Citycar: un prototipo ENEA per la mobilità sostenibile - Mobilità sostenibile

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Citycar: un prototipo ENEA per la mobilità sostenibile


Intervista Ennio Rossi

“Le cosiddette “auto da città”, sebbene stiano incontrando un crescente successo commerciale, sono per molti versi ancora insoddisfacenti: hanno un alto costo di acquisto, producono emissioni inquinanti elevate e soffrono di uno scarso grado di comfort dovuto soprattutto all’alto grado di rumorosità. L’ENEA, in qualità di ente di ricerca, vuole dare un contributo concreto allo sviluppo e alla diffusione di nuove soluzioni per questo settore automobilistico, in particolare per quanto riguarda le applicazioni di sistemi a trazione ibrida.”
A parlare è l’ing. Ennio Rossi, ricercatore responsabile del progetto di sviluppo del prototipo Auto da città a trazione ibrida.

- Da dove nasce l’iniziativa dell’ENEA di dedicarsi alla progettazione di un prototipo di veicolo a trazione ibrida?

L’iniziativa è nata grazie nell’ambito delle attività di competenza della sezione ENETEC del dipartimento TER, sezione guidata dal dott. Maurizio Romanazzo, che si occupa dei problemi della mobilità e della logistica. Negli ultimi anni si è assistito alla diffusione dei quadricicli, vetture a due posti dotate di motori a combustione interna di bassa potenza. In poco tempo questo prodotto è diventato un mezzo molto diffuso, soprattutto tra i giovani, anche in virtù del fatto che può essere guidato a 14 anni.
Circa due anni fa l’ENEA ha condotto una ricognizione su questo fenomeno, valutando le vendite, la distribuzione sul territorio, l’utilizzo tipico, le caratteristiche meccaniche e le prestazioni. Dai risultati dello studio, e tenendo conto delle competenze acquisite dalla sezione in molti anni di attività sui veicoli elettrici ed ibridi, è scaturita la decisione di varare la costruzione di prototipi aventi lo scopo di dimostrare la maturità tecnologica di sistemi di trazione ibridi. I limiti delle attuali “auto da città”, in particolare dei quadricicli, sono svariati: un costo elevato in rapporto a quello che offrono e paragonabile a quello di vetture di classe superiore, emissioni inquinanti elevate e scarso comfort soprattutto per le elevate vibrazioni e il rumore. Al contrario, quello che si chiede oggigiorno ad un’auto da città è la riduzione delle emissioni, del rumore e un sostanziale risparmio di carburante. Le necessità della mobilità urbana impongono oggi nuove soluzioni tecniche che permettano operazioni quali lo spegnimento del motore a veicolo fermo ai semafori, il riavvio veloce, il recupero di energia nelle frenate e una riduzione dei consumi durante le frequenti marce a singhiozzo nel traffico congestionato. L’ENEA quale ente di ricerca può dare un contributo concreto alla diffusione di nuove soluzioni che permettano un miglioramento tecnologico di questo settore, e ciò anche per offrire un’opportunità in più alle piccole aziende produttrici di questi mezzi.

- Quali sono gli input tecnologici che l’ENEA vuole dare al mondo dell’industria del settore?

I quadricicli sono rimasti appannaggio di piccole e medie aziende poco più che artigianali, che sono però una risorsa importante per l’industria italiana. L’impegno dell’ENEA in questo specifico settore è quello di offrire soluzioni tecnologiche insieme alla dimostrazione concreta della possibilità di miglioramento dell’attuale produzione. Il progetto era nato sotto il nome di 2x100 (cioè 2 litri di carburante per 100 km), nel senso che l’obiettivo iniziale era la riduzione dei consumi. Si sono poi aggiunte altre esigenze: per ridurre le emissioni si è adottato una motorizzazione Euro 4 (contro gli Euro 2 e 3 per i modelli attualmente in circolazione). Un altro aspetto studiato è stato poi quello del miglioramento della silenziosità e della semplicità di guida, che è stato ottenuto grazie all’utilizzo di un moderno azionamento elettrico. Tutte queste caratteristiche sono state concepite nell’ottica di non rinunciare alle prestazioni degli attuali quadricicli e magari di migliorarle, puntando quindi su accelerazioni di buon livello, velocità adeguata, frenata sicura ecc. La soluzione adottata per il prototipo è una trazione ibrida, una novità per questo settore di mercato, adatta ad essere industrializzata facilmente anche con sistemi di produzione in piccola serie tipici delle piccole aziende.

- Da un punto di vista tecnico, quali sono le caratteristiche del prototipo?

