Motore a 5 tempi: più fasi=più efficienza

“Chi ha detto che i tempi in un motore devono essere 2 o al massimo 4?”

Deve essere proprio questo l’interrogativo balenato nella mente degli ingegneri della Ilmor Engineering, nota azienda inglese con una certa esperienza nel campo delle competizioni automobilistiche, che in occasione dell’engine expo 2009 tenuto a Stoccarda ha presentato il prototipo di un innovativo propulsore alimentato a benzina funzionante sulla base del classico ciclo Otto come qualunque altro motore a 4 tempi, se non fosse che le fasi impiegate per completare il ciclo sono ben 5! Entriamo più nel dettaglio…

(Fig. 1) L’architettura del motore prevede un monoblocco con 3 cilindri contraddistinti da differenti cubicatura e pressione di lavoro, con una cilindrata complessiva di 700 cm3. In due di essi, aventi cilindrata minore ed agenti ad alta pressione, avviene il consueto ciclo Otto sviluppato in 4 fasi, mentre nel terzo e più voluminoso cilindro vengono sfruttate alternativamente la fase di scarico dei primi due cilindri per completare un ulteriore stadio di espansione (mostrata nell’immagine sottostante), corrispondente proprio alla quinta ed ultima fase del ciclo. A tale scopo i gas esausti vengono convogliati da uno dei due cilindri di alta pressione che ha appena concluso il suo ciclo a quello centrale attraverso appositi condotti di bypass, così da permetterne una nuova dilatazione e la conseguente trasmissione di ulteriore lavoro meccanico all’albero motore proveniente dal recupero dell’energia ancora presente in tali gas. Essi presentano infatti una pressione residua a fine ciclo di circa 6-7 bar che verrebbe altrimenti dispersa in atmosfera nel caso di motori aspirati o recuperata in misura molto limitata per la sola compressione dell’aria di aspirazione nel caso di motori sovralimentati.

(Fig.) La distribuzione delle due distinte fasi di espansione su cilindri differenti significa inoltre poter dimensionare in maniera indipendente tra di esse le varie camere di combustione così da aggirare in parte il dilemma che attanaglia tutti i motori endotermici i quali, per ottenere un incremento del proprio rendimento nonché della potenza erogata, richiederebbero parallelamente un ristretto valore del rapporto di compressione, a favore di un’elevata misura del rapporto di espansione. Mentre infatti nei comuni motori attuali tali valori coincidono forzatamente in quanto le due fasi avvengono nei medesimi cilindri, essi possono al contrario essere diversificati nel sovversivo propulsore che prevede due distinti cilindri per assolvere alle fasi di compressione e di seconda espansione. Ne consegue che per i cilindri ad alta pressione è stato adottato un rapporto di compressione molto ridotto, pari a 7:1, che si traduce in elevata compattezza e leggerezza del gruppo propulsivo, mentre il più ampio cilindro di seconda espansione presenta un rapporto di espansione di ben 1:15, avvicinandosi incredibilmente a quello che si incontrerebbe in un comune motore diesel, che permette il rilascio di maggior lavoro meccanico durante la fase di seconda espansione e determina un conseguente aumento della potenza complessiva erogata del motore.

Numeri alla mano, il rivoluzionario propulsore promette un rendimento termico pari al 34% (ovvero circa il 10% in piu rispetto ad un comune motore endotermico) a tutto vantaggio dei consumi di carburante, che si aggirano sui 226 g/kWh (ben minori dei 240 gr/kWh su cui si attestano i principali concorrenti); tutto ciò,in termini pratici, porta all’erogazione di una potenza di ben 130 CV contestualmente ad una coppia motrice di 166 Nm, ossia valori che ci si potrebbe aspettare da un comune motore a benzina a 4 tempi, ma di ben più elevata cilindrata.

Al momento del suo debutto sulla scena automobilistica mondiale il prototipo, come da aspettative, ha destato molto interesse tra le principali aziende automobilistiche mondiali, tanto da essere stato preso in considerazione dalla Porsche come propulsore di dotazione per i propri bolidi impegnati nell’edizione del 2014 della celebre gara automobilistica della durata di 24 ore che si tiene annualmente sulla pista di Le Mans in Francia. Il progetto è poi sfumato ed inspiegabilmente ad oggi nessuna casa automobilistica sembra aver adottato il “miracoloso” propulsore e le ragioni di tale scelta sono probabilmente da ricercare nella lecita perdita di interessi delle aziende per ciò che riguarda ulteriori sviluppi dei motori a combustione, a cui si stanno sostituendo sempre più spesso gruppi propulsivi ibridi o del tutto elettrici. (Tommaso Brienza V AIM B)