Mercedes S 400 BlueHYBRID

Nell'estate del 2009, Mercedes-Benz presenterà sul mercato la sua prima autovettura dotata di trazione ibrida: la S 400 BlueHYBRID. La combinazione di motore a benzina V6 perfezionato e modulo ibrido compatto fa della S 400 BlueHYBRID la berlina di lusso a benzina con i minori consumi al mondo. Il consumo nel ciclo di marcia europeo combinato risulta di appena 7,9 litri ogni 100 chilometri. Le emissioni di CO2, pari a soli 190 grammi per chilometro, sono le più basse al mondo per questa categoria di vetture e di potenza. A fronte di questi valori esemplari, le prestazioni sono davvero straordinarie: il motore a benzina da 3,5 litri eroga una potenza di 205 kW/279 CV, mentre il motore elettrico 20 CV e una coppia di spunto di 160 Nm.
La potenza combinata è di 299 CV e la coppia massima combinata 385 Nm. Inoltre, la nuova S 400 BlueHYBRID è il primo modello di serie dotato di una batteria a ioni di litio particolarmente efficiente, progettata specificatamente per essere impiegata in campo automobilistico. Mercedes-Benz svolge così un ruolo di pioniere verso l'elettrificazione dell'automobile.

La nuova S 400 BlueHYBRID Mercedes-Benz è basata sulla S 350 e dispone di una catena cinematica ampiamente modificata. La dotazione comprende il motore a benzina V6 da 3,5 litri ulteriormente perfezionato, il motore elettrico a magnete permanente addizionale, il cambio automatico a sette rapporti 7G-TRONIC configurato per l'alloggiamento del modulo ibrido, la necessaria elettronica di potenza e di comando, il trasformatore e una batteria ad alta tensione a ioni di litio.

Il compatto modulo ibrido è costituito da un motore elettrico a disco che svolge anche la funzione di motorino di avviamento e di alternatore. Il sistema offre un doppio vantaggio: da una parte riduce il consumo di carburante, dall'altra aumenta il piacere di guida. Ciò avviene, tra l'altro, per il cosiddetto effetto boost, mediante il quale il motore elettrico imprime un'energica spinta al motore a combustione nella fase di accelerazione di maggiore consumo, mettendo a disposizione una coppia massima di 160 Nm. L'interazione dei due gruppi si manifesta con un andamento della coppia ancora più sorprendente e una straordinaria erogazione della potenza ad ogni partenza ed accelerazione.

 

Il modulo ibrido dispone anche di una comoda funzione Start/Stop che spegne il motore quando la vettura si ferma, ad esempio nelle soste ai semafori. Al proseguimento della marcia, il motore elettrico attiva il propulsore principale in modo quasi impercettibile, contribuendo anche in questo modo al contenimento dei consumi e alla tutela dell'ambiente. Infatti, con l'immediato avviamento del motore alla prima accensione, le emissioni risultano ridotte al minimo anche in questa fase.
Nella decelerazione della vettura, il motore elettrico funge da alternatore e recupera l'energia prodotta in frenata. Il motore elettrico rafforza con interventi mirati il freno motore del propulsore a combustione e i freni tradizionali delle ruote, in fasi che si susseguono senza soluzione di continuità. L'energia recuperata viene accumulata in una batteria a ioni di litio, potente ma compatta ed alloggiata nel vano motore, e può essere richiamata in caso di necessità. La gestione di questo complesso sistema è affidata ad una centralina ad alte prestazioni, anch'essa montata in prossimità del motore.
Una pietra miliare sulla strada verso l'elettrificazione
Il cuore della trazione ibrida modulare, di dimensioni particolarmente compatte e altamente efficiente, è costituito dalla nuova batteria ad alta tensione a ioni di litio, progettata specificatamente per essere impiegata sugli autoveicoli. Mercedes-Benz è la prima Casa automobilistica al mondo ad adottarla in una vettura di serie. La Casa di Stoccarda fornisce pertanto un contributo determinante al processo di elettrificazione dell'automobile, in cui ancora una volta la Classe S svolge il ruolo di trendsetter tecnologico.
I vantaggi fondamentali rispetto alle tradizionali batterie al nichel-idruri metallici sono la maggiore densità di energia e il migliore rendimento elettrico, a fronte di dimensioni più compatte e di un peso ridotto. Il minore ingombro nel vano motore, al posto della consueta batteria del motorino di avviamento, consente di mantenere invariate le generose dimensioni dell'abitacolo e il volume del bagagliaio. La batteria a ioni di litio funge non solo da accumulatore di energia per il motore elettrico. Tramite il trasformatore di tensione è collegata anche alla rete di bordo da 12 V che alimenta le utenze standard, come i fari e le dotazioni per il comfort. Il sistema batteria di nuova progettazione comprende il blocco cella con le celle a ioni di litio e la relativa unità di monitoraggio, la gestione della batteria, il robusto corpo di alloggiamento, il gel di raffreddamento, la piastra di raffreddamento, il raccordo del liquido di raffreddamento e il connettore per l'alta tensione.

