Il cambio elettrico (ESG)

Figura 1: Cambio elettronico
 
Figura 2: Funzionamento in 4° con cambio parziale 2 – Funzionamento del generatore - • Cambio parziale 2 (1) • Presa di moto (2) • Cambio parziale 1 (3)
 
Figura 3: Cambio elettrico - • Presa di moto (1)
 
Figura 4: Cambio elettrico - • Presa di moto (1)
 

Il cambio parallelo (PSG) offre la base ideale per un azionamento di elevato comfort e massima efficacia. Per ridurre ulteriormente il consumo di carburante si cerca eventualmente di inserire una macchina elettrica. Essa deve consentire, oltre all'avvio veloce e silenzioso (start-stop), anche il recupero di energia frenante e il downsizing del motore grazie alla funzione boost. Per questa soluzione si installa oggi nella maggior parte dei casi una macchina elettrica ("Generatore starter") fra l'albero a manovella del motore e la frizione. Lo svantaggio in questo caso è un limitato potenziale di recupero per perdite di trascinamento del motore a combustione nella spinta.

Si può evitare questo svantaggio con un'ulteriore frizione fra la macchina elettrica e l'albero a manovella. Disaccoppiando il motore nella spinta, in questa configurazione si può sfruttare tutto il potenziale per recuperare l'energia di decelerazione. Inoltre, separando il motore e la macchina elettrica per ridurre ulteriormente il consumo di carburante, la vettura può essere mossa solo elettricamente. L'idea LuK per cambio elettrico ESG va un passo oltre. La macchina elettrica viene integrata nel cambio. Oltre ai vantaggi funzionali, questa struttura offre significativi vantaggi di ingombro e di costo (figura 1).

Funzioni
Per poter spiegare le singole funzioni del cambio elettrico ESG sono stati rappresentati parallelamente i due cambi parziali (figura 2). La parte inferiore comprende i livelli di marcia dispari e la frizione K1, ed è definita cambio parziale 1. Analogamente il cambio parziale 2 è composto dai livelli di marcia pari e dalla frizione K2.

Funzionamento del motore a combustione
Durante l'esercizio nel cambio parziale 2 il generatore starter (SG) è accoppiato direttamente al motore a combustione tramite la frizione K2. La figura 2 mostra a titolo esemplificativo il funzionamento in 4° con funzione del generatore.

Funzione boost
Nel funzionamento in una marcia dispari, a seconda della strategia di innesto nel cambio parziale 2 viene preselezionata una marcia pari o si innesta la posizione neutra. Se il cambio parziale 2 è in posizione neutra, la frizione K2 viene chiusa per trasmettere la coppia del generatore. Con marcia preselezionata il comando della macchina elettrica avviene tramite il livello di marcia inserito. Invertendo la direzione della coppia della macchina elettrica si può di nuovo realizzare la funzione boost.

Avviamento/funzionamento elettrico
Con grande potenza elettrica installata nella macchina elettrica e nella batteria è possibile un funzionamento puramente elettrico. In questo caso entrambe le frizioni rimangono aperte e, a seconda della velocità, del carico e delle caratteristiche di efficacia, la coppia viene condotta alle pulegge motrici tramite le marce 2, 4 o 6.

Recupero di energia frenante
Per sfruttare in modo efficace l'energia frenante, il motore a combustione viene disaccoppiato dalla linea di trasmissione nel funzionamento di spinta. Il rallentamento della vettura è rilevato dalla macchina elettrica che, a seconda della velocità, della posizione del pedale del freno e della trasmissione ottimale, crea una coppia del generatore e trasforma l'energia cinetica della vettura in energia elettrica. Integrando il compressore del climatizzatore nel cambio parziale 2 l'energia cinetica della vettura può essere utilizzata direttamente anche per produrre una potenzialità refrigerante. Utilizzando un refrigerante adatto, ad es. CO2, l'impianto di climatizzazione può produrre anche calore. Oltre ai vantaggi energetici, analogamente alla produzione diretta di potenza refrigerante nel recupero, il sistema promette anche grandi vantaggi per la gestione termica dei veicoli ibridi. Ciò vale in particolare per i moderni motori a combustione ad iniezione diretta, fasatura completamente variabile e simili, che per i loro ridotti consumi di carico parziale, richiedono in parte già oggi un elemento riscaldante aggiuntivo.