Articoli | 01 Maggio 2005 | Autore: Roberto Balotti

Toyota Prius - Alla ricerca dell’energia perduta

La questione in merito allo sviluppo di energie alternative per quanto riguarda la trazione dei veicoli sta assumendo importanza sempre maggiore; tra coloro i quali sono impegnati in prima linea sull’argomento troviamo il colosso giapponese Toyota. Vediamo in breve una delle proposte più interessanti di questo costruttore: il prodotto Prius.

La prima auto ibrida a essere prodotta in serie si è meritata il premio di migliore auto dell’anno 2005; in questo modo la Prius festeggia una storia costellata di numerosi successi come quello, importantissimo, del 2004 in cui il suo motore ibrido fu riconosciuto “Motore internazionale dell’anno”.
L’ultimo modello, quello per capirci commercializzato attualmente, fu presentato alla stampa alla fine del 2003. Per valutare il successo di un’auto così innovativa basti sapere che le vendite della prima generazione, quella risalente a sei anni prima, raggiunsero, in tutto il mondo, le 130.000 unità.
Tecnicamente parlando, la Prius porta in dote il noto Hybrid
Synergy Drive®, la rivoluzionaria tecnologia che ha reso celebre il costruttore giapponese per il suo impegno sul fronte della trazione alternativa.
La caratteristica saliente di questa unità è rappresentata dall’unione di un motore a benzina da 1,5 litri a elevata efficienza e capace di una potenza di 78CV con un motore elettrico da 68CV.
Tra i vantaggi di questo sistema primeggia proprio quello relativo alla ricarica della piccola e leggera batteria da 39kg, per la quale non è richiesto il fermo del veicolo. E questo grazie a un sistema che sfrutta tutte le condizioni di marcia passive, per effettuare la procedura di ricarica. I due motori, infatti, quello termico e quello elettrico, funzionano in perfetta sincronia tra loro, in funzione della tipologia di percorso e delle prestazioni richieste dal conducente.

Il motore benzina
Il propulsore a benzina è un 4 cilindri in linea con testa e monoblocco in lega di alluminio, sistema di iniezione sequenziale EFI L-Jetronic e distribuzione a 16 valvole. 1.497cc la cilindrata totale ottenuta con un alesaggio di 75mm e una corsa di 84,7mm; 13:1 il rapporto di compressione mentre la potenza massima sviluppata è di 77CV a 5.000 giri/min, con una coppia di 115Nm a 4.000 giri/min.

Il motore elettrico
Per quanto riguarda il motore elettrico Toyota è stata in grado di aumentare l’erogazione di potenza di 1,5 volte rispetto alla Prius originale, da 33 a 50 kW, anche se le dimensioni del motore sono rimaste immutate.
Si tratta di un motore di tipo sincrono a corrente alternata. Il magnete permanente Neodymium è stato ottimizzato per massimizzare la coppia motrice e la potenza massima. Questo, associato a una maggiore erogazione di corrente elettrica che beneficia di un aumento del voltaggio, porta un’incremento complessivo della potenza pari al 150%. Ciò ne fa il motore elettrico più potente al mondo per questo genere di peso e dimensione.

Il generatore
Al pari del motore elettrico, il generatore è del tipo sincrono a corrente alternata; per garantire la corretta fornitura di corrente elettrica nella modalità di potenza massima, il generatore ruota a 10.000 giri/min. Rispetto ai motori elettrici più tradizionali che arrivano a 6.500 giri/min, il nuovo generatore ha un rotore rinforzato per fronteggiare gli elevati sforzi rotazionali (basti pensare che le forze centrifughe crescono con il quadrato della velocità periferica). L’elevato regime di rotazione migliora la potenza nella gamma dei regimi medi e dunque migliora la risposta e l’accelerazione.

Come funziona
Vediamo quindi come funziona il sistema ibrido montato su Prius; per farlo può essere utile far riferimento alla figura 1, in cui la linea rossa mostra l’energia richiesta dall’auto in movimento e la blu quella prodotta dal motore. A veicolo fermo, il motore termico si ferma, consentendo di risparmiare tutta l’energia che servirebbe per farlo ruotare al minimo. Come noto, poi, la fase di riscaldamento del motore termico è abbastanza critica dal punto di vista del rendimento energetico; per tale motivo durante questa fase il veicolo utilizza il motore elettrico, che prende energia dalla batteria. Proseguendo verso la parte più alta del regime di giri, la precedenza viene data al motore termico, anche se durante la fase di accelerazione il motore elettrico fornirà il suo contributo, utilizzando la batteria (area gialla), qualora il motore a benzina non sia sufficiente a fornire le prestazioni richieste dal conducente. Viaggiando a velocità costante può accadere che il motore termico produca più energia di quella necessaria; in questo caso l’energia in eccesso viene immagazzinata nella batteria (area verde).
Quando infine il guidatore rilascia il pedale dell’acceleratore per effettuare un rallentamento, il sistema procede ad arrestare il motore termico; inoltre, sfrutta il moto del veicolo per recuperare energia da immagazzinare nella batteria.

La concept car: Prius GT
Al Salone di Parigi dello scorso anno il costruttore giapponese ha voluto presentare una Concept Car nota con il nome di Prius GT; si tratta di una vettura per la quale attualmente non è prevista nè la commercializzazione nè l’impiego sui campi di gara. Con questo esercizio tecnico, però, Toyota ha voluto dimostrare le enormi capacità del proprio sistema di propulsione ibrida e un numero su tutti la dice lunga sui risultati ottenuti: 8,7 secondi per accelerare da 0 a 100km/h. Un obiettivo di questa portata ha richiesto chiaramente soluzioni ancora più evolute di quelle presenti sulla vettura attualmente commercializzata e, infatti, tra le principali modifiche basta ricordare l’uso del propulsore a benzina da 1,5 litri della Yaris TS; incrementata la potenza anche del motore elettrico capace ora di raggiungere quota 82CV.

Alternative Toyota: un po’ di storia
Toyota è diventata leader nel settore della trazione ibrida quando nel 1997 lanciò a livello mondiale la prima Prius. In realtà, lo sviluppo di soluzioni per il trasporto a ridotto impatto ambientale, possono essere fatte risalire a più di 40 anni fa e precisamente nel 1965, quando il costruttuore giapponese iniziò una verifica di fattibilità per l’impiego di turbine a gas come alimentazione di un sistema di propulsione elettrica per l’automobile.
Nel 1977, Toyota scelse la Sport 800 ibrida come modello per concretizzare le proprie idee in termini di basso impatto ambientale. Utilizzando una vettura sportiva orientata alle prestazioni, Toyota dimostrò tutte le sue potenzialità dando vita a un concetto che avrebbe maturato ed evoluto in ciò che oggi prende il nome di
Hybrid Synergy Drive®.
Esattamente 20 anni dopo, Toyota presenta un autobus ibrido destinato alla produzione, il Coaster Hybrid, e la sua best seller mondiale Prius, la prima automobile ibrida a doppia propulsione, capace di assicurare emissioni ultraridotte in ambiente urbano, un’autonomia illimitata e un sistema di rigenerazione dell’energia in frenata.
La nuova Prius di Toyota è l’automobile tecnicamente più avanzata in vendita sul mercato. È anche la più pulita. Combina questi fattori con la sua maneggevolezza precisa e un design di avanguardia, che tiene fede al suo nome: Prius, dal latino, significa “in anticipo sul suo tempo”.

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