Condividi su

Articoli - Archivio

17/12/2013
SE TRE NON SONO POCHI ANCHE DUE VANNO BENE

 

Dal motore alle ruote


Praticamente tutti i costruttori hanno immesso sul mercato motori piccoli, sovralimentati e con pochi cilindri: vediamoli più da vicino



Nicodemo Angì

Come conciliare automobili più accessoriate e tendenzialmente più grandi e pesanti con consumi e emissioni in costante diminuzione (per esigenze di mercato e normative)?


Le strade da percorrere per conciliare quello che apparentemente è inconciliabile sono diverse e vengono percorse spesso contemporaneamente: i modelli più recenti sono a volte più piccoli dei precedenti della stessa categoria, il ricorso a materiali più leggeri (acciai altoresistenziali, leghe di alluminio, materiali compositi) è in continuo aumento e molto si sta facendo anche sul versante delle motorizzazioni.


Il downsizing, per esempio, è una tendenza ormai consolidata e trasversale in tutti i segmenti del mercato.


Anche se il nome dice già molto vogliamo essere chiari: la parola composta potrebbe essere tradotta con il vocabolo “ridimensionamento” e indica, in questa accezione motoristica, il ricorso a motori più piccoli e ottimizzati anche nel numero dei cilindri.


Sono infatti in commercio ormai da qualche tempo motori non-quadricilindrici con cubature intorno al litro: gli estremi possono essere individuati nel bicilindrico Fiat Twinair da 875 cc e nel tre cilindri PSA da 1.199 cc (disponibile anche in versione da 999 cc e anche con il turbo). Le cubature intermedie sono presidiate dai gruppi Renault, Ford, Toyota e motori downsized sono già presenti – o sono stati annunciati - anche da marchi prestigiosi.


Ma come fa un motore da circa 1 litro a energizzare una monovolume da circa 13 quintali (tanto per non fare nomi: il Ford Ecoboost da 999 cc e la C-Max)?


Il segreto dei piccoli downsized è la sovralimentazione: anche se alcuni di essi sono disponibili in versione aspirata la maggior parte delle proposte è dotata di turbocompressore, che permette di ottenere potenze nell’ordine dei 100 - 120 CV.

 



Salto di potenza


Un bel risultato senza dubbio, considerando che i 1.000 a quattro cilindri di qualche decennio fa erogavano 50 – 60 CV con meccaniche che oggi appaiono semplici, quasi primitive.


Ma quali sono le motivazioni tecniche che spingono alla diminuzione della cilindrata e dei cilindri?Il downsizing ha diversi vantaggi teorici e pratici: basta pensare alla compattezza e leggerezza dei gruppi e alla economicità della gestione (ad esempio dell’assicurazione).


Le motivazioni progettuali sono più sofisticate e implicano criteri termodinamici, meccanici e geometrici.


Pensiamo all’albero motore: quello di un tre cilindri avrà meno supporti di banco e, essendo più corto, tenderà a flettersi di meno e quindi a generare ancor meno attriti dato che i supporti lavoreranno meglio.


La riduzione dell’attrito “interno” si estende anche alla distribuzione: alberi a camme più corti (e quindi ancora una volta un numero minore di supporti), 12 valvole (o addirittura 8) invece di 16 e una parallela diminuzione nel numero di camme, bicchierini, bilancieri e così via.Più sottile è invece il discorso termodinamico, dato che il rendimento da questo punto di vista è il frutto di un compromesso fra parametri spesso in conflitto fra loro.


A parità di cilindrata, per esempio, avere un alesaggio più grande consente di ospitare agevolmente 4 valvole, soluzione che consente una migliore “respirazione” del motore. Un cilindro molto largo, però, può rendere la combustione meno efficiente dato che il tempo di propagazione del fronte di fiamma potrebbe aumentare eccessivamente.

 



Ottimizzare, che fatica!


È comunque possibile descrivere i criteri ai quali si deve ispirare una camera di combustione per ottimizzare i vari aspetti della sua efficienza termodinamica.


