28 Gennaio 2020

Come funziona il sistema Lexus Full Hybrid Electric: vantaggi

Lexus, espressione premium di Toyota, ha introdotto per primo l’ibrido nel settore dei marchi di prestigio con il suv RX 400h nel 2005. Lo sviluppo ha portato a incrementare l’efficienza e proporre su modelli iconici come la LC e LS una nuova sportività con il cambio 10 marce Multi-Stage Hybrid

Dieci milioni di chilometri e 60 prototipi per arrivare a offrire lo stato dell’arte della tecnologia full hybrid interpretata in chiave Lexus.

La quarta generazione del sistema proposto nelle motorizzazioni 2.0 e 2.5 litri perfeziona una formula lanciata nel “lontano” 2005, quando Lexus, per prima, tra i brand premium, immagina una proposta full hybrid caratterizzata da un’elevata efficienza, consumi ridotti e uno schema tecnico semplice e affidabile nelle sue componenti.

Come funziona il full hybrid Lexus

LEXUS, L’IBRIDO E IL MULTI-STAGE

Così, tre lustri più tardi dal modello che tenne a battesimo Lexus nel campo del full hybrid – il grande suv RX – è il turno di una quarta generazione ulteriormente affinata.

L’ibrido secondo Lexus è una proposta tecnica che si sviluppa intorno a motori termici a ciclo Atkinson, una componente elettrica con due motogeneratori – più un terzo motogeneratore per le varianti integrali E-Four – e la proposta di un particolarissimo Multi-Stage Hybrid introdotto con la coupé LC500h ed esteso all’ammiraglia LS500h.

Le peculiarità della tecnologia full hybrid Lexus assicurano elevati livelli di durata e affidabilità, grazie ai quali la gamma beneficia di una garanzia commerciale estendibile a 10 anni .

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L’ibrido Lexus consente una marcia per oltre il 50% del tempo in modalità elettrica nei tragitti urbani, e dell’energia utilizzata dal sistema nel suo insieme, il 25% è frutto di un recupero attuato nelle fasi di frenata o rallentamento.

IL CUORE TERMICO

Motore termico ibrido Lexus

Come funziona il Lexus Full Hybrid? Il motore termico, anzitutto, è del tipo a Ciclo Atkinson e contribuisce a sviluppare fino al 41% di rendimento termico nel caso del nuovo crossover UX, un valore tra i più elevati in assoluto. La peculiarità del funzionamento a Ciclo Atkinson sta nell’apertura delle valvole di aspirazione per un lasso di tempo superiore al consueto Ciclo Otto.

Nel dettaglio, con la risalita del pistone dal punto morto inferiore, le valvole restano aperte per una breve durata della fase di compressione. Questa caratteristica, insieme al ricircolo dei gas di scarico in camera, fa sì che si riducano le temperature d’esercizio e migliori il rendimento.

POWER SPLIT DEVICE

Power Split Lexus

Al motore termico è abbinato un insieme molto compatto di due motori elettrici e una Power Split Device che non fa altro che “mettere in comunicazione”, fisicamente, mediante ingranaggi, il motore termico e i due elettrici.

LA PARTE ELETTRICA

Uno dei punti di forza dell’ibrido Lexus sta nell’abbinamento tra motore termico e motori elettrici, realizzato mediante una soluzione che aumenta l’affidabilità e la tenuta nel tempo, visto che non necessita di cinghia e di frizioni di collegamento.

I motori elettrici hanno compiti diversi, il primo opera da starter del motore termico ed è responsabile del recupero energetico nelle fasi di rallentamento. Inoltre, lavora in simbiosi con il motore benzina e si somma alla potenza espressa dal secondo motore elettrico, quando necessario.

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Il secondo motore elettrico, invece, ha esclusivamente compiti di trazione ed è alimentato dal pacco batterie o direttamente dall’energia prodotta dal motogeneratore numero 1. Il “direttore d’orchestra” del sistema ibrido Lexus è il Power Split Device, gestito dall’elettronica di controllo, nel decidere la strategia di funzionamento ideale, tra la trazione erogata solo dal motore elettrico numero 2 o supportato da motore termico ed elettrico numero 1.

Il nuovo differenziale della quarta generazione del Full Hybrid Electric monta i motori elettrici (MG1 e MG2) in maniera coassiale e non più in linea. Le dimensioni ridotte e il minor peso del sistema aiutano a ridurre del 25% le perdite per attrito. Il MG2 è oggi anche più veloce, a garanzia di una performance e di un’efficienza ulteriormente migliorate.

