Endotermico, elettrico e ibrido: come funzionano?

Tuti (o quasi) sappiamo almeno a grandi linee come funzionano un motore a combustione interna (o endotermico) e un motore elettrico.

Ma quanti sanno come funziona un veicolo ibrido?

Oggi voglio parlarvi del funzionamento dei vari motori, senza scendere troppo in profondità nei dettagli tecnici (se vi interessassero, chiedete e faremo degli approfondimenti).
E in parallelo vi spiegherò il significato delle sigle, talvolta misteriose al profano anche se in realtà banali, che trovate quando vi avvicinate a questi argomenti.
Non vi spiegherò invece, almeno non qui, vantaggi e svantaggi delle varie tipologie di motore.

Il motore a combustione interna (MCI o ICE in inglese, Internal Combustion Engine) sfrutta appunto la combustione di un gas o di un liguido per trasformare l'energia termica in energia meccanica. Grazie alla combustione i gas combusti si espandono e creano pressione mettendo in movimento dei pistoni o dispositivi simili, movimento poi trasmesso agli altri ingranaggi fino alle ruote. E il veicolo si muove.
Mentre il comburente è sempre l'ossigeno, i combustibili possono essere diversi. Dai classici benzina, gasolio o GPL fino a gas naturale, alcool e, sì, anche l'idrogeno.
Il motore a combustione di idrogeno (HICEV, Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle) sfrutta appunto la combustione dell'idrogeno. Quindi è sì un motore "pulito" (tra virgolette perché esistono sì motori più o meno puliti, ma non esistono motori completamente puliti) ma rientra nella classica categoria degli endotermici.
Piccola curiosità: la prima idea di un motore che sfruttasse la combustione dell'idrogeno risale al... 1806. Sì, 1806, non è un errore di battitura.

Nel motore elettrico si usa, ovviamente, l'energia elettrica e non più quella termica per produrre energia meccanica, che poi serve a far muovere i vari veicoli.
Detto in termini molto basilari, il motore elettrico è composto da un rotore e uno statore ed è alimentato in corrente continua o alternata. All'interno del motore viene generato un campo magnetico che fa muovere il rotore a cui possiamo collegare un albero motore e questo poi mette in movimento la trazione e le ruote come in un motore endotermico, ma senza bruciare nulla.
Tecnologicamente il problema dei motori elettrici non è il... motore.
I problemi che finora ne hanno impedito una diffusione maggiore sono dovuti alla sua alimentazione.
Se tutti i veicoli elettrici potessero essere alimentati direttamente dalla rete (come treni, tram, filobus, ecc.) il problema non ci sarebbe.
Tale alimentazione però è impossibile per la mobilità globale. Auto e camion non puoi alimentarli così, non puoi avere la rete su ogni più sperduta strada del globo. Infatti quando parliamo di mobilità elettrica parliamo di auto alimentate a batteria (BEV, Battery Electric Vehicle). E il freno alla mobilità elettrica sono infatti finora state le batterie, non i motori.
Infatti il primo prototipo di veicolo elettrico risale agli anni '30 dell'800. Musk non ha inventato un belino.

Ma, come detto, il funzionamento di motore endotermico e motore elettrico è bene o male noto alla maggioranza di noi, anche ai profani.
Ma possiamo dire lo stesso di un motore ibrido?

No.
E infatti dobbiamo fare subito una precisazione: il motore ibrido non esiste.
Esistono i veicoli ibridi, i quali si muovono grazie a una combinazione di motore elettrico e motore endotermico.

Di veicoli ibridi ne esistono di vari tipi e le sigle con cui questi tipi vengono definiti talvolta possono sembrare misteriore al profano.
La prima distinzione va fatta tra ibrido parallelo e ibrido serie.

L'ibrido parallelo si ha quando motore elettrico e motore endotermico possono funzionare insieme o separatamente, usando solo l'uno o solo l'altro.
Ovviamente il motore elettrico e quello endotermico presi in sé funzionano esattamente come descritto sopra.
Esistono sostanzialmente tre tipi di ibrido parallelo.
Il primo, il più basilare è il veicolo elettrico ibrido leggero (MHEV, Mild Hybrid Electric Vehicle). Questo tipo di ibrido ha batterie di piccole dimensioni ed è solitamente composto da un motore endotermico collegato a un generatore, che serve ad alleggerire il lavoro del motore termico fornendogli potenza aggiuntiva per brevi tratti. Qui il motore elettrico non può mai funzionare da solo.

Vi è poi il veicolo elettrico ibrido (HEV, (Full) Hybrid Electric Vehicle). Questa è la tecnologia più diffusa e collaudata di ibrido. Qui i pacchi batteria non sono grandi, ma comunque tali da garantire la possibilità di fare tratti discreti in modalità completamente elettrica. Le batterie si ricaricano in frenata (quindi annullando la necessità di carica esterna).
Il terzo tipo è il veicolo elettrico ibrido ricaricabile (PHEV, Plug-In Hybrid Electric Vehicle) è la forma più avanzata di ibrido parallelo, avendo batterie più grandi e in più ricaricabili. Questo permette autonomie maggiori anche in modalità solo elettrico, anche se non ai livelli dell'elettrico puro.

L'ibrido serie è molto meno diffuso. Si usa soprattutto nelle locomotive e in mezzi d'opera pesanti.
In pratica consiste in un motore termico che viene usato per alimentare un motore elettrico il quale poi si occupa della trazione.
C'è qui però un particolare tipo di ibrido molto interessante per la mobilità quotidiana: quello a celle di combustibile a idrogeno (FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle). Qui al posto del motore termico classico ci sono pile a combustibile che generano energia elettrica dalla combustione dell'idrogeno e poi questa energia avvia il motore elettrico che poi fa muovere il veicolo.

Esiste poi anche l'ibrido misto dove sono presenti sia un nodo meccanico (come nell'ibrido parallelo) che un nodo elettrico (come nell'ibrido serie). Il funzionamento, a seconda della funzionalità scelta può essere come nel primo o come nel secondo.
È al momento l'ibrido più diffuso.

Saluti,

Mauro.