BMW Concept X3 EfficientDynamics

"Il progresso non deve limitarsi a nicchie dell'offerta", questo il motto che da tempo spinge Bmw nella ricerca e nello sviluppo di tecnologie pulite e parsimoniose per i propulsori delle auto di domani, un domani che, vedendo gli ultimi progetti della casa, non sembra poi così lontano e fantascientifico.

In tal senso, al Salone internazionale dell'Automobile di Francoforte 2005, Bmw Group presenta il concetto di propulsione Active Hybrid . Base di partenza per lo sviluppo del progetto è stata la media suv della casa di Monaco, ribattezzata per l'occasione "Bmw Concept X3 Efficient Dynamics", divenuta per l'occasione una interessante vetrina di soluzioni tecnologiche intelligenti basate su componenti della propulsione, del cambio e di accumulo di energia.

Bmw Group interpreta il termine "ibridizzazione" come la gestione intelligente dei flussi energetici all'interno di un'autovettura. L'elemento centrale è il cambio attivo, basato sullo sfruttamento del noto motore a combustione interna che accoglie l'elettromotore e l'elettronica, senza aumentare le proprie dimensioni, e viene alimentato primariamente da condensatori high-performance e non dalla tradizionale batteria.
Bmw Concept X3 EfficientDynamic accelera in tempi nettamente inferiori a un'automobile di serie comparabile a propulsione tradizionale. La capacità di spunto da fermo a 100 km/h è stata calcolata in circa 6,7 secondi, mentre la velocità massima si aggira sui 235 km/h. Al contempo, il consumo e, di conseguenza, le emissioni, si riducono nel ciclo di prova europeo di circa il 20 percento.

Alla base di questa sintesi di economia, ecologia e divertimento di guida
vi è la combinazione intelligente di motore a combustione interna ed elettrico. La principale fonte di potenza è il classico sei cilindri in linea BMW nella sua esecuzione più moderna con tecnologia High Precision Injection, ovvero un'iniezione diretta comandata dal getto che consentirà di ottimizzare coppia e potenza nominale della vettura.
L'utilizzo dell'elettromotore sfrutta una serie di vantaggi dettati dalla fisica: anche se i sistemi di azionamento puramente elettrici offrono dei rendimenti inferiori rispetto a quelli a combustione interna, l'elettromotore abbinato al motore a combustione interna presenta però alcune caratteristiche interessanti. Infatti, mentre il motore a combustione interna può sviluppare una coppia solo partendo da un regime minimo, l'elettromotore eroga la piena coppia già nell'avviamento da fermo. Inoltre, anche gli elettromotori a bassa potenza presentano delle coppie relativamente alte. Questa caratteristica consente all'elettromotore di realizzare un avviamento diretto mentre il motore a combustione interna richiede per l'avviamento sempre una frizione per superare le differenze del numero di giri rispetto alla ruota ancora ferma.

Aumentando il numero di giri, la potenza di entrambi i tipi di propulsione cresce in modo quasi lineare. Ma un elettromotore richiede, quando aumenta la potenza, anche un accumulatore di energia grande; quando si utilizzano delle batterie pesanti o delle fuel cells i limiti si raggiungono relativamente presto. Non appena l'elettromotore ha raggiunto la potenza massima in accelerazione, la sua coppia cala in modo sovraproporzionale.
Gli ingegneri BMW hanno studiato una serie di combinazioni di elettromotore e motore a combustione interna per l'azionamento comune di un'automobile
e hanno trovato le soluzione adatta ai criteri Bmw nel "cambio attivo" della Concept X3 EfficientDynamics. Nella scatola del cambio automatico di serie vi sono le sei marce, l'elettromotore, due frizioni e l'elettronica di comando e di potenza. I tecnici sono riusciti a sviluppare un concetto che accoglie nello spazio occupato dal convertitore di coppia idraulico e dal lock-up l'intero propulsore supplementare, senza modificare il package.
A questo scopo è stato sviluppato un elettromotore estremamente compatto, dal peso ottimizzato e lo hanno montato sul lato di entrata del cambio. L'elettromotore di 30 kW offre il vantaggio di potere produrre per un breve periodo di tempo dei picchi di potenza di 60 kW. Questa caratteristica lo rende particolarmente idoneo come boost e consente di rispettare delle dimensioni compatte. L'elettromotore sincrono funziona a una tensione di esercizio da 100 a 200 Volt, che corrisponde al campo di tensione di sistema dell'elettronica di potenza integrata.

Altra chicca è che, nel cambio attivo, il posto e la funzione del convertitore di coppia e del lock-up vengono assunti dall'elettromotore, in mezzo a due frizioni in bagno d'olio: il primo gruppo di dischi di frizione unisce il motore a combustione interna all'elettromotore, il secondo l'elettromotore al cambio.

La strategia energetica dell'innovativo concetto ibrido BMW abbina infine la disponibilità immediata di potenza allo sfruttamento ottimale dell'energia. Quando il guidatore frena l'automobile fino all'arresto, il motore a combustione interna viene spento. Non viene consumato del carburante e non vengono generate delle emissioni nocive. Non appena preme leggermente il pedale dell'acceleratore si ripete il processo di avviamento. Se il guidatore continua ad accelerare, l'elettromotore da 400 newtonmetri con una potenza di picco di 60 kW continua a generare spinta. Quando l'accelerazione è moderata, inizialmente si rinuncia all'esercizio con il motore a combustione interna e si mantiene la propulsione elettrica. Solo quando l'accelerazione o la velocità è più elevata entra in azione il motore a combustione interna.
Per realizzare un avviamento da fermo veloce viene azionato contemporaneamente anche il motore a combustione interna. Nel campo di regime basso, si ha una sovrapposizione delle due coppie e a meno di 1.500 giri raggiungono generati fino a 600 newtonmetri, una dimensione nuova
per un motore a benzina che supera addirittura lo spiegamento di potenza del motore Bmw 3.0l diesel.

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