I sistemi ibridi di Le Mans Hypercar (LMDh e LMH) spiegati

Le vettureLe Mans Daytona Hybrid (LMDh) e Le Mans Hypercar (LMH) che partecipano a gare di durata come l'IMSA WeatherTech SportsCar Championship (IMSA), il World Endurance Championship (WEC) e la 24 Ore di Le Mans utilizzano propulsori ibridi avanzati per bilanciare prestazioni, efficienza e sostenibilità. Questi sistemi ibridi combinano i tradizionali motori a combustione interna (ICE) con motori elettrici e pacchi batterie per ottimizzare l'erogazione di potenza e il recupero dell'energia, elementi fondamentali per le lunghe ed estenuanti gare di durata che caratterizzano questi campionati.

I sistemi ibridi delle auto LMDh e LMH sono progettati per offrire una combinazione di prestazioni elevate, recupero dell'energia (frenata rigenerativa) e migliore efficienza dei consumi, consentendo alle auto di erogare una potenza eccezionale e di rispettare gli obiettivi di sostenibilità del motorsport moderno. I polimeri svolgono un ruolo significativo nella costruzione dei motori e dei sistemi di batterie, fornendo vantaggi chiave come la gestione termica, le proprietà di leggerezza, l'isolamento elettrico e la resistenza alla corrosione. Ecco come funzionano questi motopropulsori ibridi e dove vengono utilizzati i polimeri nei loro componenti.

Come funzionano i propulsori ibridi nelle auto LMDh e LMH

1. Motore a combustione interna (ICE)

Il motore a combustione interna delle auto ibride LMDh e LMH è in genere un motore ad alte prestazioni e a basso consumo di carburante che funziona insieme al motore elettrico. A seconda del produttore, questi motori possono essere turbocompressi o ad aspirazione naturale e sono spesso configurazioni V6, V8 o V10. Il motore elettrico fornisce la maggior parte della potenza per i tratti ad alta velocità e i lunghi rettilinei, fornendo anche potenza durante le accelerazioni più intense.

2. Motore elettrico e unità motore-generatore (MGU)

Il motore elettrico, noto anche come Motor Generator Unit (MGU), opera a fianco del motore a combustione interna per fornire potenza aggiuntiva e migliorare l'efficienza. L'MGU svolge una duplice funzione:

• Raccoglie l'energia durante la frenata (frenata rigenerativa) e la converte in energia elettrica, che viene immagazzinata nella batteria.
• Utilizza l'energia immagazzinata dalla batteria per azionare le ruote dell'auto, fornendo potenza supplementare in fase di accelerazione o nei momenti chiave di una gara (come i sorpassi).

L'MGU assiste l'ICE fornendo un incremento di coppia, migliorando l'accelerazione e consentendo all'auto di raggiungere più rapidamente velocità più elevate. Questo doppio sistema di erogazione della potenza aiuta a bilanciare le prestazioni con l'efficienza dei consumi, in quanto il motore elettrico può subentrare o assistere in situazioni di bassa velocità o di coppia elevata, riducendo la dipendenza dal carburante.

3. Riserva di energia (batteria)

La batteria delle auto ibride da corsa è un componente essenziale del gruppo propulsore, in quanto immagazzina l'energia raccolta durante la frenata rigenerativa. L'energia immagazzinata nella batteria viene poi utilizzata dal motore elettrico per fornire potenza aggiuntiva quando necessario. Questi sistemi di batterie ad alte prestazioni devono essere leggeri, efficienti e in grado di resistere alle esigenze estreme delle gare di endurance.

Le batterie utilizzate nelle auto LMDh e LMH sono in genere agli ioni di litio o allo stato solido, in grado di immagazzinare grandi quantità di energia e di erogare elevate potenze in modo rapido ed efficiente.

4. Frenata rigenerativa

Uno dei vantaggi principali dei propulsori ibridi è il sistema di frenata rigenerativa. Quando l'auto frena, l'MGU cattura l'energia cinetica generata dalla frenata e la converte in energia elettrica. Questa energia viene poi immagazzinata nella batteria e può essere riutilizzata per azionare il motore elettrico. Questo processo riduce gli sprechi di energia e migliora l'efficienza complessiva.

Il ruolo dei polimeri nei sistemi di propulsione ibridi

I polimeri sono ampiamente utilizzati nella costruzione di motopropulsori ibridi, in particolare nei motori e nei sistemi di batterie, perché offrono vantaggi essenziali come la leggerezza, la gestione termica, l'isolamento elettrico e la resistenza alla corrosione. Queste proprietà sono fondamentali per garantire che i motori e le batterie possano funzionare in modo affidabile nelle condizioni estreme delle gare di endurance.

1. I polimeri nei motori

I motori ibridi, o MGU, funzionano a velocità e temperature elevate e richiedono materiali in grado di resistere a queste sollecitazioni mantenendo l'efficienza. I polimeri svolgono un ruolo cruciale in varie parti del motore.

• Isolamento elettrico: Il motore elettrico genera quantità significative di elettricità, che deve essere contenuta in modo sicuro per evitare cortocircuiti o guasti elettrici. Polimeri come il PTFE (politetrafluoroetilene) e la poliimmide (PI) sono utilizzati come isolanti per i fili e gli avvolgimenti elettrici all'interno del motore per evitare perdite elettriche e garantire un trasferimento efficiente dell'energia.

