Downsizing o Rightsizing: Dilemma Automotive! Differenze progettuali e Soluzioni offerte
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Quella che stiamo vivendo può considerarsi una vera e propria era di mezzo: andando dall’affermazione dell’ibrido/elettrico nel mondo dei veicoli, alle continue e stringenti normative in merito alla riduzione dei consumi e delle emissioni da parte dei veicoli a combustione interna. Downsizing e Rightsizing sono le due filosofie di progettazione dei motori: Sotto-dimensionati e corretto-dimensionati. Le strategie adottate per la risoluzione del problema inquinante sono svariate. Molte case costruttrici nello scenario mondiale Automotive hanno scelto la riduzione netta di cubatura e del numero di cilindri per un propulsore.
Sicuramente molti di voi ricordano quel breve ma intenso periodo in cui il “Downsizing” appariva come la soluzione progettuale ideale per i propulsori.
Downsizing: verso il declino?
Il Downsizing, come ho detto poco fa, è nato per garantire ai propulsori di rientrare nei limiti di emissioni CO2 in fase di test d’omologazione. Senza, tuttavia, rinunciare ad una buona curva caratteristica di funzionamento del motore. Chiunque necessita di un veicolo che garantisca una buona erogazione di potenza (coppia motrice) sin dai bassi-medi regimi di funzionamento.
La scelta progettuale si rivelò, per numerosissime case costruttrici, l’ideale: I motori compatti, rispetto ai tradizionali, registravano valori di CO2 e consumi a litro nettamente inferiori. E allora per quale motivo si parla di “declino”?
I dati registrati erano molto approssimativi e poco comuni alle condizioni reali di funzionamento del motore. I test venivano svolti su banco prova, ed è chiaro quanto questa prova non sia in grado di approssimare il traffico quotidiano reale.
Basti dare un’occhiata al NEDC (New European Driving Cycle): un ciclo di guida definito dalle direttive europee. Il grafico è utilizzato per valutare e confrontare i livelli di emissioni inquinanti prodotti dai veicoli.
Viene ripetuto 4 volte il ciclo urbano “ECE-15 driving cycle” a 50 km/h e una volta il ciclo extraurbano (Extra-Urban driving cycle) a 120 km/h.
Per quale motivo non approssimano i cicli reali?
Questi cicli vengono effettuati a velocità pressoché costanti, accelerazioni morbide e dosate, carichi aerodinamici e strutturali invariati e in tempi molto brevi.
C’è da considerare anche:
- il fattore età del propulsore;
- depositi carboniosi in camera di combustione;
- perdite di laminazione fluidodinamiche;
- componenti di banco e trasmissione di potenza usurati e/o con residui;
- iniettori sporchi;
- uso di carburanti con differenti specifiche tecniche;
- traffico e marcia reale: strappi di accelerazione, velocità sopra i limiti e carico aerodinamico variabile;
- densità dell’aria (comburente della miscela): ad esempio aria più o meno umida e di conseguenza più o meno carica di ossigeno.
Insomma, i fattori sono molteplici e di conseguenza non si può parlare di un vero e proprio test d’omologazione efficace: non a caso lo scandalo DieselGate.
Soluzione Downsizing: EcoBoost & tecnologia a disattivazione dei cilindri.
Essenzialmente un motore endotermico, arrivato a regimi di funzionamento lineare e costante (bassi regimi di coppia erogata) consuma molto poco, in quanto si sono vinte tutte le inerzie al moto (resistenza aerodinamica in partenza, inerzia delle componenti coinvolte nella rotazione allo spunto, etc..). Tuttavia, il mantenimento della velocità del veicolo costa, in termini di consumo e conseguentemente di emissioni, molto poco allo stesso.
Infatti in base a velocità, carico sul motore e intensità dell’accelerata è possibile stabilire il momento esatto in cui disabilitare o riattivare il sistema. Il tutto è ovviamente controllato elettro-idraulicamente.
Abbiamo precedentemente trattato anche la tecnologia a disattivazione dei cilindri e la sua più recente applicazione: EcoBoost.
Prime soluzioni efficaci?
Una strategia molto efficace è l’adozione dell’ibrido: Mild e Plug-in.
In precedenza ho trattato entrambi gli argomenti:
- Ibrido, elettrico e tipologie : Rivoluzione e-mobility: E’ davvero così imminente?
- Mild- hybrid: Addio Diesel.
