Motori ibridi non elettrici

Un nuovo tipo di veicolo ibrido potrebbe offrire un consumo di carburante ridotto ai consumatori preoccupati per i prezzi del gas. Gli ingegneri meccanici nel Regno Unito hanno sviluppato un nuovo tipo di motore a combustione in grado di passare da un motore a due tempi a uno a quattro tempi. Il sistema, dicono, può ridurre il consumo di carburante del 27 percento.

Un nuovo ibrido: Questo prototipo di motore ibrido, soprannominato 2/4SIGHT, può passare dalla modalità a quattro a due tempi, riducendo così il consumo di carburante di oltre il 25%.

Il miglioramento del consumo di carburante deriva essenzialmente dal ridimensionamento del motore, afferma Neville Jackson, direttore tecnologico di Ricardo UK , una società di ingegneria di Shoreham-on-Sea che ha sviluppato il nuovo motore. Un motore più piccolo ha meno attrito interno e offre un consumo di carburante migliore, dice.

Ma i piccoli motori per auto, che di solito sono basati su un design a quattro tempi, non offrono molta potenza. Possono essere particolarmente problematici se utilizzati a basse velocità con un carico elevato, come durante l'accelerazione in salita. Tali condizioni possono persino causare un piccolo stallo del motore se il conducente non scala le marce.

Quattro tempi sono più efficienti a tutto gas; con due colpi, è il contrario, dice Robert Kee , un ingegnere meccanico specializzato in motori a combustione presso la Queen's University, a Belfast, nell'Irlanda del Nord.

La differenza tra i motori a due e quattro tempi è che questi ultimi eseguono le quattro fasi di aspirazione dell'aria, compressione, combustione e scarico in quattro tempi di un pistone. Un motore a due tempi, al contrario, lo fa in sole due corse del pistone.

I motori a due tempi sono intrinsecamente più semplici per progettazione e hanno rapporti potenza-peso più elevati a carichi elevati e basse velocità perché ottengono il doppio delle corse di potenza per giro. Ma i tradizionali motori a due tempi richiedono la miscelazione dell'olio con il carburante e quindi producono emissioni più elevate. Per questo motivo, non sono generalmente utilizzati nelle auto. Invece, vengono utilizzati per applicazioni leggere come motoseghe, tosaerba e alcune moto.

Ma ora, i ricercatori di Ricardo hanno sviluppato una testa del pistone che funziona sia in modalità a due che a quattro tempi e può passare automaticamente tra le due modalità, a seconda delle esigenze del motore. Ciò consente a un motore più piccolo di gestire le condizioni di bassa velocità e carico elevato senza stallo.

Questo è un concetto interessante, dice Martti Larmi , capo del laboratorio sui motori a combustione interna presso l'Università tecnologica di Helsinki, in Finlandia.

La sfida principale nella costruzione di un motore del genere è perfezionare il processo di lavaggio, dice, quando i gas residui del precedente ciclo di combustione vengono sostituiti con aria fresca e carburante.

È necessaria una sorta di pressione sul lato di aspirazione per espellere i gas che sono già bruciati, afferma Larmi.

In un tradizionale motore a due tempi, la forza del carburante e dell'aria aspirata spinge fuori lo scarico. Sfortunatamente, questo processo causa la perdita di carburante incombusto sotto forma di scarico, con conseguente aumento delle emissioni. I motori a quattro tempi spingono i fumi esausti fuori dal cilindro attraverso una valvola controllata da una camma usando una corsa verso l'alto del pistone. Durante la successiva discesa, aria fresca e carburante vengono iniettati nel cilindro mentre la valvola di scarico è chiusa.

Il motore di Ricardo, chiamato 2/4SIGHT, utilizza valvole come un motore a quattro tempi, ma in modalità a due tempi, il motore mantiene aperte contemporaneamente sia le valvole di aspirazione che di scarico in modo che il carburante e l'aria nel cilindro vengano reintegrati ciascuno ciclo, piuttosto che ogni altro ciclo.

C'è stato molto interesse nello sviluppo di un motore a due tempi a basse emissioni. Ma è una configurazione difficile da perfezionare perché c'è poco tempo per far entrare la miscela aria-carburante e lo scarico, afferma Larmi. Il pericolo qui è che la presa d'aria fresca possa uscire direttamente attraverso l'uscita di scarico, dice.

Ricardo sta usando un paio di trucchi per aggirare questo problema. Innanzitutto, il design della testa del pistone di Ricardo utilizza il ribaltamento inverso, un processo in cui la presa d'aria è diretta lontano dalla valvola di scarico, per ridurre le possibilità che fuoriesca direttamente dal cilindro. Ricardo ha anche sostituito le valvole comandate da camme con valvole elettroidrauliche che, insieme all'iniettore di carburante, possono essere controllate dal software.

Le case automobilistiche hanno mostrato interesse nella costruzione di questo tipo di motore ibrido in passato, afferma Kee. Ma ci sono molte sfide, dice. In effetti, sia Toyota che Ricardo hanno esaminato questo problema alla fine degli anni '80 e all'inizio degli anni '90.

Ma in passato, la tecnologia semplicemente non esisteva. Secondo Ricardo, l'unico motivo per cui l'azienda è in grado di realizzare un sistema praticabile ora è il software che controlla lo scambio di gas e le modalità del motore. Il sistema di controllo del motore monitora la domanda del conducente, afferma Jackson. Quando è richiesta una coppia maggiore di quella che sarebbe possibile in modalità a quattro tempi, cambia, dice. Tuttavia, l'azienda non rivelerà dettagli su quando, nel ciclo del motore, viene cambiata la modalità.

Il prototipo di Ricardo, un motore V6 da 2,1 litri adattato, è stato testato dai ricercatori dell'Università di Brighton ed è stato scoperto che è in grado di produrre il tipo di prestazioni che normalmente ci si aspetterebbe da un motore da tre a quattro litri. Basato sul New European Driving Cycle, che è un test delle prestazioni standard progettato per misurare l'efficienza del motore e le emissioni durante l'utilizzo tipico di un'auto, il prototipo ha dimostrato un risparmio di carburante del 27% e riduce le emissioni di una quantità simile. La fase successiva consiste nel provare a incorporare un prototipo di motore in un veicolo funzionante, afferma Jackson.

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