Trasmissioni ibride nell’automobile con approfondimento del sistema e-POWER Nissan

Abstract

Il presente lavoro di tesi analizza l'evoluzione e le peculiarità ingegneristiche delle differenti architetture di propulsione ibrida nel settore automobilistico, contestualizzandole all'interno dei quadri normativi per il contenimento delle emissioni inquinanti e dei gas climalteranti (protocolli WLTP, Euro 7, e standard EPA/CARB). La ricerca approfondisce in particolare la configurazione ibrida in serie, assumendo il sistema Nissan e-POWER come caso di studio tecnico per esaminare la gestione del flusso energetico. Vengono analizzati i dispositivi termomeccanici a supporto, tra cui l'impiego del sistema a rapporto di compressione variabile (VC-Turbo) e l'ottimizzazione della fluidodinamica di camera (tecnologia STARC). L'analisi comparativa comprende il confronto strumentale di vetture realizzate su medesima piattaforma (Nissan X-Trail) e la valutazione di rilievi su strada condotti da enti indipendenti su segmento C (confronto tra ibrido in serie, Power-Split e sistemi multimodali). Dalla trattazione emergono le prestazioni relative dei vari sistemi: se l'ibrido in serie evidenzia sensibili riduzioni dei consumi nei cicli caratterizzati da continui transitori (urbano ed extraurbano), evidenzia altresì le perdite legate alla doppia conversione energetica nei regimi autostradali ad alta velocità costante. Infine, il lavoro estende l'analisi alla dimensione sistemica e al ciclo di vita (LCA). Vengono valutati i requisiti in termini di materie prime critiche e la rispondenza delle diverse soluzioni all'invarianza delle infrastrutture di ricarica, definendo il ruolo oggettivo di queste architetture nel panorama della transizione energetica.

This thesis analyzes the evolution and engineering characteristics of different hybrid powertrain architectures in the automotive sector, contextualizing them within the regulatory frameworks aimed at limiting pollutant emissions and greenhouse gases (WLTP protocols, Euro 7, and EPA/CARB standards). The research focuses specifically on the series hybrid configuration, using the Nissan e-POWER system as a technical case study to examine energy flow management. The supporting thermomechanical devices are analyzed, including the use of the Variable Compression Ratio system (VC-Turbo) and the optimization of combustion chamber fluid dynamics (STARC technology). The comparative analysis includes an instrumental comparison of vehicles built on the same platform (Nissan X-Trail) and an evaluation of road tests conducted by independent organizations on C-segment vehicles (comparing series hybrid, Power-Split, and multimodal systems). The discussion highlights the relative performance of the various systems: while the series hybrid demonstrates significant fuel consumption reductions in driving cycles characterized by continuous transients (urban and extra-urban), it also reveals losses related to double energy conversion during constant high-speed highway driving. Finally, the work extends the analysis to a systemic dimension and Life Cycle Assessment (LCA). Requirements regarding critical raw materials and the alignment of these solutions with current charging infrastructure are evaluated, defining the objective role of these architectures in the landscape of the energy transition.