ALLE ORIGINI DI RENAULT E-TECH

200 CV E CONSUMI RIDOTTI: LA SFIDA DELLA VERSIONE E-TECH M

I primi test effettuati dalla stampa nel 2020 sulle versioni ibride di Clio e Captur E-TECH sono più che incoraggianti. Una cosa è certa: quest’innovativa motorizzazione è ben congegnata, efficiente e consente di ottenere un reale risparmio di carburante per un sovraccosto tutto sommato ragionevole rispetto ai motori benzina equivalenti. Il parere è confermato nel 2021 con Arkana, veicolo del segmento superiore che, nella versione ibrida, registra vendite che, in breve tempo, superano quelle delle due versioni dotate di motore benzina, culminando a circa il 60% delle vendite totali nel 2022. Bisogna dire che, con la possibilità di circolare in città in modalità elettrica per l’80% del tempo e un risparmio di carburante del 40%, ai clienti conviene eccome!

Tuttavia, il “piano prodotto” della Marca prevede l’arrivo sul mercato di modelli più imponenti e distintivi come Austral (2022), Nuovo Espace (2023) e Rafale (2024). Questi non si accontentano certo di 140 o 145 cv, bisogna andare oltre. Ad ogni modo, l’obiettivo ambizioso annunciato e assunto come impegno da Luca de Meo, CEO di Renault, è chiaro: «Vogliamo realizzare il miglior motore ibrido del mondo». Il compito di raggiungere quest’obiettivo, mantenendo le basi tecnologiche della prima generazione, è affidato a Gilles Le Borgne, responsabile dell’ingegneria di Renault, e a Philippe Brunet, Direttore delle Motorizzazioni a livello di Alleanza.

Naturalmente, entrambi si rivolgono ai team di sviluppo della motorizzazione E-TECH, che già da tempo avevano previsto quest’esigenza e stavano lavorando per trovare soluzioni.

Avevamo già individuato il nuovo motore termico che avrebbe sostituito il motore aspirato 1.6 della prima generazione denominata ‘E-TECH S’ e sapevamo anche quali leve attivare per ottimizzare ulteriormente la potenza, il comfort di utilizzo e l’efficienza della motorizzazione. Dovendoci confrontare con competitor già ben posizionati sul mercato e con tanti nuovi player, ci siamo dati un anno per ottimizzare le prestazioni elettriche, effettuare la messa a punto e migliorare, tra le altre cose, i consumi, la velocità di accensione del motore e la fluidità del cambio marce, ha spiegato Nicolas Fremau, l’esperto di propulsori ibridi all’origine della tecnologia E-TECH, con i suoi “complici” Ahmed Ketfi-Cherif ed Antoine Vignon.

La sfida era tutt’altro che semplice, ma per gente come loro non c’era niente di più appassionante!

UN NUOVO MOTORE TERMICO PENSATO PER L’IBRIDO

Il principale componente da cambiare con un elemento che fosse, al tempo stesso, più moderno, più potente e più efficiente era quindi il motore termico. Finita l’era del motore aspirato HR16 di prima generazione! Quel motore aveva fatto il suo lavoro egregiamente ma, nel 2016, era stato scelto solo come miglior compromesso possibile. Ora sarebbe stato sostituito da un motore che, questa volta, i team volevano “perfetto per il compito”, come ha spiegato Francis Boutonnet.

Capo progetto dei componenti per motori benzina della famiglia HR nel Dipartimento Ingegneria del Gruppo Renault e dell’Alleanza, Francis Boutonnet aveva lavorato sul motore a quattro cilindri HR13 (1.3 TCe FAP), sviluppato in collaborazione con Daimler e lanciato nel 2018 nella gamma Renault.

Lo sviluppo dell’HR13 ci ha permesso di tornare nella corsa tecnica per la realizzazione di motori benzina efficienti ma, a quel punto, bisognava andare oltre», ricorda. «A quei tempi, nel 2015-2016, avevamo intuito che l’uso del Diesel sarebbe diminuito a causa delle future normative. Per cui avevamo bisogno di una nuova motorizzazione benzina di riferimento, con il massimo livello di efficienza energetica, proprio come eravamo stati in grado di fare alcuni anni prima con il Diesel, con l’1.5 dCi e, successivamente, l’1.6 e il 2.0 dCi.

Questo nuovo motore benzina doveva riunire il meglio delle tecnologie in grado di promuovere le prestazioni energetiche. Ma gli ingegneri dovevano anche guardare oltre e prevedere i vincoli che sarebbero sorti dalle future normative, in particolare l’Euro 7. Un rompicapo che ha obbligato Francis Boutonnet a lavorare su più soluzioni: In quel momento, tutti i motori benzina del mercato utilizzavano un supplemento di carburante per mantenere, ad alti regimi, la giusta miscela stechiometrica, ossia il buon rapporto tra aria e benzina nella camera di combustione, per non provocare surriscaldamento. Ma ci rendevamo conto che, da un punto di vista normativo, questo sarebbe diventato un problema prima o poi. Quindi, avevamo bisogno di un motore che mantenesse la giusta stechiometria a prescindere dalle sollecitazioni. Eravamo anche convinti che, per ottenere un rendimento ottimale, il motore dovesse funzionare secondo il ciclo di Miller ed essere dotato di un sistema di ricircolo dei gas combusti con valvola EGR.

