Saga E-TECH Episodio 4: da LOCODISCOBOX a E-TECH
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Alle origini della Renault E-TECH
Forte della propria competenza nel settore dei veicoli elettrici, dell’esperienza maturata in Formula 1 e avvalendosi di team di ingegneri, sviluppatori e addetti al controllo entusiasti e appassionati, Renault ha sviluppato la sua innovativa motorizzazione ibrida E-TECH. Disponibile nella versione «full ibrida» sulla Clio e nella versione «full ibrida ricaricabile» sulla Nuova Captur e sulla Nuova Mégane, è stata ideata e messa a punto in modo al tempo stesso insolito e molto stimolante. Questo quarto e ultimo episodio ripercorre le ultime scelte tecniche operate, in particolare quelle relative ai motori elettrici.
Conforme alle specifiche richieste e dopo aver dato prova di sé con il prototipo EOLAB, l’innovativa LocoDiscoBox deve ora superare con successo la fase di adattamento al “prodotto” per trovare posto sotto il cofano dei modelli di serie del Di Renault group. In origine, del resto, era stata concepita nell’ambito del programma «Entry», basato sulla piattaforma M0 e supervisionato da Gérard Detourbet – lo stesso che ha detto «sì» quando gli è stato presentato il modello in LEGO.
Le prime presentazioni della motorizzazione ibrida ricaricabile Z.E. on demand ai direttori e ai dirigenti Renault del settore “prodotto” sono appena iniziate che i team di ingegneri intuiscono che il lavoro non è ancora finito. Ben presto, non si parla più di Entry e M0, ma di M1, ovvero i modelli versatili e compatti, tra cui la Mégane. È proprio su una Mégane che verranno effettuati i test di calibrazione della futura motorizzazione E-TECH. Era quindi necessario far evolvere la LocoDiscoBox per renderla compatibile con questo modello e con le prestazioni che ci si aspettava da esso. Verranno intraprese due linee d’azione per due ambiti diversi: l’aggiunta di un secondo motore elettrico per le basse velocità e l’aggiunta di una quarta marcia nel cambio termico per le alte velocità.
«C’era questo problema di interruzione della coppia tra la prima e la seconda marcia, quindi a bassa velocità. La soluzione, secondo noi, consisteva nell’aggiungere un piccolo motore elettrico che sostituisse i sincronizzatori di un cambio tradizionale per facilitare l’innesto dei denti a gancio e per rendere più fluida l’accelerazione grazie al suo apporto immediato di coppia. Un altro punto critico: il controllo del funzionamento dei denti a gancio. Non era semplice perché avevamo denti piatti del tipo utilizzato in Formula 1 e non denti a «tetto». Questi denti piatti funzionano meglio nel tempo e sono, a priori, più affidabili. Tuttavia, presentano anche lo svantaggio di rischiare di innestarsi meno bene. Era quindi necessario far convalidare questa idea da specialisti del controllo.»
DA LOCODISCOBOXA E-TECH
#1 HSG: LA SCELTA INTELLIGENTE
È qui che entra in gioco Ahmed Ketfi-Cherif, che aveva già supervisionato lo sviluppo della prima versione della LocoDiscoBox. Non solo approva l’idea di aggiungere un piccolo motore elettrico per migliorare il funzionamento del sistema a denti, ma ne individua anche altri vantaggi.
«Il motore di tipo HSG (High-voltage Starter Generator, ovvero motorino di avviamento ad alta tensione) che avevamo scelto consentiva, ad esempio, al sistema di funzionare in modalità “ibrida in serie ” alle basse velocità, garantendo maggiore comfort e fluidità. Senza la necessità di immagazzinare molta energia, il che permetteva di ridurre la capacità della batteria ed eliminare la presa di ricarica. La futura motorizzazione E-TECH, originariamente ibrida ricaricabile, si era appena diversificata in una versione ibrida «semplice». Le possibilità di impiego nella gamma si erano moltiplicate!»
#2 NISSAN ENTRA IN SCENA
In realtà, l’idea di utilizzare un secondo motore elettrico di tipo HSG forniva la soluzione a una serie di problemi. Ad esempio, migliorava la regolazione della carica della batteria, evitando che si scaricasse completamente, e offriva una gestione dell’energia più efficiente, oltre a un funzionamento complessivo del sistema che rendeva questa trasmissione più simile a una trasmissione automatica tradizionale.
Ciò non poteva che far piacere a Nissan, membro dell’Alleanza con Renault, che aveva voce in capitolo nella messa a punto e nell’adattamento di questo futuro propulsore E-TECH, sapendo che avrebbe potuto essere utilizzato nei propri modelli e sui propri mercati. I giapponesi erano particolarmente attenti al piacere di guida e, pur apprezzando i vantaggi del secondo motore elettrico, ritenevano necessario spingersi ancora oltre. Da qui l’idea di aggiungere una quarta marcia al cambio a denti a gancio, per migliorare la sensazione di guida alle alte velocità.
«In origine, il cambio della LocoDiscoBox prevedeva tre marce, corrispondenti a tre situazioni di guida ben definite: città, strada extraurbana e autostrada. L’aggiunta del motore HSG ha permesso di migliorare la sensazione di guida e di ridurre i consumi nella marcia “città”. Era necessario fare lo stesso anche nella parte alta della gamma e l’idea che ci è venuta è stata quella di aggiungere una quarta marcia. Quest’ultima consente la disconnessione totale del motore elettrico principale quando non viene utilizzato, tipicamente in autostrada. Ciò permette di «liberarsi» della sua resistenza e di risparmiare circa 1 kW, ovvero dal 3 al 4% del consumo. L’idea era quella di mantenere collegati alla ruota solo i componenti necessari alla trazione e di non fare con un grande motore elettrico ciò che si poteva fare con uno piccolo. In questo modo, era il piccolo HSG a occuparsi della produzione di energia elettrica per i componenti, e non il grande motore elettrico principale.»
