LEXUS HYBRID DRIVE Le motorizzazioni alternative nel futuro dell'automobile - Bergamo, XI Novembre 2009
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Le motorizzazioni alternative nel futuro dell’automobile LEXUS HYBRID DRIVE Rielaborato da Stelio Cella Bergamo, XI Novembre 2009 November 09 Presentazione Lexus Europe 1
Le emergenze ambientali ed energetiche
2000 2010 2020
Qualità Aumento delle
dell’aria emissioni di inquinanti
(NOx, CO, HC) Espansione ai paesi in via di
sviluppo
Regolamentazione delle emissioni
Variazione Aumento CO2
del clima
Standard di vita
Fabbisogno Mix energetico
energetico Petrolio, Nucleare,
Gas naturale, Carbone
Energie rinnovabili
Fonte: Toyota Motor CorporationVariazione del clima
700 - 800
700
600 Obiettivo
Ridurre le emissioni di CO2 è cruciale per lo sviluppo
Densità CO2 (ppmv)
IPCC:
550
500
400
370
280
300
0
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2100
Fonte: report annuale IPCC95
AnnoIl Protocollo di Kyoto
• Sottoscritto nel 1997 a Kyoto, in Giappone
• Il trattato stabilisce i target di riduzione delle
emissioni dei gas serra per gran parte dei paesi
aderenti
• L'Unione europea si è assunta l’impegno di ridurre
le emissioni dei gas serra dell'8% entro il 2012
4I target di riduzione delle emissioni
di CO2 nella UE
• In Europa oltre un quinto delle emissioni complessive
di CO2 è prodotto dagli scarichi degli autoveicoli
• L'Unione europea ha siglato un accordo sui target
delle emissioni medie di CO2 con l'ACEA (European
Car Manufacturers Association) che prevede:
– 130 g/km entro il 2012
5QUANTO POSSIAMO ANDARE LONTANO?
Quanti chilometri possono percorrere le seguenti vetture prima di emettere un Kg di
CO2?
FERRARI SCAGLIETTI; ;
2,10
CAYENNE TURBO; ; 2,70
PANAMERA TURBO; ;
3,50
BMW X5 TD; ; 4,6
LEXUS GS 450h; ; 5,5
LEXUS RX 450h; ; 6,70
SMART FORTWO; ; 9,7
TOYOTA PRIUS III; ; 11,2
0 2 4 6 8 10 12
TOYOTA PRIUS III SMART FORTWO
LEXUS RX 450h LEXUS GS 450h
BMW X5 TD PANAMERA TURBO
CAYENNE TURBO FERRARI SCAGLIETTII combustibili alternativi
H2 CNG
Bio-etanolo
Combustibili
alternativi LPG
Bio-diesel
BTL GTLGASOLIO • • Combustibile non rinnovabile prodotto dalla raffinazione del petrolio greggio • • Per motori con una potenza paragonabile solo ai motori a benzina: • – Consumo di carburante normalmente inferiore del 20% • – Emissioni di CO2 inferiori del 10% • – Emissioni di NOx (causa di smog e problemi respiratori) più di 20 volte superiori • – Emissioni di particolato (cancerogeno) • • Altro impatto sull'ambiente • – Funzionamento rumoroso • – Perdite di sostanze scivolose e difficili da pulire • – Odore sgradevole • • Il motore è più pesante • – Le prestazioni ne risentono • – La tenuta di strada ne risente • • Il combustibile in alcuni mercati è più costoso • • Richiede additivi per funzionare a temperature molto basse • – Per lo stoccaggio e il riempimento • – Per evitare che si ostruiscano i tubi dell'impianto di alimentazione / gli iniettori
