Discussione: Auto ibride:Ho capito bene ?

Sto cercando di capire bene i principi su cui si basano le auto ibride, per capire quale di quelle in commercio è la più razionale (in relazione al costo)
Dunque in commercio ci sono:
a) auto ibride del tipo in parallelo (Toyota Prius) in cui il motore a scoppio interviene direttamente a fornire coppia alle ruote, in parallelo a un motore elettrico. E' uno schema un po' più complicato di quello in serie (b) ma è apparentemente più efficiente perchè non si ha dissipazione della potenza del motore termico, che va direttamente alle ruote invece che seguire la meno efficiente via alternatore-batteria-motore elettrico.
Ma non c'è solo questo, altrimenti un'auto di questo tipo in marcia fuori città a velocità costante sarebbe mossa in pratica solo dal motore termico e avrebbe gli stessi consumi di un'auto normale. Se ho capito bene, nella Prius hanno usato anche un motore particolare che segue il ciclo Atkinson, più efficiente, e attraverso l'uso di un cambio a variatore regolato elettronicamente riescono a far girare il motore termico in un range di regime ristretto, nel quale ha un'efficienza particolarmente alta. I risparmi sui consumi in marcia costante fuori città prescindono dall'esistenza di un motore elettrico e di una batteria, essendo solo il motore termico a dare la potenza necessaria, e sono dovuti all'uso di un ciclo termodinamico più efficiente e alla presenza di un variatore e di una regolazione elettronica che mantengono il motore in un campo di funzionamento costante, al massimo di efficienza
(PS. Proprio per questo la partenza da fermo è realizzata solo col motore elettrico e il motore termico viene messo in funzione solo quando la velocità è abbastanza alta da permetterne l'accoppiamento)
b) schemi in serie: il motore termico non muove le ruote, ma un generatore elettrico (alternatore + inverter, credo) che carica la batteria. Le ruote vengono mosse da un motore elettrico (anche coincidente con l'alternatore)che in accelerazione e in marcia costante prende la corrente dalla batteria, in frenata funge da generatore recuperando l'energia cinetica dell'auto per ricaricare la batteria.
Il motore termico anche qui può usare un ciclo termodinamico più efficiente e lavorare in un range di condizioni dove l'efficienza è massima, ma resta il fatto che comunque la potenza che fornisce deve prima venire convertita in energia elettrica per muovere le ruote, con una certa perdita di efficienza lungo il cammino. In compenso risulterebbe abolita la trasmissione diretta (via variatore) della potenza alle ruote e la gestione del sistema sarebbe più semplice. Niente fermata e rilancio del motore termico ad ogni stop in città, pochissima elettronica (che comunque costa poco).
Differenze di costo: poche; praticamente per lo schema Prius solo la trasmissione alle ruote e l'elettronica.
Poi ci sono gli schemi mini-ibrido tipo quello della Honda, in cui in pratica si installa sull'asse motore un generatore/motore che recupera l'energia nelle frenate e aiuta il motore nelle riprese. La trasmissione alle ruote resta la stessa, con tanto di cambio, quindi i guadagni sono solo quelli (in città) dati dal recupero dell'energia in frenata. Ma non ho capito bene come questo si realizzi.
Quante sciocchezza ho detto finora ?

Pochissime imprecisioni, pochissime (anche se però sono quelle che fanno la differenza!). Vediamo per punti:

...a) auto ibride del tipo in parallelo (Toyota Prius) .....

No! La P è un serie/parallelo!

E' uno schema un po' più complicato di quello in serie..... va direttamente alle ruote invece che seguire la meno efficiente via alternatore-batteria-motore elettrico

Più complicato sulla P non direi... circa andare direttamente alla ruote: si (quasi), quando funziona in modo parallelo!

nella Prius hanno usato anche un motore particolare che segue il ciclo Atkinson, più efficiente,

Ok

attraverso l'uso di un cambio a variatore regolato elettronicamente

No! Non c'è cambio ne variatore, ma una cosa che chiamano power split.. e che assomiglia ad un differenziale che accoppia sempre 3 oggetti, ma (invece di motore e 2 ruote motrici) questi sono generatore, motore termico e motore elettrico (secco con le ruote). Vedere discussione relativa per maggiori dettagli:
http://www.energeticambiente.it/veic...da-toyota.html

Proprio per questo la partenza da fermo è realizzata solo col motore elettrico e il motore termico viene messo in funzione solo quando la velocità è abbastanza alta da permetterne l'accoppiamento

No! Non c'è nessun "accopiamento" da fare.. è tutto già accopiato/in presa anche da fermo, via power split. Alla partenza inoltre il termico può essere o meno acceso, dipende dal sistema ibrido decidere cosa fare (principalmente, escludendo la fase di riscaldamento, in funzione delle richiesta di coppia e stato della bat)

schemi in serie: il motore termico non muove le ruote, ma un generatore elettrico (alternatore + inverter, credo) che carica la batteria. Le ruote vengono mosse da un motore elettrico (anche coincidente con l'alternatore)c

Ok. Nel caso della P l'alternatore-generatore NON coincide con il motore (in pratica ci sono due "macchine" elettriche MG1 e MG2) per permettere anche i due modi di funzionamento.

in frenata funge da generatore recuperando l'energia cinetica dell'auto per ricaricare la batteria.

