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Tecnica FULL HYBRID – Confronto tra soluzioni, Honda, Hyundai, Nissan, Renault e Toyota.

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Abbiamo già parlato diffusamente di sistemi full hybrid. (F-HEV.) In questa seconda parte vogliamo fare un’analisi dettagliata delle principali tecnologie usate dai vari brand nel segmento “B” e “C” del mercato.

Le tecnologie prese in esame sono: Honda e:HEV, Hyundai FEV, Nissan e-Power, Renault E-TECH e Toyota HSD. In particolare il sistema Nissan, è presente sulla Note non venduto in sul mercato italiano, ma è fondamentale per la presenza certa sulla prossima generazione di Qashqai.

Nella prima parte abbiamo detto che i full hybrid sono sistemi che non hanno necessità di avere ricarica esterna e si dividono un tre tipologie: Serie, Parallelo, o Serie/Parallelo.

La differenza è sita nel diverso utilizzo del motore endotermico. Nel sistema in serie, il motore benzina funziona come generatore, mentre la potenza alle ruote è portata esclusivamente dal motore elettrico. In quello parallelo, invece, i due motori si alternano o danno potenza insieme. Nei sistemi misti, serie/parallelo, l’azione dei due motori dipende dalle condizioni dettate dal controllo del sistema e dalle esigenze di guida.

Infine, i sistemi full hybrid (FEV), possono percorrere una distanza limitata in modalità puro elettrico (EV).

Come funzionano i sistemi presi in esame

Un modo semplice per comprendere se un sistema lavora in funzione dell’efficienza o della prestazione è verificare sulla carta la potenza che viene erogata dai due propulsori elettrico ed endotermico. Lo schema sottostante mostra come i diversi produttori scelgono di privilegiare un aspetto piuttosto che l’altro con scelte che sono sempre frutto di un compromesso.

Costruttore sistemaPotenza elettricaPotenza benzinaPotenza totale del sistemaConsumo litri/100km
Honda e:Hev 1.5 Jazz109cv97cv109cv3.9
Nissan e-Power 1.2 Note.109cv87cv109cv3.0
Toyota 1.5 HSD Yaris80cv91cv115cv3,3
Renault E-TECH Clio48cv92cv141cv4,3
Hyundai FEV Kona43cv106cv140cv4,3
Tabella potenza elettrica, endotermica e power train e consumo ottenuto

La tecnologia e-Power di Nissan è un seriale puro. Il motore endotermico funge solo da generatore lasciando la sola competenza della trazione al motore elettrico, anche a velocità autostradale. L’endotermico viene tenuto ad un numero di giri costante per fornire energia necessaria alla batteria che alimenta il motore elettrico che continua a portare potenza sulle ruote di trazione.

Honda definisce in serie anche il suo e:HEV. Anche in questo caso il motore endotermico funge da generatore ma a velocità superiori a 90km/h questo viene messo direttamente in collegamento con le ruote sostituendo l’elettrico.

La differenza sostanziale tra i due sistemi. Honda preferisce lasciare al motore endotermico la marcia autostradale puntando sulla maggiore efficienza della tecnologia i-Vtec a velocità costante. Nissan preferisce avere il motore endotermico ad un numero di giri che va da 2000 a 3000 giri/minuto a seconda per risolvere il problema dell’elettricità che mancherebbe a velocità alta dalla batteria.

Hyundai, Renault si definiscono sistemi in serie/parallelo potendo lavorare in entrambe le modalità. Ma guardando la differenza netta tra i due propulsori a favore di quello a endotermico è chiaro come siano rivolti maggiormente verso il parallelo.

La capacità dei due sistemi di lavorare in serie sta alla capacità del conducente di richiedere una potenza limitata in funzione dell’uso delicato dell’acceleratore. Alle richieste di potenza i due sistemi lavorano sempre in parallelo usando entrambe le propulsioni. Renault può letteralmente sommare le prestazioni dei due propulsori come succede in Formula 1, funzionando in parallelo puro.

Toyota HSD, invece, come serie/parallelo rappresenta il punto di congiunzione delle due filosofie. I due propulsori hanno una potenza molto simile e questo consente il passaggio dal funzionamento serie a parallelo più rapido e semplice.

Anche in questo caso il tipo di guida resta fondamentale. Per ottenere il valore dichiarato dai consumi il sistema HSD di Toyota deve funzionare come Nissan e Honda per una percentuale molto alta del percorso sacrificando di fatto la parte di funzionamento in parallelo.