BIOETANOLO • • Il bio etanolo è un combustibile rinnovabile prodotto dalle piante • – Piante ricche di amidi - mais e frumento • – Piante ricche di zuccheri – canna e barbabietola da zucchero • – Piante ricche di cellulosa – erba e fieno • • A seconda delle colture utilizzate, rispetto alla benzina il bio etanolo all'85% produce una • riduzione del 50% delle emissioni di CO2 dalla produzione al consumo • • Emissioni zero di NOx e particolato • – Tuttavia questo non è applicabile al processo di produzione del combustibile in sé • • Tecnologia provata • – Il 45% delle autovetture passeggeri in circolazione in Brasile sono alimentate a • Bio etanolo E85 • – Disponibile negli USA e in Svezia • • Attualmente è disponibile una miscela di 5% bio etanolo e 95% benzina (EN228) • – Tutte le case automobilistiche garantiscono i loro motori per l'utilizzo di bio etanolo • EN228 • – I motori non richiedono alcuna modifica (alcuni motori sono compatibili con la miscela • di bio etanolo al 10%)
• – Tuttavia, quando si utilizza la miscela al 5% la riduzione di CO2 resta inferiore al 3% • • In alcuni mercati la miscela di bio etanolo all'85% (E85) è facilmente reperibile • – Questo combustibile richiede alcune piccole modifiche al motore (programmazione • centralina ECU) • – Tecnologia provata a fondo • • La produzione di bio etanolo costa di più di quella della benzina • – Costo compensato in alcuni mercati da una riduzione delle imposte sul combustibile • • Il consumo è maggiore • – Il bio etanolo produce circa 30% di energia in meno rispetto alla benzina • • Richiede l'impiego di terreni molto vasti • – Incoraggia la deforestazione nei paesi in via di sviluppo • – Occorre peraltro prendere atto che secondo le stime la disponibilità di aree agricole • supera di gran lunga le esigenze di produzione • • Il costo della produzione è elevato per l'ambiente: • – Per esempio: la coltivazione del mais utilizza 30% di energia in più di quella erogata dal • carburante che viene prodotto • – Ampio uso di combustibili fossili per i trattori, le macchine agricole, ecc. impiegati per • produrre la materia prima da cui ricavare il carburante • – Può erodere il suolo e inquinare i corsi d'acqua
BIO - DIESEL
• • Il bio-diesel è un combustibile rinnovabile prodotto da oli vegetali
• – Per esempio, olio di colza, soia, girasole, palma e addirittura olio esaurito di cottura e
• frittura
• • A seconda delle colture utilizzate, il bio-diesel al 100% produce una riduzione del 60%
delle
• emissioni di CO2 dalla produzione al consumo
• – Il CO2 assorbito dalla crescita delle piante compensa quello prodotto dagli scarichi
• delle autovetture
• • Emissioni zero di particolato
• • Emissioni di NOx leggermente più elevate rispetto al gasolio a basso tenore di zolfo
• • Biodegradabile al 100%
• – Le perdite di bio-diesel al 100% non rappresentano un rischio ambientale per i corsi
• d'acqua, ecc.
• • Attualmente è disponibile una miscela al 5% di bio-diesel e 95% di gasolio a basso
tenore di
• zolfo (EN590)
• – Tutte le case automobilistiche garantiscono i loro motori per l'utilizzo di EN590
• – I motori non richiedono alcuna modifica
• – Tuttavia, con una miscela al 5% si ottiene solo una riduzione del 3% di emissioni di
• CO2• • Non sono ancora disponibili miscele con più di 10% di bio-diesel
• – Generalmente richiede modifiche significative al motore (iniettori, ecc.)
