Novità in casa Ferrari: Tra brevetto e turbo-elettrico

Con l’avvento di normative inquinanti sempre più stringenti e una richiesta di mercato sempre più green, anche Ferrari ha deciso di avvicinarsi alla propulsione ibrida/elettrica. “Entro due anni il puro elettrico“, dichiarò mesi fa l’ormai scomparso Sergio Marchionne, ex dirigente Ferrari S.p.A. Nelle ultime settimane si è sentito parlare di un nuovissimo brevetto per casa Ferrari. Essenzialmente, parliamo di una nuova filosofia propulsiva: motore turbo quattro cilindri con sovralimentazione turbo-elettrica.

La casa di Maranello ha depositato lo scorso 16 gennaio, i brevetti: all’Uspto, United States Patent and Trademark Office, brevetto n°US20180202353 e all’European Patent Office, il brevetto n°EP3348819A1.

Di cosa stiamo parlando?

Ferrari parla di un propulsore elettrificato (ibrido) con gestione elettrica della sovralimentazione dinamica. Così, il responsabile delle architetture ibride di casa Ferrari, Fabrizio Favaretto, ha presentato il progetto.

A cosa serve sovralimentare un motore?

Come ben sappiamo la sovralimentazione serve per aumentare la pressione dell’aria comburente (e quindi dell’intera miscela) all’ingresso, ecco perché solitamente è installata, per via della sua maggiore efficienza, in propulsori a ciclo Diesel. La maggior pressione aumenta il coefficiente di riempimento di carica all’interno del cilindro: Maggior pressione a parità di sostanza, riduce il volume occupato. Maggior riempimento, maggior ossigeno e maggior energia termica sprigionata dalla fase di combustione. Nel caso voleste approfondire l’argomento, vi consiglio di leggere quest’altro mio articolo: Sovralimentazione meccanica turbo-dinamica.

Turbo–Lag:

Il turbocompressore alla base della sovralimentazione turbo-dinamica, ha raggiunto efficienze elevatissime e ha svariati campi d’utilizzo, tuttavia ha un difetto: Il Turbo Lag, il cosiddetto ritardo alla risposta. Perché? Il tutto sta alla base del funzionamento. I gas di scarico trascinano la girante del lato turbo del turbogruppo in analisi.

Fino a quando i gas esausti e la variazione del momento della quantità di moto non riusciranno a vincere l’inerzia (meccanica) alla rotazione della girante della turbina, vi sarà un certo ritardo nel raggiungimento della pressione di sovralimentazione.

La girante, calettata sullo stesso alberino del compressore, mette in rotazione la girante di quest’ultimo, il quale aumenta la pressione dalle condizioni ambiente alla pressione di sovralimentazione. Si parla di circa 1.5, 2, 3 bar: dipende dal coefficiente A/R e dalle qualità prestazionali del turbogruppo, è tutto approfondito nell’articolo precedentemente linkato.

Superata la fase di inerzia alla rotazione della girante della turbina, si mette in rotazione l’intero sistema e si raggiunge una maggiore spinta da parte del propulsore. Per eliminare questo difetto, i progettisti hanno pensato bene di scollegare meccanicamente i due sottosistemi (turbina e compressore). Utilizzando la via elettrica per il trasferimento di energia: non più meccanica, bensì elettrica.

Cosa succede adesso con questo nuovo sistema?

La girante della turbina aziona un generatore elettrico, il quale invia corrente ad una batteria secondaria. Quest’ ultima alimenta con un motore asincrono la girante del compressore. In questo modo essendoci sempre energia elettrica accumulata (nella batteria), non si avranno più ritardi nella risposta del turbo. Inoltre il sistema permette di allontanare il lato caldo e freddo del turbogruppo, migliorando la distribuzione dei pesi e l’ingombro nel vano motore: Non male.

E per la potenza?

Il sistema è doppiamente efficiente, ponendo un secondo motogeneratore elettrico a valle delle batterie di accumulo collegate al lato turbina. Questo secondo motogeneratore può benissimo essere calettato sull’albero motore e aumentare la potenza espressa, in perfetta chiave Hybrid.

E in frenata?

Inoltre collegando questo secondo motogeneratore ad un sistema MGU-K di recupero energia in fase di frenata, si può migliorare significativamente la resa propulsiva di un motore.

Oltre a garantire gestione della potenza espressa per via elettrica e/o endotermica, in funzione del carico, è possibile gestire persino il sound del motore. Mediante opportune centraline di controllo e switch elettronici, si è in grado di farlo. Come? Il sistema di controllo permette di gestire l’erogazione della potenza dividendo la spinta propulsiva e parzializzandola tra elettrica ed endotermica, appunto. Quando si ha bisogno di fare bella figura con un bel rombo stile cavallino rampante, si sfrutta il massimo della potenza garantita dal motore a combustione interna.

Presto disponibile?

Il brevetto in figura fa riferimento ad un V8 per rendere applicabile tale sistema alle auto di ultima generazione di casa Ferrari. Tuttavia, il futuro Ferrari sembra, così come ci ha promesso il caro Marchionne al salone di Ginevra di Marzo, tutto ibrido/elettrico. Entro il 2019 dovremmo vedere queste brevi righe messe in atto.

Per approfondire:

In figura la Ferrari 488 PISTA, novità di quest’anno. Ne ho analizzato l’efficienza aerodinamica, il sistema S-Duct e tanto altro. Per i più curiosi ecco il link: Ferrari 488 “Pista”: S-Duct, F.D.E, Aerodinamica & Ingegneria di derivazione Formula 1