Essenzialmente, le categorie differiscono dal modo in cui è garantita la trazione e in che modo viene sfruttata l’unità elettrica per garantire minori consumi ed emissioni da parte dell’unità propulsiva endotermica.
La parte elettrica accumula energia mediante: Frenata e Smorzamento oscillatorio delle sospensioni eROT.
Nuova era: Ritorno al Right-sizing.
Sottodimensionare il propulsore era all’apparenza positivo dal punto di vista delle emissioni e dei consumi, tuttavia motori piccoli e molto “spinti” non avranno mai la durata e l’efficienza, in condizioni di stress estremo, rispetto ai vecchi HDi-turbodiesel.
Gli scandali sulle emissioni truccate ha spinto a normative e test sempre più severi (vedi articolo su Mild Hybrid). Pertanto, tecnici e ingegneri stanno elaborando tecnologie all’avanguardia per garantire, anche agli endotermici a ciclo Otto, bassi valori di CO2 e rispetto delle normative europee entro il 2021.
Il downsizing non era una vera e propria soluzione al problema, quanto un’improvvisazione sulla struttura del propulsore. In definitiva, quasi tutti gli ingegneri sono concordi sul fatto che il downsizing è superato e che si potranno rispettare i nuovi cicli di omologazione RDE passando per il corretto dimensionamento (Right-sizing) del motore.
Passeremo sempre più dal 1.2L al 1.5/6 L ; e ancora, dal 3 cilindri al 4 cilindri.
Adesso vediamo un po’ le soluzioni delle principali case automobilistiche, con annessi articoli di approfondimento da me redatti.
Soluzione 1)
Cilindri in linea Mercedes:
Il nuovo M256 a benzina riesce ad erogare ben 408 CV, 71 in più del V6 M276 con la medesima cilindrata. Questo miglioramento, però, è dovuto anche ad alcuni accorgimenti tecnici, come l’inserimento di un alternatore ISG, un turbocompressore intelligente e un compressore ausiliario elettrico.
Ecco l’articolo per approfondire le sensazionali novità introdotte: Mercedes, la rinascita dei 6 cilindri in linea
Soluzione 2)
Mazda SkyActiv:
SkyActiv Technology: Mazda rivoluziona il concetto del “motore a benzina”
Scarico 4-2-1 a condotta lunga, fasatura variabile, alto rapporto di compressione per un motore Benzina (assoluta novità).
Ecco il mio articolo per approfondire le sensazionali novità introdotte: Mazda SkyActiv, il propulsore intelligente.
Soluzione 3)
Motore con tecnologia HCCi: incrocio tra Benzina e Diesel.
Ebbene sì. Questa nuova tecnologia combina l’accensione per compressione, spontanea, dei motori a Ciclo Diesel con quella comandata, mediante candele, di un motore a Ciclo Otto (benzina). Sembrerebbe un controsenso, però è esattamente questo.
Ecco il mio articolo per approfondire le sensazionali novità introdotte: HCCi e l’incrocio fantasy tra Diesel e Benzina.
Ideale quando il propulsore lavora a carichi parziali. Perché? Scopritelo nel mio approfondimento dedicato.
In questo modo la combustione coinvolge, nella sua totalità, la miscela: senza realizzarsi mediante la propagazione del fronte di fiamma (Motore Benzina) o una combustione di tipo diffusivo (Propulsori Diesel).
Soluzione 4)
Motore a rapporto di compressione variabile: Infiniti VC-T.
Alcune case costruttrici progettano dando fiducia a cicli di funzionamento termodinamico quali l’Atkinson (o il Larson-Miller) e il VC-T.
I primi cicli hanno come scopo quello di ridurre la fase di compressione e aumentare quella di espansione della miscela, in modo tale da migliorare l’efficienza del motore in termini energetici e di consumi.
Il VC-T Infiniti mediante un’attuatore elettromeccanico modifica la corsa del pistone nel suo movimento alternativo di spinta (manovellismo). In questo modo varia il rapporto di compressione in funzione dell’esigenza richiesta dal conducente della vettura. In questo modo si può disporre di un motore che sia contemporaneamente a corsa corta e lunga, nonché un alto (consumi ed emissioni) o basso (potenza e spinta) rapporto di compressione.
Per approfondire, come sempre, vi allego il mio articolo: Infiniti VC-T
Insomma c’è chi si arrende alle normative e all’inquinamento passando al puro ibrido ed elettrico e chi invece, come Mazda e Infiniti, crede ancora nella “versatilità” dei motori endotermici a combustione interna.