Qualche articolo fa ho approfondito la differenza e le soluzioni offerte dalle principali case automobilistiche in merito al Downsizing e Rightsizing: definite come la filosofia di progettazione dei propulsori MCi (i cosiddetti Motori a Combustione interna). In questo approfondimento firmato Vehicle Close-up Engineering approfondiremo una soluzione inedita ed estrema legata al Downsizing: L’iniezione e Sovralimentazione Sinergica. Giusto per ricapitolare, per Downsizing si intende progettare propulsori di piccola cilindrata e sovralimentati mediante turbocompressore. Il tutto per minimizzare i consumi (e le conseguenti emissioni), aumentare l’efficienza energetica del sistema e incrementare la potenza disponibile all’albero senza aumentare eccessivamente la cubatura.

La soluzione estrema nasce da Jim Clarke: storico Ingegnere della Ford, nonché responsabile dei motori V6, V8 e V12 targati Aston Martin; e ancora, Vice presidente della Navistar e responsabile progetti speciali presso Kohler Engines. Insomma un vero e proprio espero in costruzione e progettazione motoristica. Assieme al suo collega Dick Fotsch, circa un anno fa, ha teorizzato la tecnologia di “Downsizing Sinergica“.

In cosa consiste l’estremizzazione dell’ideaDownsizing“?

Turbo a cilindro, Sinergica
Evomagazine.it

Come già accennato prima, si tratta solo di una teoria sviluppata dai due ingegneri, i quali, ad oggi, non dispongono di alcuna tecnologia concreta. I test potrebbero iniziare a breve, il tutto dipende da quanto interesse susciterà questa innovativa idea. C’è da aggiungere che Clarke e il suo socio non sono i primi ad averci pensato: Sono ben 27 i brevetti depositati nel corso degli anni, in merito ad una tecnologia a “funzionamento individuale“.

Parliamo di un vero e proprio sistema di alimentazione e sovralimentazione individuale: Corpi farfallati e gruppo Turbo (turbocompressore) per ogni cilindro. L’idea è di applicarlo sui piccoli propulsori, ad esempio sui tre e quattro cilindri. Questa può considerarsi un’estremizzazione del concetto di Downsizing.

Downsizing: ancora l’ideale?

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.

Per approfondire i fattori e le motivazioni che portano, secondo molte case costruttrici, al declino del “Downsizing“: ==> Downsizing, Rightsizing: Facciamo chiarezza.

L’idea di Clarke:

Downsizing turbo
motorbox.com

Secondo il progettista:

“Tra la farfalla e la valvola di aspirazione, un motore ha un volume di aspirazione pari a circa il volume del motore stesso e richiede un certo tempo per riempirsi quando si apre la farfalla” .

corpi farfallati individuali, che non sono certo una novità, permetterebbero ai cilindri di riempirsi molto più velocemente producendo maggiore coppia e gas di scarico con molta più energia.

Secondo Clarke,i ritardi nell’aspirazione per i motori MCi sono causa di maggiori consumi e ritardi nella risposta al pedale, che, a lungo andare, provocano danni e cali di potenza. La soluzione sarebbe proprio ridurre queste perdite nell’aspirazione, incrementando l’energia allo scarico e mediante l’utilizzo di un turbocompressore individuale, migliorerebbe anche la compressione dell’aria in aspirazione.

Dimensioni e posizione fondamentali:

L’idea è proprio quella di sfruttare Turbocompressori piccoli (circa il 20% in meno di dimensioni rispetto ad un singolo turbo per un propulsore 3 cilindri). Il flusso di transito sarebbe ridotto del ben 50%. Tuttavia la posizione favorevole sarebbe in grado, secondo i due ingegneri, di garantire i benefici offerti dalla tecnologia.

“Più vicino è il turbo, maggiore è l’energia con cui i gas colpiscono la turbina per accelerarla”

Vantaggi offerti?

  • Riduzione del fenomeno Turbo-Lag:  Causa di ritardi nella risposta al pedale. Si parla di riduzione significativa, quindi si potrebbe quasi eliminare del tutto l’inerzia alla rotazione della girante della turbina. Minori consumi e perdite.
  • Aumento efficienza termica.
  • Compressione dell’aria di aspirazione (comburente) a maggior rendimento.
  • Spinta complessiva offerta dal motore, per unità di cilindrata, migliorata.

Svantaggi:

  • Aumento delle componenti in gioco: e di per sé è già sconveniente.
  • Sviluppo e realizzazione concreta della tecnologia molto costoso.
  • Le turbine piccole sono difficili da realizzare: prezzo della singola potrebbe essere pari ad una normale.
  • Siamo in un Motore Alternativo (MCi) e ciò comporta impulsi di pressione (allo scarico) e portata dei gas non costante.
  • Nonché instazionarietà degli stessi proprio perché, nelle condizioni d’esercizio, si passa da regimi bassi a medi, medio/alti e alti.
  • Funzionamento regolarizzato ed efficiente solo ad alti regimi: tecnologia poco adattabile all’uso quotidiano; vale a dire ciò per cui i motori (su cui si sta pensando di applicare la tecnologia in esame) sono stati concepiti.
  • Distanze ravvicinate su cui installare i singoli turbo potrebbe causare un fenomeno al quanto indesiderato dalle turbine: presenza di “bolle” di fumi di scarico.

Come sempre occorre analizzare pregi e difetti di una tecnologia prima di poter parlare di una vera e propria innovazione.