Introduzione allo studio dell’ibrido. Destinati da sempre a stare insieme, solo dopo cento e più anni sembrano finalmente riuscirvi con successo. Una storia travagliata, quella della propulsione ibrida, che però serba ancora un notevole potenziale inespresso.
Il tempo è galantuomo, dice la tradizione popolare, e la storia della trazione ibrida ne è, nell’universo della tecnica automobilistica, una delle maggiori dimostrazioni pratiche: pur se teorizzata fin dagli albori dell’evoluzione tecnica dell’automobile e periodicamente esplorata dagli ingegneri di tutte le nazionalità, essa è stata per anni tenuta ai margini, addirittura dichiarandone con forza l’inutilità quando considerazioni di marketing (leggasi: necessità di difendere la propria scuola tecnica da parte di chi all’ibrido non era ancora arrivato) lo rendevano opportuno. Eppure non ci voleva poi molto a cogliere gli aspetti che rendevano, fin dall’inizio della storia dell’automobile, l’accoppiata termico-elettrico un obiettivo tecnico particolarmente appetibile: il primo garantiva infatti i suoi innegabili vantaggi in termini di flessibilità di utilizzo, grazie alla densità di energia chimica degli idrocarburi, nettamente superiore a quella di qualunque batteria, mentre il secondo sembrava il suo “coniuge” ideale, potendo – potenzialmente – al contempo colmarne le lacune croniche ai bassi regimi, recuperarne l’energia cinetica nelle fasi di frenata invece di lasciarla disperdere in calore e, in generale, far valere l’eccezionale rendimento delle unità elettriche, superiore al 95%, contro il 30% circa dei “termici”. Tutti concetti, questi, ben noti da molti decenni e assolutamente evidenti a qualunque ingegnere meccanico. Come in molti altri casi, però, tra il dire ed il fare (o meglio tra il “teorizzare” ed il “produrre”) molta acqua era destinata a scorrere.
L’ERA DEI PIONIERI I primi esperimenti concreti, per la verità, si videro in effetti già all’alba del secolo scorso in Germania, con la “Mixte” del giovanissimo ma già geniale Ferdinand Porsche. Si trattava del primo esempio automobilistico di ibrido del tipo “seriale puro”, lo stesso per intenderci da sempre utilizzato in campo navale o ferroviario: quattro motori elettrici ad azionare le quattro ruote ed alimentati direttamente dalle batterie, a loro volta “supportate” da un generatore termico deputato alla sola ricarica delle stesse, al fine di garantire una dignitosa autonomia. Una soluzione ambiziosa ed estrema, tesa a massimizzare il rendimento del sistema anche grazie all’assenza di una trasmissione meccanica, ma che sarebbe stata e che è ancora penalizzata dagli eccessivi pesi, ingombri e costi dell’insieme batterie-motori.
La “Mixte”, comunque, rappresentava solo il punto di partenza di un’ampia gamma di possibili architetture, che la comunità motoristica internazionale esaminò per tutto il ventesimo secolo. Sempre in tema di ibridi seriali, ad esempio, va senz’altro ricordata la molto più recente Volvo ECC datata 1992, che al classico motore alternativo sostituiva, nel ruolo di generatore, una piccola turbina a gas, più semplice ed efficiente delle unità convenzionali, in particolar modo se utilizzata “a punto fisso” come solo un ibrido seriale consente di fare. Nel 1989 furono invece gli ingegneri Audi a proporre, con il prototipo “Duo” derivato dalla 100 Avant, una prima bozza di ibrido “parallelo”, ovvero la filosofia diametralmente opposta a quella “seriale” e mirata alla massima semplicità: la concept, disponeva infatti del normale “cinque cilindri” da 2,3 litri azionante le ruote anteriori, coadiuvato da una piccola unità termica (soli 12 CV) montata al posteriore e del tutto indipendente, in grado di collaborare nella trazione con il motore termico principale (per l’appunto agendo in parallelo ad esso) oppure di spingere autonomamente la vettura, a quel punto divenuta una trazione posteriore, per brevi tragitti urbani.