Questo può farlo sempre... indipendentemente se in fase parallelo o serie (ed anche perchè non c'è un netto passaggio dai due modi!).. quindi anche fuori città/autostrada in marcia pseudocostante: dal momento che non può esserlo in modo assoluto, per esigenze di percorso (che non è una pista) e di traffico (idem) c'è sempre qualche recupero/spinta "elettrcica" aggiuntiva.

Poi ci sono gli schemi mini-ibrido tipo quello della Honda, in cui in pratica si installa sull'asse motore un generatore/motore che recupera l'energia nelle frenate e aiuta il motore nelle riprese. La trasmissione alle ruote resta la stessa, con tanto di cambio, quindi i guadagni sono solo quelli (in città) dati dal recupero dell'energia in frenata. Ma non ho capito bene come questo si realizzi.

Ok (più tutto il resto non espressamente ri-quotato..)

Se ho capito bene il power split altro non è che un riduttore planetario (sembra facile!) con tutti e tre gli elementi (sole, pianeti e corona) cisacuno vincolato ad un elemento "motore" cioè motore termico, motore elettrico e motorino di avviamento. La particolarità del riduttore planetario, o epiciloidale è che si può mantenere sempre uno degli elementi fermo.
Qui puoi trovare una bella animazione del sistema.

Toyota Prius - Power Split Device

ciao

Per chi ha problemi con l'inglese, allego traduzione veloce "al volo" del sito postato, sufficientemente attendibile:

La Toyota Prius è allestita con svariate cose graziose ad alta tecnologia, ma il cuore dello Hybrid Synergy Drive (HSD) è un semplice e piccolo oggetto chiamato Power Split, o PSD.
Lo PSD è un insieme d'ingranaggi planetari, che elimina la neccessità di un cambio tradizionale a rapporti e i componenti della trasmissione, nonchè il familiare premi-molla-premi-molla dell'acceleratore sulle tradizionale auto a propulsore termico.
Funge da trasmissione variabile (CVT) ma con rapporto fisso degli ingranaggi.

Se non avete dimestichezza matematica o meccanica sulla tecnologia ibrida o addirittura dei componenti di un normale motore, questo aiuterà a familiareggiare su come il PSD permetta all'auto di usare potenza dal motore a combustione interna (ICE), ma anche dai due generatori/motori elettrici (MG1 e MG2), tutti ruotanti a velocità differenti e variabili.

Il modello sottostante permette di variare le velocità sia dell''ICE che dello MG2.
MG2 è il più grande dei due motori/generatori ed è anche richiamato come motore di trazione perchè la sua velocità (RPM, o rotazioni per minuto) ha relazione fissa con la velocità delle ruote. Trascinando il cursore dello MG2, vedrete che il tachimetro cambia, mentre variazioni di velocità sull'ICE non influenzano direttamente la velocità.
Una volta acquisita padronanza con questo concetto inizierete a vedere come operano i meccanismi del CVT. L'ice può ruotare più veloce o più lento, in funzione di quanta potenza serve e, sia con resistenza o assistenza da parte del motore elettrico, l'auto può raggiungere la velocità desiderata e nello stesso tempo mantenere il funzionamento dell'ICE al più alto rapporto d'efficienza possibile...

Le velocità di rotazione di MG1, MG2 e ICE sono inter-dipendenti e la velocità di MG1 cambierà sempre quando varierete la velocità di ognuno degli altri due. MG1 ha una rotazione massima di 10000 giri al minuto per ogni direzione (positiva o negativa) con un limite software di 6500 rpm se l'ICE è spento. Usando il sottostante modello, potete vedere da soli che questo limite software comporta che l'ICE sarà sempre in rotazione se viaggiate sopra le 42 miglia all'ora (ndr circa 68km/h). E in caso siate curiosi, si MG1 può cambiare senso di rotazione durante le normali circostanze di guida e lo fa spesso.

La rotazione dell'ICE è limitata a velocità comprese tra 1000rpm e 4500rpm. Può anche fermarsi completamente, ma qualsiasi valore tra 0 e 1000 forzerà il cursore su o giù. Questo perchè il motore a combustione interna non può operare effettivamente al di sotto di questa velocità. Il computer ibrido lo sa e fermerà l'ICE quando deciderà che non vi serve il combustibile, e lo riavvierà nuovamente quando vi servirà maggior potenza, o maggiore velocità da MG2 (ndr --non 1!)