Veicoli elettrici
Le auto elettriche sono alimentate da uno o più motori elettrici. L’energia per azionare il motore proviene principalmente da una batteria: da qui auto elettrica a batteria, o BEV (Battery Electric Vehicle).
Rispetto ai motori a combustione, quelli elettrici presentano numerosi vantaggi. In quanto leggeri e compatti, possono essere installati in modo flessibile sull’asse anteriore e posteriore del veicolo. Nella maggior parte dei casi, l’ampia gamma di regimi di giri rende superfluo un cambio manuale. Anche la frizione per l’avviamento viene completamente eliminata, in quanto i motori elettrici sono in grado di generare una coppia a veicolo fermo senza regime minimo. Questa coppia uniforme non produce quasi alcuna vibrazione o rumore, è richiamabile in pochi millisecondi e può anche essere invertita dal sistema di controllo per rallentare il veicolo. In questa modalità di recupero il motore funziona come un freno a generatore, reimmettendo l’energia nella batteria.
Le auto elettriche hanno il vantaggio più grande in termini di efficienza: se si rifornisce un’auto elettrica con corrente alla rete per dieci franchi, oltre sette franchi vengono trasmessi alle ruote. Mentre per il motore a combustione succede il contrario: su dieci franchi di benzina, più di sette finiscono per essere dispersi sotto forma di calore.
Veicoli a celle a combustibile
I veicoli a celle a combustibile, o FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle), sono auto elettriche alimentate con un combustibile anziché direttamente con l’elettricità. Sebbene esistano diversi tipi di celle per sostanze come il metanolo o il metano, il tipo più importante resta in assoluto la cella a combustibile a idrogeno.
Nelle cosiddette auto Fuel-Cell, l’idrogeno proveniente da un serbatoio ad alta pressione viene combinato con l’ossigeno dell’aria per generare elettricità. L’unico prodotto di scarto è l’acqua. Una minuscola batteria fornisce capacità di accumulo per il freno rigenerativo e supporta la cella a combustibile durante le accelerazioni più brusche, ma è molto più piccola rispetto a quella di un’auto elettrica a batteria.
Il vantaggio dell’idrogeno rispetto alle batterie sta nel peso e nel tempo di riempimento. Soprattutto nelle auto a lunga autonomia, le batterie agli ioni di litio sono molto pesanti, con un conseguente aumento dei consumi e una riduzione del carico utile. Tuttavia, il gas estremamente volatile e infiammabile comporta altri ostacoli di natura tecnica. Affinché i serbatoi non occupino troppo spazio nell’auto, l’idrogeno deve essere compresso a 700 bar. Inoltre, si perde circa il 40% dell’energia durante la produzione di idrogeno e un altro 50% durante la conversione nella cella a combustibile: in definitiva, un’auto Fuel-Cell necessita di una quantità di elettricità per chilometro circa tre volte superiore a quella di un’auto elettrica a batteria.
Veicoli ibridi
I veicoli ibridi combinano diverse tecnologie di propulsione per incrementare l’efficienza o le prestazioni. Esistono molte versioni di propulsione ibrida: in un’auto è costituita fondamentalmente da un motore a combustione con un serbatoio di carburante e un motore elettrico con una batteria. In questo contesto, si distingue tra micro hybrid, mild hybrid e full hybrid.
Tutti e tre i concetti hanno in comune la presenza di un sistema start/stop e il recupero di una parte dell’energia frenante. A differenza della micro hybrid, il motore elettrico nelle versioni mild hybrid e full hybrid supporta il motore a combustione durante la guida, risparmiando così carburante. Inoltre, il motore elettrico può essere utilizzato per migliorare le prestazioni, ad esempio per bypassare i cambi di marcia o per supportare il turbocompressore (il cosiddetto funzionamento del boost). Rispetto alle versioni micro hybrid e mild hybrid, la full hybrid è in grado di percorrere piccole distanze da 1 a 5 chilometri in modalità completamente elettrica.
Veicoli ibridi plug-in
I veicoli con trazione ibrida plug-in, o PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), sono progettati per percorrere distanze più lunghe in modalità esclusivamente elettrica. Di solito dispongono di un’autonomia di 30-80 chilometri prima che subentri il motore a combustione. Come suggerisce il nome, i PHEV sono dotati di una spina per caricare la batteria dalla rete elettrica. Sono quindi in grado di coprire le distanze giornaliere senza consumare carburante, a condizione che vengano caricati quotidianamente in modo costante.
Range Extender
Il Range Extender non è altro che un generatore che estende l’autonomia di un’auto elettrica quando necessario. Di solito si tratta di un piccolo motore termico, che però è collegato solo meccanica-mente a un generatore e non alla trazione. In questo caso si parla anche di propulsione ibrida seriale.
Motore a combustione
Veicoli a benzina
I veicoli a benzina sfruttano il calore di combustione della benzina nel motore per alimentare le ruote. La benzina è un prodotto petrolifero raffinato ed è composta da centinaia di componenti, a seconda della miscela. All’interno del motore, la benzina viene finemente nebulizzata e miscelata con l’aria. La miscela viene quindi compressa e accesa con una scintilla. La combustione che ne deriva genera una forte pressione, che viene utilizzata per azionare un pistone. Infine, i gas di scarico caldi vengono espulsi dal motore e il processo ricomincia da capo. A causa di queste quattro fasi (aspirazione, compressione, funzionamento, scarico) questo tipo di motore è chiamato motore a quattro tempi.
Veicoli diesel
Un motore diesel, come nel caso delle auto a benzina, è un motore a combustione interna. Anche il diesel è un prodotto petrolifero raffinato, ma è composto da molecole più pesanti rispetto alla benzina e quindi contiene più energia per litro. La differenza principale tra i due motori è il modo in cui il carburante viene trasportato e acceso. A differenza del motore a ciclo Otto, in cui la benzina viene aggiunta prima della compressione, nel motore diesel l’aria viene prima fortemente compressa e solo successivamente miscelata al carburante iniettato. La compressione nel motore diesel è così elevata che l’aria s’arroventa al punto da innescare la combustione del gasolio senza le scintille.