Alternatore per auto Start/Stop e microibride: cosa cambia?

Da generatore di energia a dispositivo intelligente che taglia i consumi, scopriamo quanto è cambiato l'alternatore sulle auto moderne

23 ottobre 2018 - 16:50

L'alternatore da semplice generatore di elettricità per la batteria si è evoluto sempre di più diventando uno dei dispositivi più sofisticati che sulle auto microibride si occupa anche dell'avviamento del motore. Cosa cambia tra un alternatore per auto tradizionali, per auto con Start/Stop e per le auto più moderne micro ibride? Dopo aver visto come funzionano le sospensioni ad aria e i turbocompressori, in questo approfondimento tecnico toccheremo varie tappe di questa evoluzione spiegando struttura e funzioni degli alternatori convenzionali, alternatori intelligenti per Eco Start-Stop e alternatori-starter. Da semplice macchina che genera energia elettrica a un dispositivo capace di fare risparmiare carburante e di arrestare e avviare un motore prima e dopo una sosta. Ma come è possibile?

COM' E' FATTO UN ALTERNATORE CONVENZIONALE Il primo dispositivo utilizzato nelle auto per la ricarica della batteria è stata la dinamo: la sua struttura era composta da una spira conduttrice, definita rotore, immersa all'interno di un campo magnetico generato da magneti che componevano lo statore. Quando la spira veniva fatta ruotare si generava una tensione che mediante un collettore con all'interno delle spazzole o carboncini, permetteva l'alimentazione con corrente continua degli utilizzatori dell'auto. Questo sistema andava bene per le vecchie auto che non avevano molti accessori elettrici perché nel traffico la dinamo riusciva a caricare la batteria con i pochi ampere che produceva. Un altro svantaggio della dinamo era la necessità di una regolare manutenzione perché le spazzole si consumavano e andavano sostituite, cosa che non accade oggi con gli alternatori. L'alternatore nelle recenti auto con motore endotermico è un generatore  elettromeccanico che funziona come la dinamo; sfrutta il principio dell'induzione elettromagnetica o legge di Faraday. È più affidabile di una dinamo e ha una capacità di adattamento maggiore, ovvero può essere usato facilmente in mezzi di qualsiasi potenza e con qualsiasi allestimento. Il suo nome deriva dal fatto che l'alternatore produce corrente alternata che viene poi resa continua mediante un “ponte a diodi” e inviata alla batteria mediante un regolatore di corrente. Queste sono le differenze e i vantaggi di cui vanta l'alternatore rispetto alla dinamo.  Se prendiamo in esame la vettura più venduta in Italia, la Fiat Panda che ha un alternatore in grado di produrre 55A, bisogna sapere che questo valore esce fuori da test effettuati dai produttori per determinare la potenza erogabile ad un numero di giri massimo prestabilito dallo stesso costruttore in funzione del motore con cui andrà accoppiato. Per assurdo potremmo quindi dire che l'alternatore della Fiat Panda potrebbe caricare in un'ora la sua batteria da 55Ah al massimo numero di giri, piuttosto impossibile se si avvia un'auto con i cavi di emergenza e si crede di ricaricarla guidando per qualche minuto in città.