Le perdite di calore (stiamo parlando di quelle che avvengono ciclo per ciclo, è chiaro come nel lungo termine il calore vada tassativamente asportato) devono essere ridotte per massimizzare lo sfruttamento dell’energia contenuta nei gas caldi. Dato che queste perdite sono proporzionali alla superficie di scambio, sono avvantaggiate le camere di combustione compatte e con un basso rapporto tra superficie e volume. L’ottemperare a questo criterio, tra l’altro, aumenta la turbolenza della miscela aria-combustibile, favorendo la velocità della combustione, e diminuisce anche la propensione alla detonazione, cosa molto gradita nei motori sovralimentati.


Dal punto di vista teorico il suddividere una data cubatura fra più cilindri aumenta la potenza massima, dato che la superficie totale dei pistoni è più ampia e quindi la “spinta” dei gas caldi può essere raccolta meglio.


Aumentare il frazionamento, però, aumenta la complessità costruttiva, espande le superfici dalle quali si perde calore e diminuisce i diametri dei condotti di aspirazione e scarico, con conseguente aumento delle perdite dovute all’attrito incontrato dai gas durante il passaggio nei condotti stessi.


Studi teorici e prove pratiche hanno comunque portato a definire, per i motori d’impiego non agonistico, una cilindrata unitaria che riesce a soddisfare abbastanza bene queste esigenze contrastanti.

 



Essere economici “dentro”


Nei motori a benzina tale cilindrata è compresa in un range i cui limiti sono 300 e 450 cc circa e in effetti i piccoli motori dei quali stiamo parlando hanno cilindrate unitarie comprese entro questi valori.


Questi propulsori, dotati o meno di turbo, cercano l’ottimizzazione attingendo a piene mani dalla più moderna tecnica motoristica e elettronica.


Il Ford Ecoboost, per esempio, ha l’alimentazione a iniezione diretta (pressione 150 Bar, molto più alta rispetto all’iniezione tradizionale) e la distribuzione - a fasatura variabile sia per l’aspirazione sia per lo scarico - è azionata da una cinghia dentata molto longeva che lavora a contatto con l’olio.


Uno studio molto accurato degli organi in moto alterno ha permesso di evitare il ricorso al controalbero di equilibratura, presente invece nei gruppi Peugeot e Fiat. Il motore francese ha un leggero basamento in alluminio, il doppio variatore di fase e un circuito di raffreddamento separato per la testata e il monoblocco, in modo da accelerare al massimo l’entrata in temperatura. Il 1.200 tre cilindri turbo avrà l’iniezione diretta della benzina e sarà declinato nelle due versioni da 110 e 130 CV la cui coppia massima vale 205 e 230 Nm rispettivamente.


Il Twinair Fiat, oltre all’albero ausiliario di equilibratura, adotta l’innovativa distribuzione Multiair che permette di variare, individualmente per ogni cilindro e per ogni fase di aspirazione (la fasatura delle valvole di scarico è invece fissa), fase e alzata delle valvole.


Questo controllo praticamente totale (permette persino di fare a meno della farfalla) viene ottenuto azionando le valvole con pistoncini idraulici invece che tramite le classiche camme.


Il Renault TCe ha il turbo, una cilindrata di soli 899 cc e il variatore di fase solo per le valvole di aspirazione; la distribuzione è azionata da una speciale catena rivestita di Teflon per limitare la rumorosità mentre l’iniezione è indiretta.


Il motore Toyota di 998 cc è molto leggero - 69 kg – ed è un “corsa lunga” (84 mm contro i 71 mm dell’alesaggio); la distribuzione ha un comando a catena e variatore di fase per la sola aspirazione.


A questi piccoli ma prestanti motori si è aggiunto da poco il SIDI Opel, un tre cilindri da 1 litro che eroga, grazie all’iniezione diretta e al turbo raffreddato ad acqua, 115 CV e 166 Nm di coppia. La coppa dell’olio integra un controalbero per abbattere le vibrazioni e tutta l’unità è stata ottimizzata per avere la rotondità e la silenziosità di motori ben più grandi e costosi.

torna all'archivio