• • La produzione di bio-diesel è più costosa rispetto alla produzione del gasolio
tradizionale
• – Costo compensato in alcuni mercati da una riduzione delle imposte sul
combustibile
• • Il consumo è leggermente maggiore
• – Il bioetanolo produce circa 10% di energia in meno rispetto al gasolio tradizionale
• • Richiede l'impiego di vaste aree di terreni
• – Incoraggia la deforestazione nei paesi in via di sviluppo
• – prende il posto di terreni attualmente dedicati alle colture di prodotti alimentari e al
• pascolo
• • Temperatura di intorbidamento più elevata rispetto al gasolio tradizionale
• – Poco adatto all'uso come combustibile per autotrasporti in caso di clima rigido
• – Intasa i filtri e i tubi dell’impianto di alimentazione
• – In caso di clima rigido non può essere trasportato nelle condotte e nei tubi
• • Riduzione della durata del motore
• – I solventi nel bio-diesel dissolvono i depositi nell’impianto di alimentazione del
• carburante
• – Può causare l'intasamento dei filtri e dei tubi di alimentazioneVEICOLO ELETTRICO
• Emissioni zero
• • Le emissioni alla produzione dipendono dal metodo di energia elettrica utilizzato
• – Attualmente il 39% proviene da generatori a carbone
• – Le emissioni di CO2 sono inferiori del 40% rispetto all'uso dei veicoli equivalenti a
• benzina
• – Le emissioni di NOx e particolato sono simili a quelle dei veicoli diesel
• – Emissioni di SO2 (causa la pioggia acida)
• • L'autonomia è inversamente proporzionale alla performance
• – I veicoli elettrici sono limitati alla circolazione in città e hanno prestazioni limitate
• • Richiede una ricarica già dopo alcune ore di funzionamento:
• – Una normale ricarica per tutta la notte garantisce circa 4 ore / 160 Km di
autonomia
• – Richiede una presa elettrica adiacente al parcheggio del veicolo
• • Disponibilità limitataMETANO (gas naturale compresso) • Metano (gas naturale compresso) GPL (gas di petrolio liquefatto) • il metano è gas naturale compresso • • Prodotto da giacimenti petroliferi o di gas: • • Co-prodotto della raffinazione del petrolio o • della produzione di gas naturale • L’infrastruttura è adeguata grazie a una rete di • gasdotti • • Per la distribuzione del gas per uso domestico • Attualmente è usato principalmente per i veicoli • commerciali • • Richiede serbatoi di grandi dimensioni
GPL (gas di petrolio liquefatto) • Il GPL è una miscela di gas propano e butano: • Esiste una rete di distributori di GPL • Sono disponibili servizi di conversione aftermarket • per i veicoli a benzina compatibili • • Le prestazioni non cambiano • • I programmi di manutenzione non cambiano • Costo del combustibile più basso • • In molti mercati le imposte sul GPL sono • ridotte • Disponibilità limitata di veicoli GPL prodotti • direttamente dai costruttori • • La conversione potrebbe rendere nulla la • garanzia • • Incertezza sul valore residuo del veicolo
Pro e contro di Metano e GPL
• • Emissioni di CO2 inferiori del 10% rispetto alla benzina, ma le emissioni di
NOx sono più elevate
• • Emissioni zero di particolato
• • Silenziosità del 50% migliore rispetto ai veicoli diesel
• • Meno usura del motore rispetto ai veicoli a benzina e a gasolio
• • Richiede un serbatoio a bassa pressione (15 psi) di grandi dimensioni
• – Autonomia ridotta tra un rifornimento e l’altro
• – Capacità di carico ridotta nelle auto passeggeri
• – Maggiore rischio di incendio in caso di incidente (pertanto: transito vietato
in Eurotunnel)
• – I serbatoi devono essere sottoposti a test della pressione ogni 3 anni
• • Bi-fuel o doppio combustibile nei veicoli passeggeri
• – Maggiori costi e complessitàDIESEL IBRIDO
• Come per i veicoli a gasolio tradizionale, ma con una riduzione di
circa 30% delle emissioni e del
• consumo di carburante, grazie alla combinazione del motore
elettrico e del sistema di frenata
• rigenerativa.
