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Un motore più efficiente
Una nuova versione del motore a combustione interna, che potrebbe ridurre significativamente il consumo di gas, potrebbe essere sorprendentemente pratica e facile da implementare, secondo recenti scoperte dei ricercatori del MIT. I test su un prototipo basato sulla tecnologia, che consente ai motori di passare dalla tecnologia convenzionale al nuovo tipo di combustione a risparmio di gas, mostrano che non richiede un carburante speciale e che i motori che utilizzano la tecnologia possono essere realizzati a basso costo con autoveicoli convenzionali parti.
Brucia pulita: Un nuovo motore a gas senza scintilla potrebbe ridurre significativamente il consumo di carburante. In un motore convenzionale (in alto), una miscela di carburante e aria viene accesa da una candela. In un diesel (al centro), il carburante si accende quando viene iniettato in aria calda e compressa. Un'alternativa a entrambi è chiamata accensione per compressione a carica omogenea (in basso). Qui, una miscela di carburante e aria viene compressa fino alla combustione. Poiché il carburante e l'aria sono premiscelati, bruciano in modo più uniforme rispetto a un motore diesel, producendo molto meno fuliggine e ossido di azoto.
La tecnologia di risparmio di gas, chiamata accensione per compressione a carica omogenea, o HCCI, utilizza una forma di combustione molto più efficiente dell'accensione a scintilla convenzionale. In alcune condizioni, può ridurre il consumo di carburante del 25%, afferma William Green , un professore di ingegneria chimica al MIT che è stato coautore del nuovo studio. È molto simile all'efficienza di un motore diesel, che ottiene anche la combustione per compressione anziché per scintilla. Ma a differenza dei motori diesel, l'HCCI si traduce in una combustione più uniforme ed è quindi molto più pulita. Un sistema che combina l'HCCI con la combustione convenzionale potrebbe migliorare il risparmio di carburante in media di poche miglia per gallone, afferma Green.
Diversi gruppi di ricerca stanno lavorando al nuovo tipo di combustione. Volvo, ad esempio, ha realizzato un sistema ibrido in grado di passare dall'accensione a scintilla convenzionale all'HCCI. Alcuni esperti, tuttavia, si aspettavano che il nuovo tipo di motore richiedesse un carburante speciale.
La ricerca del MIT mostra che un motore HCCI può funzionare con qualsiasi varietà di benzina venduta in Nord America, rendendo superfluo un carburante speciale. I ricercatori hanno testato una gamma di benzine diverse prodotte in diverse raffinerie. Hanno scoperto che il motore HCCI era meno sensibile al carburante di quanto la gente avesse temuto, afferma Green.
Sebbene l'HCCI abbia diversi limiti di prestazioni, questi possono essere affrontati utilizzando un approccio ibrido, in cui un motore potrebbe passare dall'HCCI all'accensione a scintilla convenzionale. L'utilizzo di parti già prodotte in serie potrebbe rendere relativamente economico costruire un tale ibrido, afferma Green.
Nei motori a benzina convenzionali, una scintilla accende una miscela di carburante e aria in una camera di combustione, creando un'esplosione che aziona un pistone. Sebbene ciò avvenga in modo molto efficiente quando il motore lavora sodo, è meno efficiente a carichi inferiori, come durante la navigazione, quando viene pompata meno benzina nella camera di combustione. In questi momenti, per mantenere ottimizzato il rapporto tra carburante e ossigeno, viene creato un vuoto parziale nella camera. Ci vuole energia extra per creare questo vuoto, il che riduce l'efficienza del motore.
La tecnologia HCCI evita l'uso di un vuoto che spreca energia. Nella camera rimangono invece i gas caldi di un precedente ciclo di combustione; il motore utilizza una combinazione di calore da questi gas caldi e calore generato comprimendo la miscela per aumentare le temperature abbastanza alte da far esplodere la miscela.
Ma se la temperatura del motore è troppo bassa, ad esempio quando viene avviato o utilizzato con carichi molto bassi, la miscela non si surriscalda abbastanza da bruciare. E a carichi elevati, quando la temperatura è alta, la miscela può bruciare troppo presto, fuori sincrono con il ciclo del motore, provocando un fenomeno potenzialmente dannoso chiamato detonazione. Le differenze nei combustibili possono anche influenzare precisamente quando la miscela brucia.
Il sistema ibrido commuta tra le due forme di combustione. Per fare ciò è necessario modificare il modo in cui il motore gestisce i gas combusti. Durante la combustione a scintilla, i gas vengono espulsi attraverso una valvola aperta. Nell'HCCI, la tempistica dell'apertura di quella valvola viene modificata in modo che si chiuda prima che i gas fuoriescano completamente, intrappolandoli all'interno.
John Heywood , un professore di ingegneria meccanica al MIT che non è stato coinvolto in questo lavoro, afferma che l'HCCI potrebbe alla fine fornire vantaggi ancora maggiori poiché i ricercatori trovano il modo di adattare il motore in modo da poterlo utilizzare per una gamma più ampia di carichi. Inoltre, potrebbe essere utilizzato in combinazione con altre tecnologie di risparmio di gas già disponibili su molti veicoli. La misura in cui l'HCCI può essere combinato con altri approcci potrebbe determinare quanto ampiamente venga adottato, suggerisce Heywood.