Oerlikon Gyrobus

La propulsione a volano

Sistemi di propulsione alternativi: la propulsione a volano. Nelle nostre scorribande tra i sistemi di propulsione alternavi non abbiamo potuto fare a meno di imbatterci negli esperimenti mediante motori a volano o giroscopici, nei quali in il volano svolge il ruolo di accumulatore di energia meccanica per dare energia ad un generatore elettrico. Come gran parte dei sistemi alternativi anche questo è piuttosto controverso e non ha trovato reale applicazione in campo automobilistico mentre esperimenti, con risultati ritenuti interessanti, sono stati compiuti per la mobilità pubblica urbana.

Oerlikon Gyrobus

Oerlikon Gyrobus

Prima di addentrarci in più approfondite descrizioni tecniche possiamo sintetizzare il concetto con l’esempio rappresentato dalle automobiline-giocattolo che chi ha in casa dei bambini avrà visto inserite nelle merendine: possono avere svariati sistemi di propulsione ma uno di questi è rappresentato da un piccolo volano che accumula l’energia impressa con la mano e la scarica facendo girare le ruote. Un’applicazione in scala molto più grande, quella che ci ha indotto ad affrontare questo tema nella variegata ed interminabile serie di invenzioni che hanno tentato e tentano di scalzare dalla sua posizione l’universale motore a scoppio, ci si è presentata riordinando il nostro archivio, quando abbiamo ritrovato, nella cartelletta “Autobus & People Movers”, un comunicato-stampa della Lockheed Missiles & Space Company, una sussidiaria di quella che allora si chiamava Lockheed Aircraft Corp. (oggi Lockheed-Martin), nel quale si annunciava che due filobus della San Francisco Municipal Railway sarebbe stati modificati mediante un sistema di propulsione a volano (flywheel), sviluppato, appunto, da questa ditta con sede a Sunnyvale (California) nel quadro di uno studio della durata di 30 mesi finanziato con un contratto da 910.000 dollari assegnato dall’Urban Mass Transportation Administration del dipartimento dei trasporti.

Oerlikon Gyrobus

Oerlikon Gyrobus

Eravamo nel 1974 e in quel periodo la California aveva iniziato a prendere particolarmente a cuore lo studio di soluzioni di mobilità a basso impatto ambientale. Secondo quanto recitava il comunicato: “Le nuove unità propulsive permetteranno ai filobus di viaggiare per quasi 10 km ‘off wire’ (senza collegarsi alla rete dell’alimentazione elettrica) consentendo loro di superare incidenti stradali o ostacoli sulla carreggiata ed ampliare i percorsi abituali. Per il periodo della dimostrazione i filobus riceveranno l’alimentazione dalla convenzionale rete di cavi elettrici sospesi ma i futuri autobus potranno essere progettati per trarre l’energia da stazioni di carico simili a lampioni a stelo, consentendo di abolire gli antiestetci trolleys”.

I GYROBUS: L’idea, in fondo, non era una novità, poiché era stata brevettata nel 1946 da Bjarne Storsand, ingegnere capo della svizzera MFO (Maschinenfabrik Oerlikon) che aveva costruito degli autobus (più simili a dei filobus) nei quali tre trolleys captavano l’energia elettrica da dei punti di presa, situati alla partenza e al capolinea o lungo il percorso. Con quest’energia dei condensatori eccitavano un volano che, funzionando come un generatore, a sua volta, alimentava il motore elettrico di trazione; anche i freni erano elettrici e l’energia accumulata durante la frenata veniva anch’essa riciclata attraverso il volano. Il prototipo, costruito sul telaio di un autocarro FBW del 1932, con carrozzeria CWA (Carrosserie-Werke Aarburg) fu sperimentato su brevi percorsi attorno a Zurigo, in genere di 6 km, fino ad un massimo di 10. Due Gyrobus furono acquistati da una compagnia di Yverdon che li mise in servizio nel 1953, richiedendo l’anno dopo anche il prototipo. 12 bus furono ordinati dalla compagnia dei trasporti pubblici di Léopoldville (Congo Belga).

Oerlikon Gyrobus

Oerlikon Gyrobus

Un terzo operatore ebbe tre esemplari di una versione evoluta che fu messa in servizio sulla linea Gent-Merebeke, in Belgio. Questi veicoli registrarono una considerevole usura e nel 1959-1960 furono tutti ritirati dal servizio. Il problema principale del sistema era che, a fronte di un peso di oltre una tonnellata e mezza del volano, offriva prestazioni modeste (35 passeggeri fino a 57 km/h); i più grandi veicoli per il Congo potevano trasportare 90 passeggeri ma il consumo di 3,4 kWh/km li rendeva non competitivi nei confronti dei normali autobus diesel. Come abbiamo visto dalla nostra citazione iniziale, le ricerche su questo tema non si sono arrestate, con particolare attenzione al trasporto pubblico, e nel 1970 c’è stato un progetto General Electric, sempre vedendo il “flywheel bus” come alternativa al filobus o al tram; del successivo progetto Lockheed non abbiamo più trovato traccia.

LA CHRYSLER PATRIOT: Ciò che più ci interessa, però, è che già negli anni immediatamente successivi la Volvo affrontò questa tematica per la trazione delle automobili. Nel 1979, infatti, una 260 con motore V6 da 2,7 litri fu modificata mediante l’installazione di un volano d’acciaio del diametro di 0,59 m e del peso di 128 kg; non è facile trovare documentazione su quella valutazione ma sappiamo che il volano ruotava a 14.000 giri/min, e produceva 30 kW; la trasmissione era dotata di cambio automatico CVT a variazione continua. È facile ritenere che la scarsa eco attorno al progetto fosse determinata da risultati non particolarmente suggestivi.

