Innovativa soluzione in grado di ridurre i consumi, contenere le emissioni e incrementare la potenza del propulsore, migliorandone la risposta ai transitori e l’erogazione della coppia ai bassi regimi.
Sulle moderne vetture sportive ma anche su quelle meno prestazionali stiamo assistendo all’avvento di una tecnologia fino a oggi appannaggio unicamente delle monoposto di Formula Uno. Stiamo parlando dei turbo elettrici, innovativi sistemi di sovralimentazione elettrificata sviluppati tanto da Borgwarner quanto da Garrett.
Borgwarner ha realizzato un compressore centrifugo movimentato non da una turbina azionata dai gas di scarico ma da un motore elettrico a 48 Volt. Una soluzione che non solo permette di gestire la portata d’aria in ingresso al compressore e ai cilindri indipendentemente dalla velocità di rotazione e dalle condizioni operative del motore ma consente anche di farlo in tempi brevissimi riducendo al minimo il turbo-lag e migliorando la risposta ai transitori. Alla base di tutto vi è un motore DC brushless (senza spazzole) a magneti permanenti. Questo tipo di motore elettrico a 48 Volt, molto più efficiente dei motori asincroni o di quelli a riluttanza variabile, è attualmente in grado di accelerare fino a 70.000 rpm in circa 230 ms e di generare un incremento di potenza di circa 6 kW. L’energia elettrica del sistema a 48 Volt, utilizzata per azionare l’eBooster, è in buona parte prodotta tramite la frenata rigenerativa. L’eccesso di energia viene, infatti, accumulato in un compatto pacco batterie agli ioni di litio a 48 Volt e prelevata solo all’occorrenza. Questo sistema aiuta il motore nelle situazioni che si verificano tipicamente ai bassi regimi e bassi carichi, per esempio quando si tenta di accelerare da bassi giri con un rapporto lungo, abbattendo in sostanza il tipico turbo-lag. Grazie, infine, alla maggiore pressione di sovralimentazione, disponibile fin dai bassi regimi e bassi carichi, si riesce inoltre a usare maggiormente l’EGR di bassa pressione così da ridurre del 5% le emissioni di particolato e del 4% i consumi di carburante con solo lievi svantaggi nelle emissioni di NOx rispetto a una soluzione biturbo in serie classica. Il suo funzionamento è però per ora discontinuo perché interviene subito ma rimane in funzione finché il turbocompressore classico non ha raggiunto una pressione sufficiente, a quel punto si disinserisce e consente al turbocompressore azionato dai gas di scarico di gestire l’intera sovralimentazione.
Garrett, invece, ha progettato un innovativo turbocompressore a gas di scarico elettrificato nel quale il turbocompressore rimane ugualmente composto da una turbina e un compressore ed è ugualmente azionato dai gas di scarico del motore termico ma, grazie all’introduzione di un piccolo motogeneratore elettrico di supporto azionato da una centralina di controllo, si è in grado di ridurre il turbo-lag e la dispersione di energia così da produrre un maggiore grado di sovralimentazione, migliorando in definitiva l’efficienza generale. Volendo scendere nel dettaglio, il motore elettrico non solo supporta il turbocompressore a gas di scarico nelle fasi di attivazione così da ridurre il turbo-lag ma permette anche il recupero di energia cinetica – che alternativamente finirebbe dispersa durante le fasi di libera rotazione dell’alberino – e l’adozione di una girante del compressore di maggiore diametro così da realizzare un maggiore grado di sovralimentazione. L’unità di sovralimentazione, grazie quindi a questa tecnologia, potrà non essere più dimensionata a ribasso per ridurre al minimo il ritardo nella risposta e per abbattere le inerzie ma si potrà puntare al raggiungimento di maggiori prestazioni pur senza preoccuparsi del turbo-lag che verrà azzerato dall’intervento del motogeneratore elettrico. Lo stesso motogeneratore recupererà l’energia nelle fasi di rilascio inviandola in una batteria agli ioni di litio che è declinata ad alimentare il sistema ibrido della vettura. Gli ultimi test di laboratorio indicano come il sistema permetta un incremento di potenza del 16% e della coppia del 10,5% e una riduzione di tempo del 25% nelle riprese sul 60-100 km/h.
