Emissioni motori diesel: due tempi, tre cilindri e sei pistoni

Nuove soluzioni tecnologiche per abbattere consumi ed emissioni sui motori diesel per mezzi pesanti. Tecnologia valida anche per i propulsori a benzina

Emissioni motori diesel

Le emissioni dei motori diesel, in attesa che un giorno la diffusione della propulsione elettrica si diffonda a livello di massa, sono all'ordine del giorno. Nonostante il progressivo abbandono da parte dei costruttori e degli automobilisti a causa di norme troppo restrittive e divieti ideologici, esiste un'ampia fascia di utilizzatori per i quali non esistono ancora alternative praticabili. Parliamo del trasporto a lungo raggio, soprattutto merci ma anche passeggeri.

Benché i motori diesel attuali abbiano notevolmente ridotto consumi ed emissioni, va fatto ancora di più, proprio sui veicoli più massicci, dai pick-up ai furgoni, per arrivare ai camion. Servono soluzioni nuove per reinventare una tecnologia che ha ormai superato il secolo abbondante di attività.

 

Emissioni motori diesel: tre cilindri e sei pistoni


Nel campo del trasporto leggero (grosso modo fino ai 35 quintali), si stanno affacciando sul mercato nuovi motori a gasolio che, pur non disponendo di alcuna forma di elettrificazione, sono in grado di rispettare le severe norme sui consumi stabilite per il 2025 negli Stati Uniti.

La Achates Power è un'azienda americana specializzata nel produrre motori a combustione interna con la tecnologia dei pistoni contrapposti; questi propulsori vengono utilizzati sia su vetture passeggeri che veicoli commerciali leggeri e pesanti, mezzi militari, marini e anche come motori stazionari. Il punto di vista di quest'azienda è la necessità di motori a costi accettabili per utilizzi intensivi, in particolare i trasporti pesanti a lungo raggio, settore dove la tecnologia elettrica ancora non è in grado di soddisfare pienamente tali requisiti.

Prima di parlare di questo diesel, facciamo un passo indietro. Achates ha presentato ad inizio anno un prototipo di motore a benzina per veicoli commerciali leggeri, montato su un pickup full size, in questo caso un Ford F-150. Perché un pick-up? Perché si tratta del tipo di veicolo preferito dall'America che non vive nelle metropoli, quella dei grandi spazi. E dei maggiori consumi: secondo Achetes, insieme a SUV e piccoli furgoni rappresenta il 41% delle vendite ma il 55% dei consumi complessivi negli USA, data la maggiore percorrenza media.

Questo motore ha cilindrata 2.7, potenza 270 cavalli (probabilmente cavalli anglosassoni, corrispondenti a 274 cavalli europei), coppia massima 651 Newton metri. E consumo stimato di 37 miglia al gallone, equivalenti a 7,6 litri per 100 Km. L'azienda sottolinea come la sua efficienza sia superiore in una misura dal 30% al 50% rispetto ai motori a benzina convenzionali e il suo costo di produzione inferiore di 1000 dollari per veicolo rispetto a tecnologie concorrenti.

 

Come funziona il motore diesel di Achates Power


Ma Achates Power sta sviluppando anche un motore diesel per mezzi pesanti funzionante con lo stesso principio. Il propulsore sarà adatto a veicoli commerciali di classe 8. Negli USA si tratta dei camion oltre le 15 tonnellate. Gli esperimenti sono stati compiuti al banco con un'unità di volume 9,8 litri e sempre frazionamento a tre cilindri in linea con pistoni contrapposti. Potenza 340 kW (462 cavalli), coppia massima 2.100 Nm erogata tra 1.200 e 1.400 giri. L'obiettivo è raggiungere un'efficienza termica del 55%.

Achates sottolinea che le emissioni di ossidi d'azoto (NOx) e CO2 sono molto più basse rispetto ai diesel attualmente in commercio sui veicoli commerciali. Si parla di 0,027 grammi di NOx per cavallo, nonché di emissioni di CO2 inferiori del 20%.

Come è possibile questo risultato? Minori perdite di calore e migliore combustione. Oltre a tante parti meccaniche in meno. Infatti questo motore ha eliminato la convenzionale testata e il sistema di distribuzione a valvole. E' invece composto da cilindri (in quello a benzina sono tre) dentro ciascuno dei quali si muovono due pistoni contrapposti. Esattamente, ad essere contrapposti non sono i cilindri, come in un motore boxer, bensì i pistoni. Un'altra differenza sostanziale rispetto ad un boxer è che i cilindri sono disposti verticalmente, non orizzontalmente. Infine la combustione avviene in un ciclo a due tempi, non quattro.

L'aspirazione è sovralimentata con turbocompressore. Una delle differenze principali rispetto ad un propulsore convenzionale dotato di testata e valvole è questa: l'aria aspirata e compressa entra nel cilindro; l'iniettore è collocato in corrispondeza del centro del cilindro, nel punto in cui i due pistoni provocano la massima compressione; l'alta pressione fa salire la temperatura al punto critico, il carburante brucia; i gas di scarico attraversano i cilindri uscendo dalla parte opposta, tornando verso la turbina e il ciclo riprende.

 

Consumi motori diesel: USA, norme CAFE, cosa sono


Gli standard sui consumi negli Stati Uniti vengono definiti in gergo "CAFE": l'acronimo significa Corporate Average Fuel Economy, economia media di carburante per azienda. Il termine azienda qui si riferisce al costruttore. Si tratta di uno standard normativo che risale al 1975, quando furono varate per la prima volta leggi per contenere i consumi dei veicoli, diventate necessarie dopo la crisi petrolifera provocata fra il 1973 e il 1974 dai paesi dell'Opec. Come dice il nome stesso, le norme CAFE stabiliscono il consumo medio massimo di carburante ammesso per ogni modello venduto sul mercato. Non a livello di singola omologazione ma di numero totale di veicoli in circolazione. Quindi i modelli a larga diffusione sono obbligati a consumare molto meno degli altri.

La norma riguarda non solo le autovetture ma anche i veicoli commerciali leggeri. Il limite è espresso in consumo medio in miglia al gallone. Si è passati dalle 18 del 1978 alle 30,2 del 2011, equivalenti rispettivamente a 15,7 e 9,4 litri per 100 Km. Per il 2025 l'amministrazione Obama aveva raggiunto un accordo con quasi tutti i principali costruttori mondiali per fissare un limite di 54,5 miglia/gallone (5,2 l/100 Km) entro il 2025 per autovetture e veicoli commerciali leggeri (SUV e pick-up rientrano in quest'ultima categoria). L'amministrazione Trump ha tuttavia ritenuto poco realistici ed eccessivamente costosi in termini sociali quegli obiettivi e ha invece proposto il ritorno agli standard fissati per il 2021, vale a dire 37 miglia/gallone, quindi 7,6 l/100 Km.

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