Da un punto di vista tecnico la nostra vettura presenta numerose soluzioni innovative. Prima fra tutte, come abbiamo detto, è la trazione ibrida, ossia un sistema che impiega energia elettrica per la trazione e un motore a benzina dedicato solo ad azionare un alternatore per la produzione di elettricità. La trazione ibrida è una novità per il settore automobilistico che vede attualmente solo pochissime applicazioni e limitatamente a vetture di classe elevata.
Il motore termico è un moderno 4 tempi 250 cc a benzina ottimizzato per le esigenze della trazione ibrida e funzionante sempre nel campo ottimale di potenza e numero di giri. La produzione di elettricità è affidata ad un alternatore trifase a magneti permanenti realizzato su specifiche ENEA; è in grado di funzionare con un rendimento del 98%. L’accumulo dell’energia elettrica, indispensabile in un ibrido, è affidato ad un gruppo di supercondensatori, nuovi componenti notevolmente migliori delle batterie per affidabilità, rendimento, potenza. Questo accumulo permette il livellamento dei picchi di assorbimento di corrente (che nel funzionamento del veicolo sono dovute alle forti accelerazioni). I supercondensatori permettono inoltre di risolvere i problemi tipici delle tradizionali batterie, ossia il loro notevole peso e ingombro, la necessità dei rabbocchi di liquido elettrolitico, la durata limitata.
La trazione finale è ottenuta da un motore elettrico da 10 kW anch’esso a magneti permanenti e realizzato interamente su specifiche ENEA. La tensione di alimentazione è di 72 V.
Come per tutte le vetture ibride, la frenata è a recupero di energia, ossia l’energia cinetica posseduta dal mezzo non viene dissipata durante il rallentamento ma viene recuperata grazie alla caratteristica tipica dei motori elettrici di poter funzionare anche da generatori. L’energia recuperata viene quindi immagazzinata di nuovo come elettricità nei supercondensatori e viene poi utilizzata nelle successive fasi di marcia.
La vettura può viaggiare anche in sola modalità puramente elettrica, cioè solo con l’utilizzo della elettricità accumulata e quindi con il motore termico spento. In questa modalità di marcia l’autonomia è limitata a circa 2 km, ma è sufficiente per effettuare percorsi in assoluto silenzio e senza gas di scarico in luoghi al chiuso, autorimesse, luoghi quieti come complessi ospedalieri, parchi, centri storici, ecc.

- E’ prevista la realizzazione di altri prototipi?

Il prototipo attualmente in costruzione adotta uno schema detto “ibrido-serie”, un’architettura che vede concettualmente (anche se ciò non è completamente corretto) l’energia percorrere i componenti uno dopo l’altro come se fossero posti in serie: dal serbatoio del combustibile l’energia si trasforma in movimento nel motore a scoppio, diventa elettricità nell’alternatore, passa nei condensatori e infine diventa rotazione utile nel motore elettrico che muove le ruote. E’ in programma lo sviluppo di un secondo prototipo che invece sfrutta uno schema di trazione “ibrido-parallelo”. L’energia in questo caso segue due canali separati e paralleli: un flusso di energia meccanica insieme a un altro flusso di energia elettrica. Quindi, contemporaneamente, da un lato il motore a scoppio movimenta una trasmissione meccanica e, parallelamente, una sorgente di energia elettrica, con opportuni convertitori, alimenta un motore elettrico. La convergenza delle azioni propulsive di questi due sistemi permette il moto delle ruote motrici. L’ibrido-parallelo è una naturale evoluzione del veicolo convenzionale; la maggior parte della trazione viene svolta dal motore a scoppio mentre l’azione del motore elettrico contribuisce per non più del 25% del fabbisogno. Il vantaggio è che questa percentuale di trazione elettrica, sebbene ridotta, è particolarmente preziosa perché viene fornita nei momenti critici della marcia, soprattutto nelle accelerate. E’ in queste fasi, infatti, che è massima la richiesta di coppia motrice, ed in queste circostanze il motore a scoppio mostra i suoi limiti, che consistono in una combustione cattiva, fumosità, consumo elevatissimo. In questi momenti l’intervento della componente elettrica della trazione sostituisce in gran parte la trazione meccanica permettendo quindi risparmio di carburante e minori emissioni inquinanti.

- Sono in programma degli ulteriori sviluppi del modello attuale?

Il programma di ricerca non si ferma alla realizzazione di questi prototipi ma avrà la possibilità di testare ulteriori nuove soluzioni tecniche. Il pregio di questi prototipi è la versatilità, ossia la facilità con cui si possono sostituire i componenti. Il veicolo è in effetti una specie di laboratorio mobile. Il passo successivo all’attuale configurazione della vettura sarà quello di sostituire l’alimentazione a benzina con  una alimentazione a bioetanolo e poi con GPL. Un ulteriore sviluppo di notevole interesse riguarderà la possibilità di sostituire il gruppo motogeneratore con una cella a combustibile, cosa che permetterà alla vettura di funzionare con un’alimentazione ad idrogeno e diventare “zero emission”. 
Ulteriori implementazioni potranno essere realizzate su aspetti che esulano dalla trazione; si sta valutando, ad esempio, l’utilizzo di diodi led a basso consumo per i fari in sostituzione delle tradizionali lampade. E’ anche interessante l’installazione di sistemi di info-mobilità che l’ENEA sta sviluppando con ricerche parallele e che possono offrire al guidatore una sempre maggiore assistenza grazie a sistemi informatici e di telecomunicazioni, utilizzando microcomputer, collegamenti alla rete internet e navigazione satellitare.

- Quando verrà presentata ufficialmente la vettura?

La nostra vettura ha già fatto una prima uscita ad ottobre 2007 dove è stata presentata in una versione non ancora definitiva alla manifestazione “Transalpine Workshop – Hybrid, electric and fuel-cell propulsion systems” organizzata dall’ATA, l’Associazione Tecnica dell’Automobile, a Pollein (Aosta), dove ha partecipato a una esposizione con gara tra vetture innovative ed elettriche ed è stata premiata con una coppa.
Si prevede che il prototipo sarà pronto per aprile e verrà sicuramente esposto in occasione delle varie manifestazioni sulle tematiche ambientali che si terranno tra la primavera e l’estate 2008.

 

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