Riedizione di un classico

Perché è stato scelto un principio modulare? Il motivo consiste nei limiti di emissione di CO2 più severi imposti dai legislatori, che le case automobilistiche dovranno rispettare nei prossimi 10 anni. Poiché attualmente vengono prese in considerazione solo le emissioni generate dal veicolo stesso e non ad esempio quelle generate nella produzione del veicolo, quasi tutti i costruttori tentano di incrementare il fatturato con la vendita di veicoli elettrici a batteria. I veicoli elettrici, comunque, non sono adatti per ogni cliente e per ogni tipo di applicazione. “Per questo motivo ipotizziamo che circa il 70% delle nuove vetture nel 2030 continuerà ad avere un motore a combustione” ha spiegato von Schuckmann. Con l’obiettivo di ridurre il consumo di carburante e, conseguentemente, le emissioni in tali veicoli, nel prossimo decennio si affermeranno numerosi diversi tipi di ibridizzazione.

Questo motore elettrico è realizzato in un processo innovativo dalla divisione Mobilità elettrica di ZF. Le prestazioni di un motore elettrico dipendono dal “livello di riempimento di rame” del rotore, vale a dire dal rapporto tra materiale conduttivo e volume totale. Al fine di massimizzare questo rapporto, gli ingegneri di ZF non utilizzano più filo di rame in spire per le varianti ad alte prestazioni, bensì barre di rame che sono inserite e saldate assieme.

Un’altra nuova caratteristica è rappresentata dal luogo in cui l’elettronica di potenza è alloggiata.

In tutti i veicoli ibridi di serie, questa finora era installata in una scatola separata in un punto qualsiasi del veicolo, dal momento che lo spazio nel vano motore era molto ristretto. Ne consegue che cavi lunghi metri potevano spesso andare dall’elettronica di potenza alla trasmissione. Con la nuova trasmissione ciò non è più necessario, dal momento che l’intera elettronica di potenza è integrata nella scatola del cambio. Ciò ha rappresentato un’enorme sfida per il team di progettisti capeggiato dal dott. Michael Ebenhoch. “Da un lato, dovevamo liberare spazio nella scatola, mentre dall’altro dovevamo progettare l’elettronica di potenza in modo tale che fosse il più piccola possibile” ha spiegato il responsabile di sviluppo della divisione Sistemi di Trasmissione per Autovetture. Alla miniaturizzazione dell’elettronica di potenza sono stati comunque imposti dei limiti.

Benché il semiconduttore di potenza sia di dimensioni contenute, commuta correnti elevate. All’interno di questo processo, i semiconduttori generano molti kilowatt di potenza termica che devono essere scaricati. L’elettronica di potenza, anziché essere raffreddata dall’olio del cambio, è connessa al circuito di refrigerante nel sistema A/C del veicolo. Durante questi tentativi di trovare spazio sufficiente per l’elettronica di potenza nella scatola del cambio, il team di ingegneri di Ebenhoch ha analizzato tutti i componenti negli attuatori idraulici coinvolti nel processo di cambio marcia. Ora sono le valvole di comando diretto elettromagnetiche a svolgere questo lavoro. Diversamente dagli attuatori di pressione elettrici precedentemente utilizzati, queste valvole di comando diretto elettromagnetiche non richiedono pistoni e boccole ulteriori. Sostituendo questi attuatori, la quantità di spazio di installazione necessario per il dispositivo di comando idraulico è scesa da 3,1 e 1,8 litri.

Tutti gli altri componenti nel nuovo kit di costruzione del cambio sono stati intelligentemente progettati per il funzionamento ibrido. Ciò risulta particolarmente evidente nel circuito dell’olio. Prima venivano utilizzate due pompe dell’olio: una pompa rotativa a palette molto efficiente azionata direttamente dal motore a combustione e una seconda pompa elettrica o una memoria a impulsi per il funzionamento elettrico. Il nuovo cambio automatico a 8 marce viene fornito con una singola pompa split-case. Quando il motore a combustione è spento, la pompa viene azionata da un piccolo motore elettrico.

A prima vista non pare che siano state apportate modifiche alla meccanica del cambio di quarta generazione: due freni e tre frizioni continuano a commutare i quattro gruppi epicicloidali. “In ogni caso abbiamo controllato ogni dettaglio e soprattutto abbiamo ridotto considerevolmente la perdita di frizione” ha spiegato Ebenhoch. La ricompensa per tutta la fatica compiuta: ottimizzando la sola meccanica, la quantità di CO2 emessa per ogni chilometro percorso in cui il motore a combustione è in uso è scesa di un grammo.

I lavori sul cambio automatico a 8 marce di quarta generazione sono ora a uno stadio molto avanzato. BMW e Fiat Chrysler hanno già deciso di utilizzare questa trasmissione sui loro veicoli. I primi test su strada verranno svolti al più tardi quest’anno e l’impianto ZF di Saarbrücken si sta già preparando all’industrializzazione.