture a zero emissioni non ricorrendo in nessuna fase ad alimentazioni diverse da quella elettrica. L'acquisto di un'auto elettrica è una scelta che è fondamentale valutare in base all'utilizzo che verrà fatto della propria vettura e della disponibilità delle fonti di alimentazione del motore elettrico.
L'utilizzo di un'auto elettrica può rivelarsi una scelta conveniente al verificarsi di alcune condizioni di base:
- Possibilità di ricaricare l'auto a casa o disporre di una propria colonnina di ricarica o di una wall box.
- Abitare nelle vicinanze di una colonnina di ricarica ad accesso pubblico.
- Utilizzare la vettura per una percorrenza giornaliera contenuta.
La percorrenza media delle vetture 100% elettriche continua ad aumentare e le ultime vetture lanciate sul mercato possono vantare di un'autonomia delle batterie superiore ai 400 km. L'auto ha un prezzo più alto ma l'efficienza del motore elettrico, la bassissima manutenzione e il costo dell'elettricità consentono un risparmio nell'utilizzo.
Il Paradosso dell'Ibrido Diesel
Sulla carta, l'ibrido diesel sembrava una di quelle idee che fanno annuire ancora prima di averle analizzate fino in fondo. Da una parte il re dei lunghi viaggi: il turbodiesel, ricco di coppia e parsimonioso nei consumi. Non sorprende quindi che diversi costruttori abbiano investito molto in questa idea, con uno dei primi ibridi diesel, l'Audi A4 Avant Duo, arrivato sul mercato già nel 1997. Eppure, alla fine, il diesel hybrid è rimasto esattamente ciò che spesso accade ai concetti tecnici più affascinanti: una buona idea che nella realtà non è mai riuscita a esprimere tutto il suo potenziale. Il diesel hybrid non era un'idea sbagliata, ma la sua applicazione pratica ha rivelato alcune sfide intrinseche.
Due Specialisti, un Campo d'Impiego
Il principio base della propulsione ibrida si fonda sulla divisione dei compiti. Il motore elettrico interviene proprio nelle situazioni in cui il motore a combustione è meno efficiente. Con i motori a benzina questa collaborazione funziona quasi alla perfezione. Un benzina tradizionale è infatti poco efficiente nei regimi di carico parziale: traffico urbano, partenze, rallentamenti e marcia a bassa velocità. Con il diesel, però, la situazione è diversa. Un motore diesel possiede già molte delle caratteristiche che l'elettrico dovrebbe compensare nei sistemi ibridi a benzina. Il risultato è che due specialisti finiscono per svolgere lo stesso lavoro. L'effetto positivo dell'ibridizzazione diventa quindi sorprendentemente limitato.
Peso Morto Sulla Corsia di Sorpasso
Si potrebbe obiettare che il diesel mostra i suoi punti di forza soprattutto nei lunghi viaggi. Ed è vero. Un moderno motore diesel non è già di per sé un componente leggero. Una berlina di segmento medio può così superare facilmente le due tonnellate di peso. E questo non è solo un dato sulla carta: tutta quella massa deve essere accelerata, frenata e trasportata per centinaia di chilometri. Il paradosso è evidente. Proprio dove il diesel dovrebbe essere più efficiente, cioè nei lunghi viaggi, si ritrova a dover spingere il peso aggiuntivo di un secondo sistema di propulsione.
Un moderno motore diesel ha bisogno di tempo per raggiungere la temperatura di esercizio ideale. Con un sistema ibrido, però, la situazione può capovolgersi. Immaginiamo un tipico tragitto quotidiano in inverno, iniziato in modalità elettrica. Se però improvvisamente serve più potenza - per esempio entrando in autostrada o affrontando una salita - il diesel viene avviato e deve lavorare subito sotto carico. Tutti questi sistemi funzionano al meglio solo quando il motore è già caldo.
