Come Funzionano le Auto Ibride: il PowerTrain

In questo articolo parleremo del sistema che ha segnato la rivoluzione portata dalle vetture ibride: il powertrain. Scopriamo insieme come funziona.

Negli ultimi anni la diffusione delle vetture ibride sta riscuotendo un incredibile successo, complice la sensibilizzazione nei confronti delle questioni ambientali, che ha portato molte case automobilistiche a progettare auto ecosostenibili, che riducano le emissioni di sostanze nocive disperse in atmosfera. Di conseguenza, gli automobilisti, al momento di decidere per l'acquisto di una nuova macchina, si trovano di fronte un campionario di proposte ancora più vasto, all'interno delle quali rientrano anche le vetture green.

Questo articolo è dedicato proprio alla tecnologia che adottano tali mezzi, che li ha portati ad essere così apprezzati dai costruttori e dal pubblico. In particolare ci concentreremo sul meccanismo di funzionamento del motore, ovvero il powertrain. Si tratta di un sistema innovativo che vede la cooperazione di due propulsori che lavorano in sinergia: uno termico di tipo tradizionale, alimentato con uno dei classici combustibili (solitamente benzina o gasolio), e uno elettrico, che interviene nelle situazioni di maggiore necessità, fungendo da supporto quando viene richiesto uno sforzo supplementare, ad esempio nel momento in cui si è fermi e si ha la necessità di ripartire. Nei veicoli plug-in, invece, questo accumulatore funziona come un serbatoio di energia elettrica e, ricaricandosi grazie a una rete esterna, consente al mezzo di proseguire la marcia sfruttando la sua autonomia per qualche decina di chilometri. Di seguito vedremo proprio come operano questi due motori e come, insieme, si integrano a formare il powertrain.

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Powertrain in serie o in parallelo: le differenze

Come dicevamo in precedenza, questo sistema di funzionamento composto da un doppio motore, uno a combustione esterna e uno elettrico, prende il nome di powertrain, e rappresenta il cuore pulsante delle vetture di ultima generazione che si servono della tecnologia ibrida. Questo impianto può essere in serie o in parallelo.

Nel primo caso, è il motore elettrico a rivestire un ruolo centrale per la marcia, mentre quello endotermico è messo al suo servizio. Svolge, infatti, il compito di generatore e caricatore. In pratica, il propulsore tradizionale costituisce la fonte di energia per quello a zero emissioni, e questa viene accumulata all'interno delle sue celle per poi consentire il moto dell'auto. Proprio per tale motivo, il mezzo acquista una certa autonomia, grazie alla corrente che viene raccolta dalle celle e si parla, appunto, di autonomia estesa, mentre i veicoli che se ne servono sono detti Range Extender.

Questa, tuttavia, non è la soluzione più diffusa: la maggior parte delle macchine ibride si serve di un altro meccanismo per funzionare, e si tratta del sistema in parallelo. Nelle vetture appartenenti a questa categoria, il propulsore a combustione non si limita a svolgere un ruolo di ricarica verso l'altra unità, ma collabora insieme ad essa nel determinare il movimento del mezzo, a volte in modo alternato, altre volte contemporaneamente in uno sforzo congiunto.

L'adozione di questo meccanismo comporta alcuni risvolti positivi, sia in termini di rispetto per l'ambiente, sia in termini di funzionalità alla guida sperimentata dal conducente. Ad esempio, quando ci si trova fermi al semaforo, al momento della ripartenza, il motore alimentato a carburante rimane spento, lasciando che sia quello elettrico a occuparsi dell'innesco del moto della macchina. L'energia erogata da questo, infatti, risulta sufficiente, in modo da ridurre notevolmente i consumi, ma anche le emissioni di sostanze che vengono disperse durante il processo di combustione. In questo modo, è possibile riuscire a percorrere dei tratti piuttosto significativi di percorso esclusivamente a batteria, senza che debba per forza intervenire il motore endotermico.

Non solo, nelle macchine dotate di tecnologia plug-in, che possono essere ricaricate grazie a una fonte di energia esterna (ovvero una presa di corrente, come quella delle apposite colonnine che si trovano lungo le strade o nei parcheggi), queste distanze possono essere ulteriormente allungate, aiutando ancora di più a ridurre l'inquinamento da emissioni. Infine, nelle fasi di guida che richiedono uno sforzo maggiore, ad esempio quando si deve compiere un sorpasso, e quindi occorre incrementare la velocità e si spinge sul pedale dell'acceleratore, la batteria elettrica interviene in supporto del motore a benzina o diesel, garantendo così un miglioramento delle prestazioni senza influire negativamente sui consumi, poiché il quantitativo di carburante impiegato per compiere questa azione viene notevolmente contenuto.

Vantaggi ecologici ed economici delle auto ibride

Tutto quanto descritto finora, ovviamente, avviene senza che il conducente si accorga di nulla e senza che faccia alcunché né che attivi delle funzioni particolari. Semplicemente, il sistema del powertrain si gestisce in autonomia mentre l'automobilista guida normalmente, lasciando che sia l'impianto ad alternare automaticamente i due tipi di motore che mantengono in vita la sua vettura, o a farli lavorare in sintonia per eseguire efficientemente le azioni che desidera, a seconda delle necessità.

Allo stesso modo, anche la ricarica delle celle che compongono il motore elettrico viene effettuata in autogestione da parte del powertrain, senza che vi sia la necessità di attingere corrente dalla rete domestica o da quella pubblica. Nei modelli tradizionali (ovvero le vetture che non si servono della tecnologia plug-in), infatti, la fase di ricarica avviene durante la marcia, sempre senza che ciò venga notato dal conducente. Quando il motore non viene sottoposto a sforzo, dell'energia viene apportata alle celle, e qui viene depositata. In particolare, molto funzionali a questo scopo sono le decelerazioni, teatro della famosa frenata rigenerativa.

Un altro punto cruciale per il funzionamento delle macchine green, sia total electric che ibride, è il contenimento massimale dei pesi e lo sfruttamento delle proprietà aerodinamiche del mezzo. Il primo aspetto è di peculiare importanza per non pesare eccessivamente sui consumi e per consentire al powertrain di mantenere un livello di prestazioni alto ed efficiente, e tale esigenza viene soddisfatta grazie a un'accurata scelta dei materiali. Vengono infatti impiegate sostanze pregiate, quali alluminio e fibra di carbonio, che si distinguono per la loro proverbiale leggerezza.

Anche la conformazione della macchina contribuisce non poco a determinare i consumi del motore, poiché è un elemento determinante nel diminuire la resistenza opposta dall'aria al movimento del mezzo. Oltre alla forma in sé della carrozzeria, sono importanti anche delle appendici appositamente progettate e applicate allo scopo preciso di deviare il flusso d'aria, poste davanti alle ruote anteriori. Un altro stratagemma ideato su misura è costituito dai deflettori attivi, in grado di adattarsi alle differenti condizioni di guida, ma sono utili anche i cerchi stessi delle ruote, che spesso presentano un design chiuso proprio per impedire alle infiltrazioni d'aria di opporre ulteriore forza al movimento dell'auto. Infine, sono disponibili sul mercato degli pneumatici con una caratteristica bassa resistenza al rotolamento, che riduce l'attrito all'asfalto insieme alle spese necessarie per gestione e manutenzione.

Grazie a tutte queste accortezze, le vetture ibride combinano il massimo della funzionalità con costi contenuti, che giovano sia alle tasche del proprietario che all'ambiente.