Per quanto riguarda la valvola EGR, Nissan aveva già montato sui motori benzina questo dispositivo che garantisce la diminuzione delle emissioni di NOx e il miglioramento del rendimento mediante il ricircolo dei gas esausti nel motore. Ma Francis e i suoi team volevano spingersi oltre i colleghi giapponesi: «Ci eravamo fissati un obiettivo di tasso di ricircolo del 20%, cosa che ci ha obbligati ad accorciare il circuito tra il turbo e l’aspirazione dell’aria e ad adottare un modulo di aspirazione dell’aria raffreddato ad acqua, un ‘water CAC’, che non era affatto comune per i motori benzina di quei tempi.»

Allo stesso modo, progettare un motore che funzioni secondo il ciclo di Miller significa rivedere diversi elementi, in quanto la sua specificità (la chiusura delle valvole prima che il pistone abbia raggiunto il punto più basso per ottimizzare il rendimento) fa sì che la miscela aria / carburante rinchiusa nella camera di combustione vi resti più a lungo, prima di raggiungere la scintilla di combustione. È stato quindi necessario, ad esempio, lavorare in modo specifico sull’aerodinamica dei condotti di aspirazione e della camera di combustione, «attività che ha richiesto molte simulazioni, seguite da tanti test - interni e con i partner – dapprima su un motore monocilindrico e poi multicilindrico», ricorda Francis Boutonnet.

Ma quanti sono i cilindri che avrebbero composto questo nuovo motore benzina super-efficiente? La risposta di Francis Boutonnet permette di capire il legame che c’è con la motorizzazione E-TECH 200 cv: «Sviluppandolo, abbiamo immaginato che questo motore, inizialmente concepito per essere utilizzato da solo, sarebbe andato perfettamente bene anche per una motorizzazione ibrida come l’E-TECH. A condizione che restasse compatto, per entrare nei vani motore e non appesantire la motorizzazione. Abbiamo così optato per l’architettura a 3 cilindri, tanto più che a cilindrata costante, nella fattispecie 1.200 cm³, offriva un miglior rendimento energetico rispetto all’architettura a 4 cilindri.»

È stato necessario anche ridurre l’altezza della testata per mantenere lunga la corsa del pistone, per favorire l’efficienza energetica del motore, installare un sistema di iniezione ottimizzato da 350 bar, lavorare sull’architettura del catalizzatore sotto il turbo per migliorare l’efficienza del trattamento delle emissioni e continuare ad ottimizzare tutto il possibile per ridurre gli attriti e, quindi, i consumi. Il motore denominato HR12 era proprio quello che ci voleva per la nuova generazione di propulsori E-TECH Hybrid.

ALTRE IDEE E BREVETTI

Per il resto dei componenti della motorizzazione E-TECH Hybrid, il cambiamento era fuori discussione. Ciononostante, i nostri esperti si sono concentrati su ogni singolo elemento, soprattutto per riuscire a migliorare le prestazioni elettriche e, pertanto, la potenza della motorizzazione, ottimizzando l’efficienza. «Abbiamo cominciato utilizzando, su questa motorizzazione ibrida ‘semplice’, l’architettura elettrica da 400 volt del motore Plug-in Hybrid che era stato sviluppato per Captur e Mégane. La prima generazione di E-TECH aveva un’architettura di soli 230 volt. Siamo anche passati da una batteria da 1,2 kWh a una da 2 kWh. Con quest’ultima e il nuovo voltaggio, il motore elettrico principale è passato da 35 a 50 kW (da 48 a 68 cv)», ha spiegato Ahmed Ketfi-Cherif, esperto di controllo della motorizzazione E-TECH Hybrid.

Nicolas Fremau prosegue parlando della trasmissione con innesto a denti: «Abbiamo dovuto rafforzarla per far fronte all’aumento di potenza e coppia dei due motori principali. Abbiamo colto l’occasione per migliorarla, rendendo utilizzabile il quinto rapporto di cui è dotata, che era rimasto inutilizzato nella prima versione della motorizzazione E-TECH. Per far ciò, abbiamo semplicemente lavorato sui rapporti di trasmissione.»

Si doveva fare in fretta, in una situazione di ristrettezze finanziarie. I team avevano già dato prova di ingegnosità in diverse occasioni, ma avevano ancora tante idee in serbo. Soprattutto quella proposta e brevettata da Antoine Vignon, ingegnere responsabile di quest’innovativa trasmissione: eliminare uno dei pignoni che azionano il secondo motore elettrico HSG (High-voltage Starter Generator). Quanto basta per ottimizzare il rendimento di tutto ciò che permette al motore di funzionare, con un risparmio di 0,5 grammi di CO₂/km. Insomma, il tipo di guadagno marginale che, aggiunto a tutto il resto, permette di far vincere una gara…

Infine, il nuovo motore E-TECH Hybrid 200 cv ha potuto contare su miglioramenti elettronici e software che avevano già trovato applicazione nella motorizzazione da 140 cv originale nel suo ciclo di vita. Ad esempio, il motore termico non è più avviato tramite l’accensione di un cilindro, ma mediante l’HSG. Quanto basta per essere più efficienti nelle partenze a freddo, soprattutto la mattina. Un altro miglioramento degno di nota è la possibilità di regolare la coppia tramite l’HSG (sì ancora lui!), per evitare di dover spegnere (e poi riavviare) il motore termico nei cambi marce. «Tutto ciò si traduce in meno consumi e in un ulteriore risparmio di 2,7 grammi di CO₂/km!» ha precisato Nicolas Fremau.

La nuova versione da 200 cv del motore E-TECH Hybrid di Renault era, così, pronta per essere inaugurata su Austral nel 2022 e Nuovo Espace nel 2023. Nicolas Fremau, Ahmed Ketfi-Cherif, Antoine Vignon e i loro colleghi potevano finalmente riposarsi? Non ancora, perché in previsione c’era già una nuova versione, ancora più potente e con un’architettura diversa.