Costoso, Pesante, Complesso - e Mai Davvero Insostituibile
A questo punto emerge inevitabilmente il terzo problema: costi e complessità tecnica. Un motore diesel moderno è già di per sé una soluzione tecnologicamente sofisticata e costosa. Aggiungere un sistema ibrido comporta un incremento ulteriore di complessità e peso, spesso senza un proporzionato aumento di efficienza in scenari di utilizzo tipici del diesel. Il prezzo d'acquisto di un'auto ibrida è spesso più elevato rispetto a quello di un veicolo tradizionale a benzina o diesel. Questo è dovuto alla presenza di una batteria avanzata e del sistema ibrido in sé, che possono richiedere un investimento iniziale maggiore. Inoltre, rispetto alla manutenzione di un veicolo tradizionale, la cura di un'auto ibrida comporta uno sforzo aggiuntivo. Ciò è dovuto, in particolare, alla presenza di parti aggiuntive, quali appunto la batteria e il sistema ibrido, che possono richiedere interventi specializzati.
Dove l'Ibrido Diesel si è Effettivamente Realizzato
Guardando alla storia dei modelli, il diesel hybrid non è mai stato un completo fallimento. Il costruttore che ha creduto di più in questo concetto è stato Mercedes-Benz. E a differenza di molti altri costruttori, Mercedes continua ancora oggi a proporre questa soluzione su alcuni modelli, come l'ibrido diesel plug-in nella Classe C. Gli ibridi diesel possono offrire consumi ridotti e autonomie elevate anche nell'uso reale, raggiungendo consumi ridotti e grandi autonomie anche in condizioni reali.
Vantaggi e Svantaggi Generali delle Auto Ibride
Con una gamma di vantaggi che spaziano dalla maggiore autonomia all'efficienza energetica, le auto ibride continuano a guadagnare popolarità tra gli automobilisti di tutto il mondo. Tuttavia, è bene affermare che questi veicoli presentano anche dei lati negativi.
Vantaggi Comuni
- Maggiore efficienza energetica: L'utilizzo combinato dei due motori permette di ottimizzare i consumi, specialmente in contesti urbani.
- Riduzione delle emissioni: Le auto ibride, soprattutto le plug-in, contribuiscono a diminuire le emissioni di CO2 e di altri inquinanti.
- Autonomia estesa: La presenza del motore a combustione elimina l'ansia da autonomia tipica delle auto 100% elettriche, garantendo la possibilità di percorrere lunghe distanze.
- Accesso a zone a traffico limitato (ZTL): Molti veicoli ibridi possono circolare liberamente in aree urbane soggette a restrizioni.
- Minore rumorosità: In modalità elettrica, la guida è silenziosa e confortevole.
Svantaggi Comuni
- Costo iniziale elevato: Il prezzo d'acquisto di un'auto ibrida è spesso più elevato rispetto a quello di un veicolo tradizionale a benzina o diesel, a causa della batteria avanzata e del sistema ibrido.
- Manutenzione complessa: La presenza di parti aggiuntive, come la batteria e il sistema ibrido, può richiedere interventi specializzati e costi di manutenzione potenzialmente maggiori.
- Ridotti vantaggi ad alte velocità: Questi veicoli ottengono i massimi vantaggi in termini di efficienza e riduzione delle emissioni a basse velocità e durante la guida in città, dove il motore elettrico può essere utilizzato più frequentemente. Tuttavia, su autostrade e strade extraurbane, i benefici si riducono poiché il motore endotermico è maggiormente coinvolto nella propulsione.
- Peso aggiuntivo: La presenza di due sistemi di propulsione (motore termico e motore elettrico con batteria) aggiunge peso al veicolo, influenzando leggermente le prestazioni e il consumo di carburante, soprattutto per i diesel ibridi su lunghi percorsi.
L'acquisto di un'auto ibrida può dunque essere fatto solo dopo un'attenta valutazione dei vantaggi e svantaggi dell'auto ibrida. Questi veicoli rappresentano senz'altro una soluzione di mobilità ecologica e conveniente, ma è essenziale prendere coscienza dei pro e i contro in base alle proprie esigenze di guida. Sebbene non rappresentino la scelta ideale per tutti, le auto ibride offrono un ottimo compromesso tra efficienza energetica ed emissioni ridotte, rendendole un'opzione valida per coloro che desiderano contribuire alla riduzione dell'impatto ambientale dei veicoli e senza abbandonare del tutto i motori a combustione interna.