Chrysler Patriot

Chrysler Patriot

Una grossa delusione nei riguardi del volano colpì la Chrysler, reduce della poco capita esperienza della turbina automobilistica. Nel 1993 la divisione Vehicle Engineering, diretta da Francois J. Castaing, volle sperimentare l’unione della turbina a gas con il volano e incaricò della progettazione di un prototipo l’inglese Ian Sharp (che collaborava con l’azienda dal 1992 ed aveva esperienze di auto da corsa). L’idea era presentare una concept al Detroit Auto Show del 1994 e completare un prototipo marciante in tempo per partecipare alla 24 ore di Le Mans del 1995. Nacque così il progetto Chrysler Patriot, dal quale ci si attendeva un sistema di propulsione ibrido da almeno 500 HP per ottenere spunti di velocità fino a 320 km/h.

Chrysler Patriot

Chrysler Patriot

L’idea prevedeva una turbina Williams WTS117 da 125 HP che nel corso dello sviluppo fu sostituita con una Allied Signal (originariamente Garrett AiResearch) alimentata a gas liquefatto, del peso di 84 kg. Questa turbina incorporava un generatore che alimentava un motore elettrico trifase a 525 V definito “di costruzione Westinghouse, del tipo montato sui sottomarini nucleari classe Seawolf per l’impiego quale motore ausiliario”, con potenza di 375 kW (503 HP); questa descrizione contrasta con quella che indicava la presenza di due differenti motori, uno per ogni coppia di ruote, visto che la trazione era 4×4; la propulsione elettrica contribuiva al peso del veicolo con 65 kg. Gli spunti di accelerazione erano ottenuti grazie ad un volano Satcon Technology in fibra di carbonio del peso di 520 kg caricato dalla potenza in eccesso del motore turboelettrico e dalla frenata rigenerativa (regenerative braking).

Chrysler Patriot

Chrysler Patriot

Il volano, a detta del costruttore, avrebbe portato un incremento di autonomia del 30%. Telaistica e carrozzeria, infine, erano stati affidati all’inglese Reynard, specializzato nelle auto da corsa. Dopo il lancio iniziale, della Patriot non si parlò più. Sembra che il “prototipo” presentato fosse in realtà solo un simulacro che, nei filmati nei quali appariva in movimento, era trainato da un pick-up. Il problema principale era legato proprio al volano, con problemi di contenimento del danno in caso di esplosione. Si diffuse la voce (che non ci è stato possibile verificare) che durante le prove al banco ci fossero stati almeno due cedimenti catastrofici con feriti o addirittura morti tra il personale e nel 1996, quando lo sviluppo era al 50% del percorso, Castaing decretò la fine del progetto.

Optare 1103Dp

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LA ROSEN MOTORS: Lo stesso principio fu alla base del più o meno contemporaneo progetto da parte di due personaggi “al di sopra di ogni sospetto”. Harold A. Rosen (ricordato per essere stato l’inventore del satellite artificiale geostazionario nel 1963, quando lavorava per la Hughes) e suo fratello Benjamin, presidente della Compaq, produttrice di computer, nel 1993 iniziarono lo sviluppo che culminò: nella presentazione alla stampa della loro auto. Si trattava di una Saturn (GM) coupé del 1993 cui erano stati asportati motore e trasmissione, sostituiti da una turbina Capstone da 60 HP e da un volano da 150 kW (201 HP). La dimostrazione alla stampa sul deserto di Mojave fu un fallimento, in quanto l’auto non funzionava, e i Rosen non riuscirono ad ottenere l’interessamento sperato da parte di alcun costruttore maggiore; nel novembre 1997, dopo aver investito nel progetto 24 milioni di dollari, la Rosen Motors chiuse i battenti.

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IL RITORNO DELLA VOLVO: Lo sviluppo più recente basato sul concetto di accumulatore meccanico a volano sembrerebbe nascere su basi meno ambiziose ma più solide. A scendere in campo è nuovamente la Volvo, questa volta di concerto con Flybrid Automotive (del Torotrak Group) che ha messo a disposizione il suo sistema KERS (Kinetic Energy Recovery System).

Volvo S60 M-Kers

Volvo S60 M-Kers

L’obiettivo, sperimentato su una berlina S60 T5 con motore cinque cilindri a benzina da 2,4 litri e 260 HP, è un’applicazione della frenata rigenerativa, con il KERS che rivoluziona la tecnologia dei volani in quanto monta una ruota in fibra di carbonio in un dispositivo dal peso di soli 6 kg con rotazione di 60.000 giri/min e capacità di 0,54 MJ. Quando l’auto accelera nuovamente dopo la frenata, l’energia accumulata dal KERS è trasferita, mediante la trasmissione Torotrak a variazione continua alle ruote posteriori, con il risultato di ridurre la richiesta di potenza al motore convenzionale (a vantaggio del consumo) o fornire uno spunto di accelerazione.

Volvo S60 M-Kers

Volvo S60 M-Kers

Quando l’intero complesso propulsivo funziona al massimo regime, la S60 M-KERS dispone di 320 HP e guadagna 1,5 sec nell’accelerazione da 0 a 100 km/h (che da 6,1 si riduce a soli 4,6 sec). Il punto di forza del sistema sta nel fatto che il volano ed il suo carter corazzato pesano solo 6 kg ed hanno un diametro massimo di 20 cm. Non rimane che concludere con il consueto “Se son rose…”.

Volvo S60 M-Kers

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