  • IlPTFE è comunemente utilizzato per l'isolamento dei fili grazie alle sue eccellenti proprietà dielettriche e alla resistenza alle alte temperature.
  • Ifilm di poliimmide, come il Kapton, sono utilizzati per la loro capacità di mantenere l'integrità strutturale a temperature estreme e di fornire l'isolamento elettrico in spazi ristretti all'interno del motore.

• Gestione termica: I motori generano molto calore durante il funzionamento e il surriscaldamento può compromettere gravemente le prestazioni. Il PEEK (polietere etere chetone) e i polimeri a base di silicone sono utilizzati nei sistemi di raffreddamento, negli alloggiamenti dei motori e nelle guarnizioni per gestire il calore e proteggere il motore dai danni termici.

  • IlPEEK è altamente resistente al calore e alle sollecitazioni meccaniche, ed è quindi ideale per i componenti del motore esposti a temperature elevate.
  • I polimeri di silicone sono utilizzati per le guarnizioni e le tenute che aiutano a mantenere i sistemi di raffreddamento del motore contenendo i fluidi e gestendo il flusso d'aria intorno alle aree critiche.

• Componenti leggeri: I motori dei sistemi ibridi devono essere il più leggeri possibile per ottimizzare il peso complessivo dell'auto. I polimeri rinforzati con fibre di carbonio (CFRP) sono spesso utilizzati nella costruzione degli alloggiamenti dei motori e dei componenti strutturali per garantire la resistenza e ridurre al minimo il peso. Questo è fondamentale per garantire che il gruppo propulsore ibrido non aggiunga un peso eccessivo al veicolo, che potrebbe influire negativamente sulle prestazioni.

2. Polimeri nelle batterie

Le batterie delle auto da corsa ibride devono immagazzinare grandi quantità di energia, erogarla in modo efficiente ed essere in grado di resistere alle condizioni estreme delle gare di durata. I polimeri sono essenziali per garantire la sicurezza, l'efficienza e la durata di questi sistemi di batterie ad alte prestazioni.

• Isolamento elettrico: Le batterie agli ioni di litio e allo stato solido generano tensioni elevate, rendendo l'isolamento elettrico un fattore critico nella progettazione delle batterie. La poliimmide e il PTFE sono utilizzati per isolare le celle e i cavi delle batterie, assicurando che le correnti elettriche rimangano contenute ed evitando cortocircuiti o surriscaldamenti.

  • Ifilm di poliimmide sono spesso utilizzati per separare le celle della batteria, garantendo l'isolamento e la sicurezza nell'ambiente ad alta tensione del pacco batteria.
  • I rivestimenti e le coperturein PTFE sono utilizzati per i cablaggi e i connettori per proteggere dalle scariche elettriche.

• Gestione termica: Le batterie ibride generano un calore significativo durante l'accumulo e l'utilizzo dell'energia. Polimeri come il PEEK e materiali a base di silicone sono utilizzati negli alloggiamenti delle batterie e nei sistemi di raffreddamento per gestire efficacemente il calore.

  • Il PEEK viene utilizzato per gli alloggiamenti delle batterie e i canali di raffreddamento grazie alla sua capacità di resistere alle alte temperature senza deformarsi o degradarsi.
  • I polimeri a base di silicone sono impiegati nelle interfacce termiche per contribuire a dissipare il calore dalle celle della batteria, assicurando che la batteria operi entro un intervallo di temperatura sicuro e prevenendo la fuga termica.

• Resistenza alla corrosione: Le batterie sono esposte ad ambienti difficili, tra cui umidità, carburante e sostanze chimiche. Polimeri come il PEEK e il PTFE offrono resistenza alla corrosione, proteggendo i componenti della batteria dal degrado causato dall'esposizione a questi elementi.

  • Il PEEK è spesso utilizzato per gli alloggiamenti e le coperture protettive delle batterie perché è leggero, robusto e resistente alla corrosione e alle alte temperature.
  • Irivestimenti in PTFE sono utilizzati per proteggere i connettori elettrici e i terminali dall'esposizione agli agenti chimici, garantendo l'affidabilità a lungo termine del sistema della batteria.

• Costruzione leggera: Il peso è un fattore critico nelle gare di endurance, dove ogni chilogrammo risparmiato contribuisce a migliorare le prestazioni. Polimeri come il CFRP sono utilizzati negli involucri delle batterie e nelle strutture protettive per fornire una soluzione leggera ma resistente, riducendo il peso complessivo del sistema di batterie senza compromettere la sicurezza o le prestazioni.

Conclusioni

I propulsori ibridi utilizzati nelle auto LMDh e LMH rappresentano la punta di diamante della tecnologia delle corse di durata, in quanto combinano motori a combustione interna, motori elettrici e sistemi a batteria per offrire prestazioni elevate, efficienza dei consumi e recupero di energia. I polimeri svolgono un ruolo cruciale in questi sistemi, fornendo materiali leggeri, gestione termica, isolamento elettrico e resistenza alla corrosione nei motori e nelle batterie. Questi vantaggi assicurano che i propulsori ibridi possano funzionare in modo affidabile nei difficili ambienti di IMSA, WEC e Le Mans, aiutando i team a raggiungere l'equilibrio tra prestazioni, efficienza e sostenibilità che definisce le moderne gare di durata.