IL FUNZIONAMENTO IN ELETTRICO

L’ibrido Lexus assicura, nella guida in città, una marcia che può arrivare a superare il 50% del tempo in modalità elettrica, a zero emissioni. L’efficienza del sistema composto dal motore termico e i due motori elettrici, installati su un albero in uscita dal motore benzina, fa sì che il 25% dell’energia impiegata dai motogeneratori elettrici sia frutto del recupero azionato in fase di decelerazione o frenata.

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Va specificato come la trazione avvenga grazie al motore elettrico 2 in gran parte degli scenari, con l’intervento il motore termico circoscritto ai frangenti nei quali si richiede una forte accelerazione. Tutto ciò avviene a supporto del motore elettrico numero 2, sempre operativo.

Il motogeneratore numero 1 attua il recupero d’energia, alimenta la batteria – mediante l’inverter -, alimenta il MG2 sotto il trascinamento attuato dal motore termico e provvede ad avviare l’auto.

L’INTRODUZIONE DEL MULTI-STAGE 10 MARCE

Multistage ibrido Lexus

Un discorso a parte meritano Lexus LC e Lexus LS, poiché il funzionamento del full hybrid introduce una novità. Si chiama Multi-Stage Hybrid e si presenta come un cambio a 10 velocità. Il funzionamento e lo schema sono diversi dalle trasmissioni che solitamente siamo abituati a conoscere.

Perché introdurre un cambio in uno schema di tipo eCVT – attuato dal rotismo epicicloidale nel Power Split Device, per abbinamento di velocità differenti tra motore termico ed elettrici, a loro volta con un riduttore di trasmissione – ? Per abbinare all’efficienza dell’ibrido le sensazioni di guida sportiva necessarie su una coupé come Lexus LC500h.

Lexus LC ibrida 10 marce

Introdurre una trasmissione automatica a 4 marce permette al guidatore di selezionare il rapporto desiderato e di percepire in ciascuna cambiata una variazione dell’accelerazione, del sound e di “abbinamento” tra velocità dell’auto e regimi del motore. Un concetto più complesso da descrivere che non da verificare su strada.

Anziché una progressione senza fine dei giri motore quando al motore elettrico si abbina la parte termica, con il Multi-Stage Hybrid Lexus si hanno 10 marce da cambiare, con una conseguente “caduta” di giri come avverrebbe in un normalissimo sistema termico.

Il cambio 10 marce, tuttavia, non è composto da 10 rapporti con altrettanti ingranaggi. Abbiamo detto di una trasmissione 4 marce. Ecco, nella linea che dal motore termico prosegue verso il Power Split Device con i due MG, si inserisce un cambio con 3 rapporti più un quarto di overdrive. Come si arriva ad averne 10, di marce?

Il sistema è in grado di operare su tre diversi livelli di rotazione che, abbinati ai tre rapporti del cambio automatico, generano nove marce più il rapporto finale dell’overdrive, la decima marcia.

EFFICIENZA E PRESTAZIONI

Lexus LC500h ha introdotto tale soluzione tecnica e si presenta come una coupé ad alte prestazioni, i 359 cv del sistema V6 3.5 litri assicurano con la trasmissione Multi-Stage Hybrid uno 0-100 km/h in 5”, a fronte di consumi di 8,1 lt/100 km e 150 g/km di emissioni di CO2. Lo stesso è presente anche sull’ammiraglia LS.

Emissioni dell'ibrido Lexus

Vette altissime di efficienza sono raggiunte, poi, da modelli di quarta generazione come Lexus UX, ibrido con il 2.0 da 184 cv e motore elettrico da 80 kW, dai consumi dichiarati in 4,3 lt/100 km e 94 g/km di CO2 emessa.

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Guidare l’ibrido è semplice e assicura un’efficienza elevatissima, una guida che Lexus propone in diverse formule di prezzo con la soluzione Pay per Drive Connected. Se è vero che al volante un’ibrida si guida come qualsiasi altra auto, capire il funzionamento del sistema aiuta a massimizzarne i benefici. Ripartenze soft in città, per sfruttare al massimo la trazione elettrica, decelerazioni dolci per consentire il recupero d’energia e la ricarica del pacco batterie, sono due dei punti chiave per ottenere il meglio.

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