Le componenti: Il motore endotermico

Motore costruttorePotenza a RPMCoppia Nm a RPMPotenza/ litroNumero cilindri
Honda 1.5 LEB898/5500131/450065,44 Cl
Nissan 1.2 HR12DE79/5400103/ 320065,93 Cl
Toyota M15A-FXE91/5500120/380061,13Cl
Renault 1.691/5600144/390056,94 Cl
Hyundai 1.6 GDI105/5700147/400066,54 Cl
Caratteristiche del motore endotermico, sigla, potenza, coppia, numero cilindri

I giapponesi indipendentenebte dal numero dei cilindri usano tutti il ciclo Atkinson a rapporto di compressione variabile

Nissan e Toyota sono gli unici propulsori a cilindri. In particolare, il motore della Yaris deriva direttamente dal più grande 2.0 litri che equipaggia la gamma Corolla e derivate. Per i detrattori del motore tre cilindri, possiamo dire, prendendo come riferimento la tabella, che dal punto di vista dello sviluppo della curva di coppia proprio il motore Toyota è in netto vantaggio sulla concorrenza. Alesaggio e la corsa maggiori permettono di spostare verso il basso la maggior parte la curva di coppia per una migliore erogazione di potenza.

Honda, Renault e Hyundai utilizzano propulsori a 4 cilindri. Nel dettaglio Honda per il suo 1.5 litri, utilizza la tecnologia i-Vtec sfruttando al massimo la capacità e la versatilità del sistema di fasatura variabile.

Renault e Hyundai, sono 1.6 litri quattro cilindri. L’efficienza e la prestazione sono ricavate utilizzando moderne tecnologie per la realizzazione. Il motore Renault, ha le canne dei cilindri riportare con riporto di plasma e doppia iniezione sia diretta che indiretta a seconda delle necessità di utilizzo.

Hyundai utilizza il sistema d’iniezione diretta GDI per avere una combustione ottimale con ricavando comunque il livello di potenza più alto tra i propulsori endotermici presi in esame.

La propulsione elettrica

Tutti i sistemi utilizzano almeno un motore elettrico sincrono tri fase accoppiato al motore endotermico sull’asse anteriore per portare potenza alle ruote motrici.

Per portare energia alla batteria si cono varie soluzioni: Honda utilizza un secondo motore elettrico come generatore. Avere due motori elettrici distinti per avere potenza e ricarica migliora l’efficienza.

Toyota e Renault, invece, optano per un secondo motogeneratore elettrico per fornire potenza alla batteria ed un boost aggiuntivo di spinta. L’HSG ha potenza variabile fino ai 20cv nel caso di Renault. Nel sistema E-TECH ha la funzione di sincronizzatore del cambio a denti. Una funzionalità derivata dalla power unit di F1 come KERS. Infatti, l’E-TECH è l’unico sistema a sommare la potenza dei due motori ottenendo 140cv.

Hyundai utilizza l’unico motore elettrico presente tra cambio e motore endotermico per fornire anche carica alla batteria e potenza. Quando lavora in parallelo una piccola parte della potenza elettrica viene comunque persa. La potenza complessiva dei sue propulsori sommati infatti farebbe risultare un valore superiore ai 141cv dichiarati da Hyundai.

La trasmissione.

Questo capitolo meriterebbe una trattazione separata. Ogni costruttore ha sviluppato un sistema complesso e diverso mostrando più fantasia in assoluto.

Nissan usa un classico CVT a controllo elettronico. Honda utilizza una trasmissione a rapporto unico. Il collegamento alle ruote avviene azionato da una frizione multidisco. La logica di Honda è quella di utilizzare una sola marcia come succede con i motori elettrici. Quando la velocità aumenta ed interviene l’endotermico succede quando questo può sfruttare la marcia più alta per il veleggiamento autostradale.

Toyota utilizza sistema epicicloidale. La trasmissione collega i tre elementi sfruttando un sistema formato da ingranaggi. L’ingranaggio centrale comandato dal motore elettrico principale muove una serie di ingranaggi satellite collegati al motore endotermico.

Il tutto collegato ad una corona esterna che aziona a seconda delle necessità il motogeneratore secondario per la ricarica della batteria. Un blocco frizioni mette in collegamento gli ingranaggi in modo da far lavorare il sistema tanto in serie quanto in parallelo.

La soluzione scelta da Renault è un piccolo gioiello di tecnica. Si tratta di un cambio ad innesti a denti dritti. Un tipo di cambio che di solito si usa solo nelle vetture di tipo sportivo o da corsa. L’assenza di sincronizzatori, infatti, consente di avere un comando molto compatto.

