DOPO IL 2035 (1) – Motori del futuro tra sfide, turbo e una marcia in più

L’industria automobilistica guarda al futuro tra normative stringenti, nuove tecnologie di combustione e ibridazione crescente. Tra recupero di calore, turbo elettrici e carburanti avanzati, il motore a combustione interna non è ancora pronto ad abbandonare il mercato

Gli ingegneri del settore automobilistico tirano un sospiro di sollievo: la fiducia nel rispetto delle normative future sulle emissioni di CO₂, come il CAFE statunitense e l’Euro 6 europeo, sembra crescente. Tuttavia, il periodo post-2025 rappresenta ancora un’incognita, specialmente per chi lavora nel settore della propulsione. Secondo un sondaggio informale condotto da Automotive Engineering durante l’ultimo congresso mondiale SAE – Society of Automotive Engineers, ente di normazione nel campo dell’industria aerospaziale, automobilistica e veicolistica con sede negli Stati Uniti che sviluppa e definisce gli standard ingegneristici per veicoli motorizzati di ogni genere – la maggior parte degli esperti ritiene che i legislatori non faranno marcia indietro sugli attuali regolamenti.

Eventi come il Vienna Motor Symposium, hanno mostrato il potenziale delle nuove strategie di combustione, tra cui la GCI (gasoline compression ignition), RCCI (dual-fuel reactivity controlled compression ignition) e CAI (controlled auto ignition). Queste tecnologie richiedono avanzamenti significativi nel controllo in-camera, nella gestione delle valvole e nell’uso di nuovi combustibili. Il recupero del calore di scarto sarà essenziale per mantenere il motore a combustione competitivamente rilevante.

Uno degli ostacoli principali rimane il fenomeno della detonazione (knock) e la sua forma più severa, il “super knock”, particolarmente problematica per i motori sovralimentati. Secondo uno studio dell’Università del Michigan, il costo dell’elettronica nella catena cinematica aumenterà del 15% entro il 2025 per far fronte a queste sfide.

Il futuro dei motori tra efficienza termica e innovazione ibrida
Numerosi gli interventi degli esperti durante il simposio. Tom Grissom, direttore dello sviluppo commerciale di BorgWarner Turbo Systems, ha sottolineato come l’efficienza termica dei motori a benzina abbia già superato il 30%, mentre quella dei diesel si attesta oltre il 40%. Tuttavia, ulteriori miglioramenti non potranno basarsi solo sulla riduzione delle dimensioni e del regime di rotazione del motore.

Bob Bienenfeld, vicepresidente di Honda per l’ambiente e la strategia energetica, prevede che l’implementazione su larga scala di veicoli ibridi sarà necessaria per rispettare gli standard futuri. La scelta tra sviluppare nuove tecnologie di combustione interna, come l’HCCI (homogeneous-charge compression ignition), o puntare su soluzioni elettrificate dipenderà da normative, infrastrutture e accettazione da parte dei consumatori.

Robert Wagner, direttore della ricerca sui carburanti e sulle emissioni presso l’Oak Ridge National Laboratory, afferma che i motori futuri combineranno modalità di combustione lean-burn e stechiometriche, con efficienze che potrebbero superare il 50% senza necessità di recupero del calore. Mazda sta già lavorando su motori ad alta efficienza come il G3 Skyactiv, che mira a un rapporto di compressione di 18:1 e un miglioramento del 40% nell’efficienza termica.

Anche Volkswagen sta introducendo innovazioni con l’adozione del ciclo Miller per il suo motore 2.0 TFSI da 140 kW, destinato alla Audi A4, combinando accensione a scintilla con consumi ridotti tipici dei diesel. Nel frattempo, Bosch sta sviluppando un sistema di iniezione d’acqua per migliorare la resistenza alla detonazione e ridurre i consumi.

Il futuro dei motori tra recupero di calore, turbo elettrici e carburanti avanzati
Attualmente, oltre il 50% dell’energia del carburante viene dispersa attraverso gas di scarico e sistemi di raffreddamento. Secondo BorgWarner, i sistemi di recupero del calore avranno un ruolo chiave nella sopravvivenza del motore a combustione. L’uso di eBooster elettrici, che eliminano il ritardo del turbo e migliorano l’efficienza a carichi elevati, è già in fase di sviluppo.

Si prevede che entro il 2025 il 50% dei motori prodotti in Nord America sarà sovralimentato, con i 3 e 4 cilindri che domineranno il mercato delle auto passeggeri e i 4 e 6 cilindri che alimenteranno la maggior parte dei nuovi veicoli leggeri.

Chris Cowland, direttore dell’Advanced Powertrain Engineering di Stellantis, sottolinea l’importanza di una benzina ad alto numero di ottano per ottimizzare le prestazioni dei motori futuri. Un carburante con un rating RON di 95-100 potrebbe garantire un miglioramento dell’efficienza del 5%.

Chris Atkinson, direttore del programma dell’ARPA-E (Advanced Research Projects Agency – Energy) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ritiene che la connettività dei veicoli svolgerà un ruolo sempre più importante nell’ottimizzare i consumi e nella ridurre le emissioni. Grazie ai progressi nei calcoli in tempo reale, la calibrazione del motore potrebbe essere regolata via aggiornamenti software over-the-air.

Sebbene il futuro post-2025 presenti ancora molte incognite, le nuove tecnologie di combustione, il recupero del calore e la crescente elettrificazione dei powertrain dimostrano che il motore a combustione interna ha ancora margini di miglioramento. La chiave del successo sarà l’integrazione di tutte queste innovazioni in soluzioni economicamente sostenibili e accettabili per il mercato.

Fonte: SAE International Mobility Engineering