La nuova strategia per l’elettrificazione dei veicoli industriali di Federal-Mogul Powertrain passa attraverso l’adozione di tecnologie per la riduzione dei consumi e delle emissioni dei motori, che offrono un approccio modulare, sostenibile e totalmente scalabile.
In occasione della fiera IAA Commercial Vehicles, Federal-Mogul Powertrain ha presentato il suo piano di elettrificazione per veicoli medium e heavy-duty. Le nuove tecnologie, sviluppate dalla divisione prodotto Controlled Power Technologies, offrono un approccio modulare, sostenibile e totalmente scalabile, che può essere ottimizzato per le esigenze particolari di ogni tipologia di veicolo industriale e del suo campo applicativo.
Le tecnologie di prodotto sviluppate possono essere personalizzate e integrate, per soddisfare le esigenze specifiche dei costruttori, conseguendo in modo economicamente sostenibile i loro obiettivi in termini di emissioni ed efficienza.
“Un obiettivo chiave che ci motiva particolarmente come Federal-Mogul è la riduzione dei consumi e delle emissioni di CO2 nei veicoli industriali, migliorando l’efficienza dei motori e recuperando l’energia persa, compresa l’energia dissipata durate la frenata, e l’energia perduta con i gas di scarico. Le soluzioni che abbiamo sviluppato permettono di recuperare in modo efficace tale energia e il suo riutilizzo per il miglioramento di consumi ed emissioni,” ha affermato Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer, Federal-Mogul Powertrain.
“L’elettrificazione può fornire una risposta interessante, ma per i veicoli medium e heavy-duty le soluzioni più efficienti e sostenibili di elettrificazione possono essere alquanto diverse da quelle adottate per le vetture ed è per questo che cercare di adattare tecnologie di elettrificazione focalizzate solo sulla trazione può portare a soluzioni non ottimali,” ha poi precisato Nick Pascoe, Managing Director di Federal-Mogul Controlled Power.
I motori diesel sono molto efficienti quando operano a regime e coppia costante, ma lo sono significativamente meno nei transitori, dove la richiesta di coppia varia rapidamente. Invece di cercare di sostituire o di integrare il motore a combustione interna con uno a trazione elettrica, gli ingegneri di Federal-Mogul Controlled Power utilizzano l’elettrificazione per potenziare ulteriormente l’efficienza del motore a combustione interna, sia durante il funzionamento a regime sia negli impegnativi transitori, riducendo così emissioni e consumi.
L’approccio integra l’energia cinetica recuperata come energia elettrica attraverso un motore-generatore elettrico montato sul motore a combustione interna o sulla trasmissione, con l’elettricità prodotta da un generatore elettrico azionato dai gas di scarico. L’energia viene quindi restituita o attraverso il motore-generatore elettrico collegato al motore/trasmissione, o azionando un compressore elettrico di sovralimentazione.
Test condotti da enti indipendenti hanno dimostrato che un piccolo gruppo motore-generatore elettrico da 12 kW con altissime capacità dinamiche sviluppato da Federal-Mogul e collegato al motore a combustione interna o alla trasmissione può consentire un risparmio di carburante fino a 8% su un bus di grandi dimensioni, recuperando energia quando il veicolo decelera e fornendo coppia aggiuntiva quando accelera. Le sue dimensioni compatte, l’elettronica completamente integrata e una gestione termica efficiente, combinate con protocolli di controllo sempre più avanzati, rendono veloce e non intrusiva l’integrazione del gruppo motore-generatore elettrico, anche su powertrain esistenti.
Gli ingegneri di Federal-Mogul hanno lavorato su ulteriori opportunità per recuperare l’energia persa, utilizzando un generatore azionato dai gas di scarico. Il turbocompressore utilizza solo il 20-30% dell’energia che lascia il motore tramite i gas di scarico; ne rimane ancora molta che può essere riutilizzata senza compromettere il funzionamento dell’aftertreatment. Un recupero efficiente dell’energia dei gas di scarico richiede un sistema di controllo che eviti situazioni in cui il recupero eccessivo comprometta le prestazioni del motore base o del sistema di post-trattamento o possa danneggiare il generatore stesso.
Incrementare le prestazioni e ridurre i consumi
L’energia elettrica recuperata dall’energia cinetica del veicolo o dai gas di scarico, può essere usata per migliorare la risposta dinamica del motore, utilizzando un compressore elettrico di sovralimentazione aggiuntivo. Questo può permettere un downsizing del motore, migliorare le emissioni e portare a un ulteriore risparmio di carburante fino al 5%, favorendo inoltre un miglior utilizzo del cambio ottimizzato sui consumi.
La fase iniziale dei transitori, quando il sistema di combustione è fortemente sollecitato, sono i peggiori per quanto riguarda la produzione di emissioni tossiche, inclusi NOx e particolato. Nonostante i più avanzati sistemi di sovralimentazione abbiano delle risposte molto rapide, il disporre di una fonte di sovralimentazione aggiuntiva costituita dal compressore elettrico, la cui risposta è pressoché istantanea, permette di ridurre o addirittura di eliminare questi picchi di emissioni, mantenendo ottimale il rapporto aria-combustibile anche nei transitori estremi. Questo permette anche accelerazioni più rapide del veicolo.
I sistemi sviluppati
Gli elementi fondamentali nell’approccio per l’elettrificazione del sistema di sovralimentazione sono TIGERS® (Turbo-generator Integrated Gas Energy Recovery System) e COBRA (Controlled Boosting for Rapid Response Application).
TIGERS combina una turbina azionata dai gas di scarico a un generatore elettrico raffreddato a liquido, che permette un alto recupero di energia in modo continuo: un sistema collaudato e affidabile.
COBRA, compressore elettrico con motore raffreddato a liquido, fornisce al motore aria ‘on-demand’ quasi istantaneamente, grazie alla bassa inerzia del rotore e all’eccellente gestione del calore ed è capace di soddisfare i più esigenti cicli di guida.
Il sistema può essere ulteriormente integrato con la tecnologia SpeedTorq® di Federal-Mogul Controlled Power, motore/generatore elettrico a rapida risposta montato sul motore a combustione interna o sulla trasmissione.
Un approccio modulare che consente di sviluppare per ogni applicazione e peso del veicolo la soluzione ottimale.
La capacità di catturare velocemente grandi quantità di energia, inviarle rapidamente alla trasmissione senza che queste debbano essere accumulate per lungo tempo, come necessario nelle applicazioni focalizzate solo sull’elettrificazione della trazione, permette che soluzioni per lo stoccaggio dell’energia elettrica più piccole e a prezzo più contenuto siano perfettamente idonee per la strategia di Federal-Mogul.
SpeedTorq, TIGERS e COBRA sono sviluppati per sistemi a 12 V, 24 V e 48 V, consentendo un sistema elettrico che è sostanzialmente più piccolo, più leggero e più economico rispetto all’ibridazione ad alto voltaggio.
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