• Ottima economicità del carburante In termini di facilità di guida i
motori diesel sono meno adatti alla combinazione con i motori
elettrici rispetto agli ibridi a benzina
• • Il motore ha una carenza di coppia motrice ai regimi più alti
• • Erogazione della potenza meno lineare
• • Il riavvio del motore diesel è più impegnativo e consuma più
carburante rispetto a quello benzinaMICRO IBRIDI • Il motore si arresta quando il veicolo è fermo invece di restare al minimo • • Si riavvia quando si preme il pedale dell'acceleratore o del freno • Ha gli stessi attributi dei veicoli a benzina tradizionali fatta eccezione per: • • Circa 8% in meno di consumi e di tutte le emissioni • • Leggera esitazione quando si accelera da fermo (non si avvale del motore elettrico) • Attualmente disponibile solo su veicoli BMW
Idrogeno impiegato come
combustibile
• Non produce emissioni nocive dagli scarichi dopo la
combustione
– Produce solo acqua e calore quando si combina con
l'ossigeno
• In teoria le emissioni di CO2 dalla produzione al consumo dei
veicoli a idrogeno potrebbero essere quasi zero
– Se si utilizza energia elettrica da fonti rinnovabili (es.:
energia eolica)
• I motori a benzina esistenti potrebbero utilizzare l'idrogeno con
modifiche minime
26Idrogeno
Molti sono ancora i passi da compiere prima di poter giungere alla
vettura ad idrogeno (H2)
• Tecnologia
di produzione dell’H2
economicamente ed
ecologicamente sostenibile
• Ricerca sui sistemi di stoccaggio
dell’idrogeno
• Ricerca sulle celle a combustibile
(miglioramento dell’affidabilità e
riduzione dei costi)
Stazione di distribuzione dell’Idrogeno - Yokohama
• Rete distributiva inesistenteIdrogeno e celle a combustibile
• Il costo dell'energia per la produzione dell'idrogeno è
maggiore dell'energia sviluppata per la produzione di benzina
• Attualmente le emissioni delle vetture fuel cell dalla
produzione al consumo sono più elevate delle vetture a benzina
• Costo dei veicoli e del combustibile
• Esistono solamente vetture "concept“ e il costo di acquisto
dei veicoli è 10-20 volte maggiore di un veicolo equivalente
a benzina
• Secondo le stime tale proposta sarà economicamente
sostenibile solo tra 10 – 15 anni
28La risposta dei costruttori di
automobili
• Tutti i costruttori stanno sviluppando veicoli per
ridurre le emissioni
– Preoccupazione per le imminenti normative
europee che mirano a soddisfare i target stabiliti dal
Protocollo di Kyoto
– Aumento della domanda di prodotti più rispettosi
dell'ambiente da parte dei consumatori
29La risposta dei costruttori di automobili 30
TESTIMONIAL
TECNOLOGIA IBRIDA
“Se potete, comprate
un’auto ibrida”
Al Gore
31Sistemi a trazione
Ibrida elettrica
EV Drive
Motor-assist Motor-assist
Regenerative Regenerative Regenerative
braking braking braking
Engine Engine Engine Engine
stop stop stop stop
Micro hybrid Mild hybrid Full hybridTECNOLOGIA IBRIDA Micro Hybrid Che cosa è? Un normale motore a benzina che quando la vettura si ferma invece di restare acceso al minimo si arresta automaticamente Vantaggi Costo di acquisto supplementare contenuto Miglioramento dichiarato dell'8% sui consumi e sulle emissioni di CO2 Svantaggi Nessun vantaggio se la vettura non è ferma
TECNOLOGIA IBRIDA
• Attualmente solo Lexus ha una gamma di modelli
"Full Hybrid" disponibili sul mercato (RX, GS, LS)
– La Honda commercializza un veicolo “Mild Hybrid”
la Civic IMA
– I costruttori del mercato luxury (Mercedes, BMW
etc) offrono solo motorizzazioni tradizionali a
benzina o gasolio, e, a breve, versioni “Mild Hybrid”
42LEADERSHIP DI LEXUS
Toyota risulta la prima della classe.
43INCENTIVI GOVERNATIVI
La gamma LexusHybridDrive beneficia degli ecoincentivistatali. Legge n. 296/2006.
44LEXUS È “TECHNOLOGICALLY
CORRECT”
Lexus Hybrid Drive è lusso e prestazioni
Lexus Hybrid Drive non è consumi
e spreco
45Sistema LHD completo
Componenti principali della LS 600h / GS 450h
Gruppo
Inverter MG1 MG2
Batteria HV
Motore
Ingranaggio Transfer
planetario di Riduttore a
separazione di doppio stadio
potenza della velocitàSistema LHD completo
Componenti principali RX 450h
Ingranaggio planetario MG1 MGR
di separazione di
potenza
Motore
Batteria HV
Inverter
Riduttore della velocità
del motore Ingranaggio MG2
planetarioLEXUS HYBRID DRIVE MG (Generatore motore) MG1 MG2
L’auto Ibrida più venduta al mondo
Generatore / Starter (MG1) L'energia del motore a benzina alimenta il generatore MG1 che serve: • per mantenere la carica nella batteria ad alto voltaggio • per alimentare il motore elettrico principale MG2 Memo: il generatore funge anche da motorino d'avviamento
Motore elettrico principale (MG2) • Il motore elettrico principale MG2 utilizza l'energia della batteria e del generatore MG1 per la trazione di marcia. • In decelerazione e in frenata l'unità funziona come un generatore per recuperare l'energia che andrebbe dispersa e viene trasferita alla batteria per mantenerla in carica. Motore elettrico posteriore (solo RX 450h) • Le ruote posteriori della RX 450h sono alimentate da un motore elettrico da 50 kW montato direttamente sul differenziale posteriore.
