Un motore ibrido ad aria compressa sulle auto future?

Scuderi Split-Cycle Engine

In un periodo di costi energetici in continua ascesa e di una crescente attenzione e sensibilità verso varie forme di energia rinnovabili od alternative, assistiamo ad un concreto interesse mostrato dalle case automobilistiche nei confronti di un nuovo e rivoluzionario modello di motore ibrido ad aria compressa, del quale è già stato realizzato un prototipo completo.

Il motore, mostrato nell’immagine seguente, è stato progettato e realizzato da un’azienda americana (con sede a West Springfield, Massachussets), la Scuderi Group, fondata da Carmelo Joseph Scuderi (1925-2002), un inventore, progettista meccanico, e ingegnere termodinamico di chiare origini italiane.

L’inedito motore, qui nella versione da 1 litro, potrebbe ridurre il consumo di carburante in una percentuale compresa tra il 25 ed il 36%, rispetto ad un motore di tipo tradizionale. Gli investimenti realizzati sono stati cospicui, con una cifra che si aggira intorno ai 65 milioni di dollari, a partire dal 2002, anno di fondazione della Scuderi Group.

I risultati potrebbero presto concretizzarsi, dal momento che sono stati già siglati accordi di collaborazione con 9 principali fabbricanti di autovetture (che consentono a questi ultimi di accedere ad informazioni dettagliate sul funzionamento del motore), e si spera che almeno uno di questi possa firmare un accordo basato sulla concessione di licenze, entro la fine dell’anno.

Occorre dire che in genere le case automobilistiche sono abbastanza riluttanti ad acquistare licenze o concessioni per la fabbricazione dei motori: di solito, infatti, si preferisce sviluppare tutta la tecnologia internamente; in questo caso tuttavia, il motore è completamente differente da quelli tradizionali, per cui potrebbe essere impiegato anche sotto licenza.

Motore Split-Cycle (un pò di teoria)

Il motore ibrido ad aria compressa sviluppato da Scuderi rientra nella categoria dei motori split-cycle, che in italiano si potrebbe tradurre come "motore a ciclo separato". Come funziona questo tipo di motore? Ricordiamo anzitutto come funziona un motore a ciclo Otto tradizionale. Ciascun pistone compie quattro fasi per ogni ciclo, dette: aspirazione (l’aria viene immessa nella camera), compressione, scoppio (tramite iniezione della miscela carburante), e scarico (fuoriuscita dei gas dal cilindro).

Ciò significa che occorrono 2 giri completi dell’albero a gomiti per ogni ciclo completo eseguito da un pistone. Il motore split-cycle rivoluziona questo concetto suddividendo i 4 cicli su due gruppi di cilindri (dove un gruppo può essere composto da 1 o più cilindri): uno si occupa delle fasi di aspirazione e compressione, e l’altro di quelle di scoppio e scarico. L’aria compressa viene trasferita dal cilindro di compressione a quello di scoppio attraverso un apposito passaggio ad "incrocio", ed il combustibile viene poi iniettato ed incendiato per produrre lo scoppio (si veda l’immagine sottostante). Il motore Scuderi a ciclo separato permette inoltre di compiere un ciclo completo con 1 solo giro dell’albero motore (anzichè i tradizionali 2).

Nella maggior parte dei motori convenzionali, la combustione avviene quando il pistone si approssima al punto superiore del cilindro; nel motore Scuderi, invece, essa avviene quando il pistone comincia a muoversi nuovamente verso il punto inferiore del cilindro. Un vantaggio offerto da questa soluzione è quello di poter imprimere una maggiore coppia all’albero motore, consentendo all’autovettura di accelerare con maggiore efficacia ad un regime inferiore di giri motore, e perciò di risparmiare carburante.

Esiste, purtroppo, anche uno svantaggio non trascurabile: quando il pistone si muove verso il punto inferiore del cilindro, il volume all’interno della camera di combustione cresce rapidamente e la pressione, di conseguenza, si abbassa, rendendo problematica la prosecuzione del ciclo del motore e perciò la rotazione continua e regolare dell’albero motore. Per ovviare a questo inconveniente, il motore a ciclo separato riduce considerevolmente la durata della fase di combustione, che avviene da 3 a 4 volte più rapidamente rispetto ai motori convenzionali.

Ciò permette di incrementare la pressione molto più rapidamente rispetto alla sua diminuzione provocata dall’espansione del volume. Questa combustione estremamente rapida viene ottenuta creando aria compressa nel cilindro di compressione, per poi rilasciarla rapidamente nella camera di combustione. Il fatto di disporre di un cilindro per la compressione dell’aria separato permette di convogliare agevolmente l’aria compressa all’interno di un apposito serbatoio (si veda l’immagine seguente).

I vantaggi di questo serbatoio di aria compressa sono molteplici. Si pensi ad esempio al caso di un’autovettura in movimento a velocità ridotta su un terreno livellato: questo è un classico esempio di funzionamento non efficiente dei motori convenzionali.

L’immissione di aria nel motore viene infatti in queste condizioni parzialmente ridotta, o limitata: come dice lo stesso Scuderi, è come respirare l’aria attraverso una cannuccia! Ciò rende la vita più dura al motore. Nel motore Scuderi, viceversa, l’immissione di aria non viene ridotta, ma mantenuta sempre aperta: l’aria che non è necessaria per la combustione viene infatti immagazzinata nell’apposito serbatoio. Una volta che questo è stato riempito, il pistone di compressione smette di comprimere l’aria, ma continua a muoversi liberamente su e giù; esercitando un minore carico sul motore, si ottiene un risparmio di carburante. Il serbatoio di aria compressa, nel frattempo, può immettere aria nella camera di combustione.

Un altro vantaggio si ottiene nella fase di decelerazione del veicolo: in questo caso il movimento per inerzia delle ruote fa muovere il cilindro di compressione, che può pertanto riempire il serbatoio di aria compressa; questa può poi essere utilizzata per la combustione quando necessario.

Riuscirà il motore Scuderi a diventare un successo commerciale oppure no? Difficle dirlo ora. Al momento sono disponibili soltanto dati prodotti da apposite simulazioni, che confermano un risparmio di carburante teorico fino al 50% rispetto ai motori convenzionali, oltre ad un’altrettanta significativa riduzione delle emissioni di gas nocivi pari all’80%.

Le simulazioni, tuttavia, non permettono di valutare le effettive prestazioni ottenibili su un veicolo reale, oppure prevedere i costi o le difficoltà che si possono presentare nella fabbricazione del motore, come pure la sua manutenzione ed affidabilità. Scuderi sostiene inoltre che la prima applicazione di questo motore potrebbe non essere su un autoveicolo, ma bensì come generatore di potenza: per esempio nel settore delle costruzioni dove occorre disporre di elettricità, ma può essere anche utile avere a disposizione aria compressa per alimentare vari tipi di attrezzatura da lavoro.

Il video seguente spiega e visualizza graficamente il funzionamento del motore Scuderi:

Purtroppo il video www.youtube.com/v/Kogz4wedwtk non è disponibile…
potere della censura

Scuderi Engine

Scuderi Group

7 Comments

  1. Bazinga 27 maggio 2011
  2. Emanuele 27 maggio 2011
  3. Giovanni Giomini Figliozzi 27 maggio 2011
  4. Emanuele 27 maggio 2011
  5. Giovanni Giomini Figliozzi 27 maggio 2011
  6. Emanuele 27 maggio 2011
  7. Bazinga 27 maggio 2011

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