 

Il migliore rendimento termico del motore riduce i consumi
Il motore a benzina V6 da 3,5 litri con comando valvole adattivo è stato completamente rielaborato e ottimizzato. I progettisti hanno in parte sfruttato i vantaggi del cosiddetto principio di Atkinson che prevede un allungamento della fase di espansione rispetto alla fase di compressione. Mantenendo la valvola di aspirazione aperta più a lungo tra l'aspirazione e la compressione, il rendimento termico del motore aumenta e al tempo stesso il consumo specifico di carburante e le emissioni grezze diminuiscono. Una nuova testata, altri pistoni, nonché un albero a camme modificato con diverso comando degli alberi a camme aumentano la potenza di 5 kW/7 CV portandola a 205 kW/279 CV, con una contemporanea riduzione del consumo di carburante.

Un ulteriore miglioramento del rendimento, in particolare nei lunghi viaggi o in autostrada, si è raggiunto sulla S 400 BlueHYBRID spostando intelligentemente il cosiddetto punto di esercizio del motore a combustione in direzione di un minore consumo specifico. L'elevata coppia di spunto dovuta all'e-boost trasmette al conducente una straordinaria sensazione di accelerazione, mentre i consumi e le emissioni si riducono.

Il motore elettrico aumenta l'efficienza
Il compatto motore elettrico a forma di disco, montato con minimo ingombro nella scatola del convertitore tra il motore e il cambio automatico 7G-TRONIC a 7 rapporti, incrementa ulteriormente l'efficienza. Si tratta di un motore elettrico a magnete permanente a corrente alternata trifase, utilizzato come un rotore esterno, che con una tensione di esercizio di 120 Volt eroga una potenza massima di 20 CV e una coppia di spunto di 160 Nm. L'elemento compatto (starter/alternatore) svolge inoltre le funzioni dei tradizionali gruppi ausiliari, ovvero il motorino d'avviamento e l'alternatore.

La sofisticata interazione con il motore a combustione consente numerose funzioni supplementari che influiscono positivamente e in pari misura sul consumo di carburante, sulle emissioni e sull'agilità della S 400 BlueHYBRID. Inoltre, il gruppo a forma di disco assorbe efficacemente le vibrazioni torsionali nella catena cinematica con un ulteriore smorzamento dei rumori e delle vibrazioni. Ne risulta un maggiore comfort di marcia per il conducente e i passeggeri.

L'effetto "boost" aumenta il piacere di guida
Nel complesso, il sistema offre numerosi vantaggi: da una parte diminuisce il consumo di carburante e dall'altra aumenta il piacere di guida con l'aiuto del cosiddetto effetto "boost", mediante il quale il motore elettrico, fin dai primi giri, imprime un'energica spinta al motore a combustione nella fase di accelerazione di maggiore consumo, mettendo a disposizione una coppia massima di 160 Nm. La trazione ibrida della S 400 BlueHYBRID presenta quindi già dai regimi inferiori una coppia straordinariamente elevata, come appare evidente dall'andamento della curva di coppia. La coppia addizionale del modulo ibrido ha un effetto positivo anche nella successiva fase di accelerazione. L'interazione dei due gruppi in tutte le situazioni di marcia si traduce in una capacità di reazione immediata del veicolo e in una straordinaria erogazione della potenza, senza aumento dei consumi.

 

La S 400 BlueHYBRID accelera in 7,2 secondi da 0 a 100 km/h e raggiunge una velocità di punta di 250 km/h (limitata elettronicamente). Il consumo della S 400 BlueHYBRID nel ciclo combinato è inferiore di 2,2 litri per 100 chilometri rispetto al consumo già di per sé contenuto della S 350 con motore convenzionale. Le emissioni di CO2 sono inferiori del 21%.

La funzione Start/Stop ottimizza il risparmio di carburante già in fase di rilascio
Il modulo ibrido è dotato di una funzione Start/Stop estremamente confortevole ed efficiente che spegne il motore già quando la vettura rallenta al disotto di 15 km/h, per esempio prima di fermarsi al semaforo. Alla ripresa della marcia, il motore elettrico avvia il motore principale in modo istantaneo e pressoché impercettibile, non appena il conducente toglie il piede dal pedale del freno o abbassa il pedale dell'acceleratore. Anche questo contribuisce al risparmio di carburante e alla tutela dell'ambiente, riducendo le emissioni anche nella fase di avviamento, dal momento che il motore riparte praticamente subito. Anche le vibrazioni della vettura, inevitabili con un motorino di avviamento tradizionale, risultano ridotte al minimo.