L’ultimo miglioramento ha riguardato i piccoli motori di azionamento del cambio, che consentono l’innesto dei denti a gancio durante i cambi di marcia. Grazie ai denti a gancio piatti e al sistema di assistenza a molla semplice che sostituiva i sincronizzatori, gli ingegneri hanno potuto utilizzare motori di potenza inferiore a 100 watt, contro il doppio o il triplo di quanto normalmente richiesto. Ciò ha contribuito anche a ridurre l’ingombro di questa trasmissione.
Questa volta, l'architettura della futura motorizzazione E-TECH era chiaramente definita. Tuttavia, restavano ancora due scelte da compiere riguardo ai suoi componenti: il motore elettrico principale e il motore termico.
#3 Tecnologia Renault,Componenti Alliance
Finora, il prototipo di motorizzazione LocoDiscoBox utilizzava un motore elettrico discoidale – da cui il nome. Ma per Antoine Vignon, questa soluzione non era applicabile alla produzione in grande serie a causa di alcuni componenti realizzati in materiali compositi. Era inoltre necessario scegliere tra un motore a rotore avvolto (come quello utilizzato nella ZOE) e un motore a magneti permanenti. Sebbene il primo presentasse il vantaggio di potersi adattare a tutte le situazioni, non rispondeva ai criteri di compattezza che rimanevano fondamentali nella definizione del sistema di propulsione E-TECH. Era quindi necessario trovare un motore sincrono a magneti permanenti… cosa che sarebbe stata realizzata da Nissan. Per il motore termico, invece, si sarebbe fatto ricorso all’Alleanza.
«Al fine di distribuire le risorse di sviluppo e produzione all’interno dell’Alleanza, abbiamo privilegiato l’utilizzo di componenti già esistenti in Nissan piuttosto che acquistarli. Ciò ha orientato la scelta del motore elettrico principale, ma anche e soprattutto del motore termico. Il motore H4BT utilizzato all’inizio del progetto era un po’ datato e presentava una scarsa efficienza in termini di consumi. Avevamo inoltre l’obiettivo di rispettare le future norme antinquinamento Euro 6d-FULL. L’unico candidato era il motore HR15Gen3 (un 4 cilindri a benzina aspirato utilizzato da Nissan, in particolare, per i mercati cinese e coreano), la cui cilindrata di 1,5 litri corrispondeva esattamente alle esigenze definite. Compatto, con prestazioni adeguate e un rendimento soddisfacente, era il miglior candidato disponibile nel parco componenti dell’Alleanza. È stato adottato nel 2015!»
Per andare oltre il semplice rispetto delle norme antinquinamento e avere la possibilità di aggiungere un filtro antiparticolato al motore termico, nel 2016 è stato deciso di sostituire il motore HR15 con un altro 4 cilindri aspirato proveniente dalla banca componenti dell’Alleanza, l’HR16. Ciò ha richiesto un notevole lavoro di adattamento (mappatura del motore, modifica di alcuni componenti quali pistoni, bielle e albero motore sulle vetture di prova), ma i risultati si sono presto rivelati soddisfacenti.
Sebbene non sia perfetto, questo motore HR16 rappresenta un buon compromesso e consente all’innovativa trasmissione a denti di sfruttare appieno il proprio potenziale. Si tratta di un motore aspirato, ma il contributo dei motori elettrici compensa l’assenza del turbocompressore ai bassi regimi, mentre viene utilizzato prevalentemente al suo regime di rendimento ottimale, in particolare quando funziona come generatore per ricaricare la batteria. Risponde inoltre all’esigenza di ottimizzazione dei costi per una motorizzazione E-TECH destinata ai veicoli di fascia media. Con esso, tutti i pezzi del puzzle sono stati assemblati: la motorizzazione E-TECH così come la conosciamo oggi era nata!
CONCLUSIONE
Dopo quasi 10 anni di sviluppo, la motorizzazione ibrida E-TECH è ora disponibile nella gamma Renault. È il risultato di un’avventura quasi surreale, nata da un modellino LEGO e dall’ingegnosità e dalla perseveranza di un team di appassionati che non si è mai arreso di fronte alle difficoltà. Un team che ha saputo unire le forze attorno a sé e creare un clima di stimolo che, poco a poco, ha coinvolto l’intera azienda. Era proprio ciò che serviva per vincere questa sfida rischiosa e ambiziosa.
«All’inizio del progetto molti ci avevano detto: “Non funzionerà mai!”. È vero che si trattava di una scommessa molto rischiosa, soprattutto perché volevamo sostituire la sincronizzazione del cambio con un motore elettrico. Ma a poco a poco, l’intera azienda ha finito per fare proprio il progetto: dai team di prodotto e di progettazione dei veicoli, fino ai dirigenti! Molti collaboratori, sia del reparto di ingegneria che di altri settori, si sono appassionati a questo progetto, il che ha generato una fortissima motivazione interna. È anche questo che costituisce il valore di un’azienda. La motorizzazione E-TECH è un successo un po’ folle di cui possiamo andare tutti fieri.»