Il Retrofit e le Nuove Frontiere dell'Ibridizzazione
Le tecnologie di retrofit di auto diesel o a benzina rappresentano una delle possibilità per passare ad un mezzo più ecologico senza spendere necessariamente ingenti cifre. Da diversi anni circolano sul mercato kit per la riqualificazione dei veicoli con motore a combustione interna, operazione che in alcuni paesi, Italia compresa, è sostenuta da incentivi ad hoc per il retrofit elettrico.
La tecnologia REVR (Rapid Electric Vehicle Retrofit), messa a punto dallo studente di design della RMIT University, Alexander Burton, e vincitrice dell'Australian James Dyson Award, rappresenta un pacchetto di componenti per il rapido retrofit di auto diesel o a benzina. Rispetto ai processi di riqualificazione elettrica più diffusi, che prevedono la rimozione del motore a combustione interna e tutti i componenti associati (cambio, freni, ecc.), il kit REVR punta sulla "semplicità".
Il processo in questo caso è guidato dalle aggiunte anziché dalle sottrazioni. Il sistema disegnato da Burton prevede l'inserimento di un motore piatto da 50 kW, ad alta densità di potenza e raffreddato a liquido, tra le ruote posteriori dell'auto e i freni a disco. Si tratta di un motore elettrico a flusso assiale - uno dei nuovi trend dell'e-mobility - facile da installare anche per i non esperti. "Poiché il freno a disco e la ruota sono montati sul rotore del motore e sono quindi liberi di girare, anche l'asse e i sistemi originali dell'auto, la frenatura idraulica e l'ICE sono ancora in grado di funzionare", spiega il giovane designer. Il sistema REVR si completa con un pacco batterie da 15 kWh e un controller da collocare nel vano della ruota di scorta o nel bagagliaio. Sotto il cofano verrebbero invece installati alcuni potenziamenti elettrici per far funzionare elementi come l'aria condizionata e il riscaldamento.
Ben inteso: il kit di retrofit delle auto diesel in vetture ibride è ancora in una fase iniziale. Burton è in attesa di registrare il brevetto e sta attualmente testando il prototipo V1. Diverse incognite devono essere risolte a cominciare dallo switch tra i due tipi di alimentazione. Ma l'obiettivo è chiaro: "Voglio creare un kit di strumenti per la conversione di veicoli elettrici che possa essere applicato a qualsiasi veicolo ICE e implementato anche con una conoscenza specialistica minima".
Applicazioni Marine dell'Ibrido Diesel Elettrico
L'innovazione nel campo dei motori ibridi non si limita al settore automobilistico. Il sistema di trasmissione ibrido diesel elettrico trova applicazioni anche nel settore della nautica da diporto e dei trasporti pubblici su acqua, come traghetti, vaporetti e motoscafi. Il nuovo sistema di trasmissione è stato progettato con particolare attenzione all'impatto ambientale, rispondendo all'evoluzione tecnologica che sta interessando questo settore negli ultimi anni, con l'adozione sempre più diffusa dei motori ibridi.
La configurazione del gruppo Hybrid Drive comprende un albero di ingresso con estremità conica con giunto elastico di accoppiamento al volano del motore Diesel. Il rotore del motore elettrico è sempre collegato alla trasmissione e fa lo stesso numero di giri dell'albero d'ingresso dell'inversore marino a cui è collegato. La parte statorica del motore elettrico, contenuta all'interno del gruppo ibrido, comprende una camera entro cui viene fatto circolare il liquido refrigerante.
I vantaggi sono evidenti nella riduzione dei consumi di carburante e delle emissioni inquinanti, poiché possono utilizzare sia l'energia elettrica che quella del combustibile per muovere l'imbarcazione. Inoltre, garantiscono maggiore silenziosità e fluidità di guida, assicurando un'esperienza di navigazione più confortevole per i passeggeri, un aspetto molto importante per il settore dei trasporti pubblici.