Il comfort di sterzata e di climatizzazione restano invariati, poiché sia la pompa del servosterzo, sia il compressore del climatizzatore sono a comando elettrico. Entrambi i sistemi lavorano pertanto anche a vettura ferma e con il motore a combustione spento. La logica di comando intelligente riconosce se il conducente sta sterzando oppure è in fase di parcheggio. In questo caso la funzione Start/Stop viene temporaneamente disattivata, in modo da poter portare a termine agevolmente la manovra.

Ogni frenata genera energia elettrica per la batteria
Durante la decelerazione della vettura, il motore elettrico funziona da alternatore e mediante il cosiddetto recupero converte in energia elettrica l'energia cinetica prodotta nella fase di rilascio e nella frenata. Questa energia viene accumulata nella potente e compatta batteria a ioni di litio ed è immediatamente disponibile quando serve.

Il motore elettrico coadiuva il freno motore del propulsore a combustione in due fasi che si susseguono senza soluzione di continuità. Al primo stadio, nella fase di rilascio senza azionamento del pedale del freno, il motore elettrico funziona come un alternatore e inizia il processo di recupero. Il secondo stadio subentra non appena il guidatore aziona leggermente il freno: la potenza dell'alternatore aumenta proporzionalmente e viene percepita dal guidatore come una maggiore decelerazione. Solo con una forte pressione sul pedale si attivano anche i freni delle ruote per il recupero. In questo modo viene generata una maggiore energia elettrica, mentre il sistema frenante idraulico è soggetto a minori sollecitazioni. Per sfruttare in modo ottimale questo doppio effetto, gli ingegneri Mercedes-Benz hanno progettato per la S 400 BlueHYBRID anche un nuovo impianto frenante con un nuovo modulo del pedale del freno.

 

Posizionamento intelligente dell'elettronica di potenza
Per poter azionare il motore elettrico a corrente alternata trifase nella rete ad alta tensione da 120 Volt, è necessaria un'elettronica di potenza speciale. Il raddrizzatore è alloggiato nel punto in cui era posizionato, precedentemente, il motorino di avviamento. Poiché l'elettronica di potenza per le correnti elettriche generate si riscalda fino a 150 Ampere, il sistema dispone di un circuito di raffreddamento addizionale separato a bassa temperatura.

Nel passaruota anteriore destro, gli ingegneri Mercedes-Benz hanno alloggiato un convertitore che consente lo scambio di energia tra la rete ad alta tensione da 120 V e la rete di bordo a 12 V e che inoltre, nel caso di una perdita di tensione della batteria standard, permette anche l'avviamento di emergenza tramite cavo ausiliario. Per garantire un rendimento elettrico costantemente elevato, anche il convertitore viene raffreddato mediante un circuito a bassa temperatura. La batteria agli acidi di piombo da 12 Volt è alloggiata nel bagagliaio e, oltre alle utenze standard, fornisce corrente anche al sistema di monitoraggio dei componenti ad alta tensione. Grazie all'interazione con la batteria a ioni di litio, questo componente risulta notevolmente più piccolo e leggero.

Collaudato cambio automatico con nuova armonizzazione degli innesti
I progettisti Mercedes-Benz hanno adattato al sistema ibrido anche l'affermato cambio automatico 7G-TRONIC riprogrammando il software per il comando del cambio. Una pompa olio supplementare di nuova progettazione assicura l'affidabile lubrificazione del cambio anche nelle fasi di disattivazione del motore a combustione.

La gestione del complesso sistema è affidata ad una centralina del motore ad alte prestazioni, modificata per consentire numerose funzioni e distinguere tra le diverse condizioni di impiego, come marcia urbana, percorsi extraurbani, percorsi in autostrada o manovre di parcheggio.

Lo stato della trazione ibrida viene visualizzato nella strumentazione
Il conducente può seguire anche visivamente lo stato della trazione ibrida. Con una funzione di visualizzazione separata, la strumentazione fornisce informazioni sul flusso di energia nella fase di boost e di recupero, nonché sullo stato di carica della batteria.


Concetto di sicurezza articolato in 7 stadi in aggiunta agli standard Mercedes-Benz
Come è tradizione per Mercedes-Benz, i progettisti hanno dedicato una particolare attenzione all'aspetto della sicurezza. Tra l'altro nella vettura di serie sono confluite le lunghe esperienze raccolte con la tecnica delle pile a combustibile del Settore Ricerca Daimler. La sfida consisteva non solo nel rispettare tutte le normative di legge mondiali e interne sui crash-test, ma anche nel garantire la massima sicurezza dei componenti elettrici, degli addetti al servizio assistenza e di coloro che soccorrono i passeggeri di un veicolo incidentato.

Come da tradizione Mercedes, i tecnici tedeschi hanno posto particolare attenzione anche alla sicurezza: la tecnologia ibrida della S 400 BlueHYBRID è dotata di un sistema di sicurezza che si articola in 7 stadi in grado di scongiurare qualsiasi imprevisto.