ALTERNATORI INTELLIGENTI TUTTO QUELLO CHE C'E' DA SAPERE L'evoluzione degli alternatori tradizionali ha portato a quelli intelligenti accoppiati con i sistemi Start/Stop componenti che attraverso la rete logica delle auto e un cavo di comunicazione LIN sono capaci di assolvere diverse funzioni oltre alla semplice ricarica della batteria. Durante la marcia vengono rilevati da parte del sensore della batteria, posto solitamente nel polo negativo, i valori di tensione, temperatura e carica della batteria. Mediante questi indici, la centralina motore gestisce al meglio l'alternatore, avviando varie regolazioni come ad esempio la carica rapida. Nella “fase a freddo”, la batteria riesce ad accumulare una carica di tensione maggiore, pertanto in avviamento per un tempo che va da venti secondi a un'ora viene innalzata la tensione fino al raggiungimento dello stato di carica predefinito. Quando invece siamo fermi nel traffico la centralina motore innalzerà il numero dei giri del motore e quindi dell'alternatore in modo da fargli generare più energia in minor tempo, e renderla subito disponibile per la batteria. La batteria è da immaginare come il serbatoio dell'impianto elettrico dell'auto, più energia ha al suo interno più riesce a distribuirne lungo il sistema ed approvvigionare al meglio gli utilizzatori. E' possibile regolare l'alternatore in funzione della temperatura, recuperare energia durante la fase di rilascio del motore o innalzare il minimo del motore qualora la corrente di carica prodotta non fosse abbastanza per il funzionamento del sistema. Ma non solo, con un carico elevato del motore, ad esempio durante un sorpasso o con una guida con elevata coppia e numero di giri, l'alternatore viene “disinserito e reinserito” in funzione dei valori del sensore batteria, pedale acceleratore e altri componenti. Questo perché? L'alternatore è collegato alla puleggia dell'albero motore mediante una cinghia e viene “trascinato” ma l'energia che viene prodotta non è gratuita, il lavoro compiuto per generare corrente assorbe potenza al motore e quindi causa un aumento maggiore di carburante e una diminuzione di potenza. Con il sistema di alternatori intelligenti sopra descritti si riescono a diminuire i consumi e abbattere la produzione di CO2. Nel caso in cui la vettura fosse dotata della funzione Eco Start-Stop, l 'alternatore in determinate condizioni di marcia provvede contemporaneamente alla ricarica della batteria principale e quella supplementare utilizzata per la funzione stessa.

ALTERNATORE-STARTER, FACCIAMO CHIAREZZA Nel 2007 Daimler in collaborazione con Valeo ha introdotto sul mercato un nuovo tipo di alternatore, l'alternatore-starter, una nuova concezione dell'avviamento motore, il tutto racchiuso nell'acronimo MHD ovvero micro-hybrid. E' azionato a cinghia come i precedenti ma capace di spegnere l'auto agli stop, ai semafori etc, ed avviarla senza l'ausilio del motorino di avviamento in pochi millesimi di secondo senza l'ausilio di una seconda batteria supplementare. Mediante questa modalità di funzionamento era possibile abbattere i consumi dall'8 al 13%. L'alternatore starter dunque prendeva il posto del motorino di avviamento e contemporaneamente ricaricava la batteria di bordo, il tutto gestito da una centralina dedicata al sistema. Una tipologia evoluta di alternatore-starter, con una struttura e una funzione diversa, la ritroviamo nelle vetture con doppia rete di bordo ovvero 12-48V. In questi impianti la rete con voltaggio più alto e quella a 12V sono collegate tra loro mediante un convertitore corrente continua-corrente continua(CC/CC), gestito da una centralina. Nei veicoli con alternatore-starter un'elettronica di potenza ha il compito di determinare e gestire quanta energia viene prodotta dall'alternatore e accumulata nella batteria 48V. Mediante il convertitore CC/CC questa energia elettrica viene trasferita all'impianto 12V per il normale funzionamento degli utilizzatori. L'alternatore convenzionale viene soppresso ed il sistema a 48V alimenta la rete a 12V mettendo a disposizione la corrente necessaria all'avviamento del motore. Non solo, l'alternatore-starter riesce anche a supportare il motore endotermico in fase di accelerazione, funzione boost, generando così una potenza supplementare e riducendo i consumi di carburante.

GUASTI ALL'ALTERNATORE Come abbiamo scritto gli alternatori di nuova generazione sono privi di manutenzione. Ma una regolare manutenzione può prevenire inconvenienti poi costosi legati perlopiù alla puleggia collegata mediante la cinghia all'albero motore. Sia la puleggia che la cinghia vanno controllate alla scadenza prevista dal piano di manutenzione, ma riconoscendo i segnali che lancia prima si posson prevenire improvvise panne. Ad esempio se al mattino all'avviamento dell'auto notiamo un fischiettio/cinguettio provenire dalla parte anteriore dell'auto, potrebbero non essere le gomme che fischiano ma la cinghia dei servizi allentata o la puleggia degli organi rotativi trascinati dalla stessa ad essere danneggiati. Ugualmente se si accende sul quadro il simbolo in rosso della batteria vuol dire che abbiamo un problema al sistema di ricarica. Non perderti tante altre curiosità e consigli nei video di #SicurEDU sulla manutenzione auto.

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