Funzionamento sistema ibrido
Avvio del veicolo
Fonte dell'energia:
• Batteria ad alta tensione
NOTA: La figura ritrae la GS 450h
Messaggi chiave:
• Solo alimentazione elettrica per cui
assenza totale di emissioni
• Silenziosità e reattivitàFunzionamento sistema ibrido
Accelerazione
Fonte dell'energia:
• Motore a benzina
• Motore elettrico alimentato da:
– Generatore
NOTA: La figura ritrae la GS 450h
– Batteria ad alta tensione
Messaggi chiave:
• Erogazione istantanea dell'energia
• Accelerazione immediata e
ininterrottaFunzionamento sistema ibrido
Andatura di crociera
Fonte dell'energia:
• Motore a benzina
• Motore elettrico alimentato da:
– Generatore
NOTA: La figura ritrae la GS 450h
Messaggi chiave:
• Silenziosità e raffinatezza
• Massima efficienza del motore a
benzinaFunzionamento sistema ibrido
Frenata o decelerazione
Fonte dell'energia:
• Il Motore elettrico funge da
generatore
NOTA: La figura ritrae la GS 450h Messaggi chiave:
• Recupera e utilizza l'energia
normalmente persa dai freniFunzionamento sistema ibrido
Retromarcia
Fonte dell'energia:
• Batteria ad alta tensione
NOTA: La figura ritrae la GS 450h Messaggi chiave:
• Solo alimentazione elettrica
per cui assenza totale di
emissioni
• SilenziositàComparazioni prestazioni tra diesel, benzina e ibrido
Motorizzazione
VANTAGGI della
Motorizzazione Motorizzazione IBRIDA tecnologia "FULL
DIESEL BENZINA (benzina HYBRID" rispetto
(media del (media del elettrico) alla peggior
media di
segmento) segmento) LEXUS RX segmento
450h
CILINDRATA (cm3) 3000 3360 3500 + 16% e + 4%
POTENZA (Kw/cv) 183/249 201/274 220/299 fino al 20%
CONSUMO percorso misto
8,73 11,66 6,3 fino al 46%
(l/100 Km)
EMISSIONI CO2 230 g/Km 277 g/Km 148 g/Km fino al 46%
ACCELERAZIONE
8,03 sec. 8,33 sec. 7,8 sec. fino al 6%
(0-100 Km/h)
RAPPORTO POTENZA / 0,72 Kw /
0,79 Kw / g/Km 1,48 Kw / g/Km fino al 105%
EMISSIONI CO2 g/Km
I dati sono stati reperiti da "Quattroruote" dalla "Guida sul risparmio di carburanti e sulle emissioni di CO2 delle autovetture" fornito dal Ministero
dello sviluppo economico. I valori medi si riferiscono alla media delle caratteristiche dei modelli di pari segmento Audi, Bmw e MercedesSettimana per l’Energia • Se l’obiettivo del Protocollo di Kyoto è di ridurre le emissioni del 20 % di CO2 entro il 2020, questo target è già una realtà da un quinquennio grazie alla gamma ibrida di Lexus, con ben 15 anni di anticipo! • Se tutte le auto del mondo fossero sostituite improvvisamente con vetture ibride, la richiesta di carburanti si dimezzerebbe, così come probabilmente il costo e si raddoppierebbe la durata delle scorte di greggio
GRAZIE DELL’ATTENZIONE 59
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