Una via, quella “parallela” pura, senz’altro più di compromesso e meno promettente in termini di risultati, dato che comunque la propulsione prevalente rimaneva quella “termica” con tanto di trasmissione convenzionale e relativo rendimento, ma anche molto più facile da adattare a progetti esistenti, come la storia degli anni successivi avrebbe ampiamente dimostrato. Con la fine degli anni ’90 si entra infatti nell’era degli ibridi moderni e delle prime vere e proprie realizzazioni da grandi numeri.
IL GIUSTO COMPROMESSO Parlando di grandi numeri e di ibrido, naturalmente, la maggior parte dei lettori starà già pensando alla Toyota Prius, che fin dal 1997 ha rappresentato la portabandiera di questa tipologia di vetture. Ed a buona ragione: per bontà del compromesso ed equilibrio complessivo, il progetto Toyota era infatti senz’altro eccezionale per l’epoca, nettamente superiore a quello della ibrida “parallela” Honda Insight (semmai interessante per altri aspetti, come la costruzione in alluminio), al punto da essere arrivato fino ai giorni nostri senza modifiche sostanziali e con soli affinamenti sui principali componenti del sistema.
In particolare, il vero “colpo di genio” degli ingegneri Toyota fu la trasmissione ibrida HSD (Hybrid Synergy Drive), in grado, tramite l’adozione di un rotismo epicicloidale, di “miscelare” le potenze dell’unità termica e di quella elettrica, mimando a seconda delle esigenze di marcia il funzionameno di un “seriale” oppure di un “parallelo”. Il risultato in termini di efficienza fu da subito eccellente, anche perché gli ingegneri Toyota azzeccarono anche un ulteriore aspetto importante, ovvero il “dimensionamento” della parte elettrica, l’altro macro-parametro sensibile in tema di ibrido. Spieghiamo: una parte elettrica preminente, con motori di elevata potenza ed un pacco batterie in grado di garantire una significativa autonomia, è naturalmente l’obiettivo a cui tendere in termini di efficienza e compatibilità ambientale, ma è altresì critica sul piano dei costi, degli ingombri, della massa complessiva e dell’affidabilità, e ciò era ancor più vero una ventina d’anni fa, quando di ioni di litio ancora non si parlava ed al massimo c’erano le celle al Ni-Mh.
Coscienti di ciò, i giapponesi seppero sapientemente individuare il “mix” giusto, proponendo coraggiosamente una propulsione elettrica di potenza significativa (pressoché pari a quella termica) ma limitando la batteria a dimensioni moderate, in linea con quanto poteva all’epoca essere messo in commercio a costi competitivi. Il risultato fu una vettura, la Prius appunto, che non aveva pretese da “effetti speciali” come la EV-1 americana, per intenderci, ma che con molta concretezza indicò chiaramente qual’era la vera strada da percorrere, ovvero la ricerca della più efficiente combinazione possibile tra la soluzione seriale e quella parallela, e tra il “peso” progettuale della parte termica e di quella elettrica.
IL TEMPO NECESSARIO I primi anni 2000 videro nascere diversi prototipi che, in un modo o nell’altro, si rifacevano alla “filosofia Prius”: con un po’ di sano campanilismo ci permettiamo di ricordare, tra gli altri, la Fiat Multipla Hybrid Power, che accoppiava al buon vecchio 1.6 16v “Torque” un’unità elettrica da 30 kW ed il cambio robotizzato Selespeed. Non vi era quindi una trasmissione raffinata ed ottimizzata come l’HSD Toyota, ma ciò nondimeno era prevista la possibilità di un doppio funzionamento seriale-parallelo, nonché una parte elettrica generosamente dimensionata, con un pacco batterie al Ni-Mh da 19 kWh in grado di garantire fino ad 80 km di autonomia teorica.