La funzione di sincronizzazione viene affidata all’HSG che mette in sincrono di due alberi su cui sono disposti gli ingranaggi per effettuare l’innesto. Inoltre, nel sistema Renault, anche il motore elettrico sfrutta due marce, cosa che consente di usare al meglio la coppia in modo più ampio lavorando anche in modalità serie.

Hyundai invece è l’unico sistema full hybrid ad usare una trasmissione automatica di tipo classico a sei marce con doppia frizione DCT. Una trasmissione che consente un uso del sistema ibrido più simile alla tecnologia benzina o gasolio precedentemente utilizzata. Inoltre, lascia una grossa variabile dell’utilizzo del sistema al conducente che rischia di inficiare l’efficienza salvaguardando il piacere di guida.

Rapporto prestazioni/efficienze

Tutti i sistemi presi in esame hanno un batteria ad ioni di litio. La capacità è più o meno uguale per tutti intorno agli 1,2kWh. Solo Hyundai può approfittare delle dimensioni della Kona per avere una batteria da 1,56kWh

I sistemi Full Hybrid hanno tutti una funzione EV pura. Una caratteristica insita nei sistemi Toyota, Renault ed Hyundai. Honda e:HEV non la prevede ma non è un controsenso. La gestione automatica del sistema consente di andare in EV in modo autonomo. La Jazz infatti, fino a 30/40km/h, marcia in modalità EV rendendo ridondante un eventuale comando manuale. Negli altri sistemi, potendo viaggiare in modalità parallelo, il motore endotermico potrebbe essere chiamato a funzionare anche a bassa velocità in base alla richiesta di potenza.

Il conducente può optare per la modalità EV a comando, obbligando il sistema a non accendere il motore endotermico per pochi km. In questo caso successivamente il sistema deve ricaricare la batteria per funzionare in modalità hybrid automatico chiamando il motore endotermico a fare gli straordinari. Spetta alla capacità del driver bilanciare entrambe le condizioni per conservare bassi consumi.

Sistema costruttoreVel- maxAcc.  0-100km/hCoppia sistemaRapporto peso/potenza
Honda e:HEV1729,4s253Nm87cv/1000kg
Nissan e:Power17010,5s240Nm87cv/1000kg
Toyota HSD1759,7260Nm78cv/1000kg
Renault E-TECH1869,9346Nm105cv/1000kg
Hyundai FEV16011,2265Nm102cv/1000kg
Tabella Prestazioni – Velocità – Accelerazione. Coppia- Rapporto peso/ potenza

Indipendentemente se il sistema sia ibrido serie, o serie/parallelo, i numeri delle prestazioni sono simili. La differenza sta tutta in come queste si sviluppano sotto la pressione dell’acceleratore. Toyota pur dichiarando un consumo più basso, deve fare i conti con uno stile di guida obbligato. La Yaris è versatile. Il conducente può decidere di far registrare i consumi dichiarati usando la funzione ECO, oppure sfruttare la prestazione con la funzione Sport peggiorando i consumi.

Honda invece non consente una possibilità di scelta manuale. Il sistema si adatta all’uso dell’acceleratore. Le prestazioni sono discrete, analoghe alla Toyota ma c’è un evidente effetto slegato del motore endotermico rispetto a quanto succede sul tachimetro all’aumentare della velocità.

Renault e Hyundai puntano su un piacere di guida marcato, anche se in modo diverso, senza penalizzare troppo l’efficienza. La Clio sommando la potenza con una risposta pronta all’azione del gas sfrutta al meglio anche la cambiata più rapida del suo cambio a denti dritti.

Hyundai invece, putando sul cambio a doppia frizione con motore elettrico singolo è il sistema full hybrid che più assomiglia per tipo di guida e di utilizzo alla vecchia scuola di benzina e diesel. Questo implica che il comportamento del driver diventa la variabile più importante per il corretto funzionamento del sistema.

Conclusioni.

Se qualcuno, dopo aver letto tutto ciò, si aspettava di trovare una classifica del sistema migliore ci dispiace per la delusione. Le variabili per definire una graduatoria sono troppe per un’analisi oggettiva.

Lo scopo di questa guida è quello di dare al lettore la capacità di conoscere i sistemi nel dettaglio, presenti sul mercato aiutando il lettore a scegliere il meglio in funzione della propria indole di guida.

A questi vanno poi sommate altre variabili come la percezione del brand, stile e dotazioni tecnologiche. Questa guida rappresenta un modo per avere a portata di mano dati e le indicazioni confrontandole i diversi sistema full hybrid del segmento B e B-SUV.

Daniele Amore

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