L'orizzonte è rosa per i turbo elettrici: la visione di Honeywell

L'epopea dei motori sovralimentati è iniziata molti anni fa sulla spinta di esigenze belliche: i motori alternativi usati dagli aerei ad elica della seconda Guerra Mondiale soffrivano molto per la rarefazione dell'aria ad alta quota. I compressori consentivano di evitare gli altrimenti comuni cali della potenza ma molti di loro erano mossi direttamente dal motore, con conseguente aumento delle perdite meccaniche. L'azionamento a turbina dei compressori ha portato ai moderni “turbo”, la cui crescita sembra aver avuto uno stimolo non indifferente dai motori diesel e da quelli downsized (leggi del boom dei turbocompressori anche elettrici). Altri cambiamenti sono però in vista: a descriverceli è il produttore Honeywell.

LA POTENZA E LA PRONTEZZA I turbocompressori hanno il pregio di riuscire a recuperare l'energia meccanica dei gas di scarico, che sarebbe altrimenti persa, senza caricare direttamente il motore. Il loro sviluppo è stato più lento rispetto a quelli meccanici perché la turbina è immersa direttamente nei roventi gas che escono dai cilindri e la produzione di serie ha richiesto lo sviluppo di speciali materiali resistentissimi al calore. Ovviamente i turbocompressori hanno anche degli svantaggi, come l'introduzione di una resistenza al passaggio dei gas di scarico e, soprattutto, una certa lentezza nel raggiungere il giusto regime di rotazione. È proprio a questo problema che si rivolge l'elettrificazione dei compressori, gli orizzonti della quale sono stati spiegati da Craig Balis, Chief technology officer di Honeywell, in un'intervista concessa ad Autonews Europe.

ELETTRIFICATI MA DISTINTI Balis ha iniziato spiegando la differenza fra un electric supercharger (lo potremmo tradurre con “sovralimentatore elettrico”) ed un e-turbo. Il primo è un sovralimentatore che conserva il compressore centrifugo dei turbocompressori ma lo mette in rotazione con un motore elettrico invece che con la turbina dei classici “turbo”. Esso viene spesso usato in tandem con turbocompressori classici (è questo lo schema della sovralimentazione della nuova Audi SQ7) e si sposa particolarmente bene con gli impianti elettrici a 48 volt, come quello presentato da Delphi ad Automechanika 2016.

L'e-turbo è invece un turbocompressore sul cui asse, oltre alla turbina e al compressore, è calettato un motore elettrico. Honeywell è attiva in entrambi i settori e 2 esempi, che riguardano settori diametralmente opposti, lo dimostrano. In Formula 1 la Ferrari corre con un turbocompressore/recuperatore d'energia realizzato da Honeywell (lo schema è quello del protitipo Magneti Marelli della foto qui sotto) mentre la Honda Clarity ha le sue fuel cell “sovralimentate” con un compressore elettrico: lo scarico delle celle a combustibile è a bassa pressione e non potrebbe alimentare un turbocompressore classico.

DECINE DI MILIONI OGNI ANNO In effetti, se l'Idrogeno delle fuel cell è immagazzinato ad alta pressione, l'aria necessaria al loro funzionamento è alla pressione atmosferica e quindi, comprimendola, si può aumentare la potenza prodotta dalle celle. Ritornando all'e-turbo, il motore elettrico può funzionare anche da generatore e quindi avremo, oltre alla minimizzazione del turbo-lag, anche la possibilità di generare elettricità quando la turbina lo trascina, ad esempio se i gas di scarico sono in eccesso rispetto alle esigenze della sovralimentazione.

In pratica si estrae energia meccanica dai gas di scarico, la si converte in elettricità e la si immette nell'impianto elettrico del veicolo. In questo modo si può alleviare il lavoro dell'alternatore, diminuendo il suo assorbimento di potenza dal motore, o anche caricare una batteria. Le potenze non sono altissime (si parla di qualche centinaio di watt) ma gli effetti sono promessi essere tangibili, perché l'e-turbo aumenta già di suo l'efficienza del motore a scoppio (leggi che Techrules ha presentato un'elettrica con ricarica a turbina da 2 mila km di autonomia). Il regime massimo è di 100 mila giri/minuto, contro i 200/300 mila dei turbo classici e questo pone delle sfide perché la portata cresce con il quadrato della velocità, ma Craig pensa che i vantaggi saranno comunque avvertibili. I tempi di messa sul mercato saranno più lunghi rispetto a quelli degli electric supercharger ma entro 4 anni si potranno vedere le prime applicazioni commerciali degli e-turbo, anche in versione twin. Le prospettive, nonostante le difficoltà dei diesel, continuano ad essere buone: Balis stima che, se oggi il 40 % dei 100 milioni di motori prodotti all'anno sono sovralimentati, entro il 2025 questo percentuale potrebbe aumentare di un altro 5-10 % e 5 anni dopo arrivare al 60%. Questo equivale ad aumentare il numero dei sovralimentatori, turbo o elettrici che siano, di 20 milioni di unità all'anno nel 2030.