Dulcis in fundo, si trattava a tutti gli effetti di una ibrida “plug-in”, data la possibilità di ricaricarne le batterie direttamente tramite la presa di corrente da 220V di casa. Caratteristiche dunque tutto sommato interessanti, di certo ambiziose, che però non arrivarono a concretizzarsi in una produzione di serie. La Fiat, del resto, non fu la sola a “smarcarsi”: a quell’epoca tutti i principali costruttori, con poche eccezioni (ricordiamo la Ford Escape del 2006 per il mercato USA), preferirono infatti temporeggiare, lasciando agli HSD Toyota ed agli IMA Honda (sempre fedeli, questi ultimi, alla basilare soluzione parallela) il dominio del segmento.
Agli occhi degli addetti ai lavori più attenti, però, era evidente che si trattasse di una semplice questione di tempo: con il rincaro dei carburanti e le sempre più stringenti normative anti-inquinamento l'”ibridizzazione” doveva prima o poi farsi strada, anche in virtù del fatto che la trazione elettrica pura sembrava destinata a rimanere ancora per molti anni una chimera, data la densità di energia – notevole, ma ancora non sufficiente – degli accumulatori al litio.
UN BEL PANORAMA Oggi, diciotto anni dopo la Prius originaria, si può forse dire che ci siamo: tutti i grandi costruttori sembrano infatti essersi svegliati, ed a fianco di un HSD Toyota sempre uguale a sé stesso (e sempre validissimo) troviamo innumerevoli proposte alternative, la cui ricchezza e “biodiversità” è, tra le altre cose, la prova che il tema “ibrido” è ancora oggetto di dibattito e che la soluzione ottimale non è ancora stata univocamente identificata, il che fa ben sperare per il futuro, in quanto sottintende un ulteriore margine di sviluppo. Tra i prodotti più interessanti, ad esempio, ricordiamo la Chevrolet Volt, dotata di una trasmissione epicicloidale simile a quella Toyota ma fortemente sbilanciata sul fronte “elettrico” e con il “quattro cilindri” 1.4 a benzina limitato alla funzione di “range extender” grazie alla batteria da 16 kWh ed alla possibilità di ricaricarla “alla spina”.
Soluzione quest’ultima adottata anche dai tedeschi di Audi che, per la loro A3 e-tron, hanno però optato per un’integrazione dell’unità elettrica all’interno del cambio DSG, preservandone tra le altre cose il funzionamento sequenziale, a difesa di quel piacere di guida di gusto europeo che sulle ibride “CVT” viene inevitabilmente un po’ a mancare. Anticonformisti come sempre sono stati poi i francesi di PSA, il cui sistema Hybrid4 (in realtà di produzione Bosch) altro non è che la riedizione moderna della antica Audi Duo, con retrotreno elettrico agente in parallelo al diesel anteriore. Infine, non è da sottovalutarsi nemmeno l’impatto che la “rivoluzione ibrida” potrebbe avere sull’universo delle sportive: McLaren P1, Ferrari LaFerrari e Porsche 918 Spyder ne sono la prova, e dimostrano – in particolare l’ultima, dotata di un’unità elettrica per assale per un totale di 285 CV ed in grado, a differenza delle altre due, di viaggiare in modalità interamente elettrica – come le altissime prestazioni possano realmente convivere con l’efficienza, con un consumo medio dichiarato di soli 3,1 l/100 km. Certo 800.000€ non sono cifra alla portata di tutti, ma già BMW propone la i8 che per “soli” 140.000 abbina il tre cilindri turbo posteriore-centrale all’elettrico anteriore, ed a breve arriverà pure Honda con la nuova NSX, il cui innovativo sistema SH-AWD accoppierà il V6 biturbo a benzina ad una trasmissione a doppia frizione e ad addirittura tre motori elettrici, di cui due montati all’avantreno, uno per ciascuna ruota anteriore, in grado dunque di effettuare un vero e proprio “Torque Vectoring” a tutto vantaggio dell’handling. Anche sul piano del piacere di guida, insomma, il potenziale abbonda: questione di qualche anno e, c’è da giurarci, ne vedremo delle belle anche nei segmenti inferiori.
