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Tecnica

Pietre miliari, Tappe fondamentali nella evoluzione tecnica dei motori (prima parte)

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Come si sono evoluti nel tempo i motori delle auto. Parliamo oggi della sovralimentazione

Pietre miliari, Tappe fondamentali nella evoluzione tecnica dei motori (prima parte)

Certe soluzioni hanno mostrato la strada o addirittura hanno rivoluzionato il panorama automobilistico. In diversi casi però, dopo la loro comparsa è stato necessario molto tempo perché si affermassero! Forse quando sono state proposte non ce ne era la necessità, forse mancava la tecnologia o forse, semplicemente, non sono state prese nella dovuta considerazione per ragioni di semplicità costruttiva! Ci sono stati anche determinati schemi dei quali i progettisti conoscevano bene la validità ma che hanno tardato ad affermarsi per via del costo o perché la scelta veniva considerata prematura. In vari casi è stato necessario vincere una notevole titubanza, se non una vera e propria inerzia, da parte dei vertici aziendali.

Per molto tempo diversi costruttori hanno continuato ad impiegare a lungo motori ormai vecchi come disegno complessivo e/o in fatto di soluzioni adottate, montandoli su alcuni modelli senza particolari pretese prestazionali, solo per convenienza economica. Industrializzare un nuovo progetto, infatti, comporta sempre grandi investimenti; oltre a una lunga fase di sviluppo diventano necessari l’allestimento di linee di lavorazione e di assemblaggio specifiche e la realizzazione di numerosi stampi dal costo molto elevato.

Schema delle temperature dei gas di scarico (prima e dopo la turbina) e dell’aria di alimentazione in un motore diesel turbo con intercooler per veicolo industriale

 

È interessante sottolineare che la massima creatività si è avuta nei primi anni del motorismo. Numerose soluzioni tecniche che si sono affermate anche in tempi relativamente recenti in effetti sono state proposte molto tempo fa (spesso addirittura prima degli anni Venti del XX secolo!), ma all’epoca della loro comparsa non hanno avuto seguito. Non si sono cioè affermate subito. In molti casi sono rimaste “in frigorifero” per lungo tempo; si sapeva che c’erano, ma nessuno le utilizzava. Oppure hanno avuto un impiego assai limitato: erano sempre vicine ad affermarsi ma la diffusione su larga scala non arrivava.

Il motore a sei cilindri contrapposti raffreddato ad aria della Chevrolet Corvair è stato costruito in più versioni. Nel 1963 è cominciata la produzione di quella sovralimentata mediante turbocompressore, con una potenza del 48% superiore a quella del modello aspirato

 

Molto interessante a questo proposito è la storia della sovralimentazione. L’idea di immettere nei cilindri una quantità di miscela aria-benzina superiore a quella che essi erano in grado di aspirare da sé risale addirittura all’Ottocento. Ci avevano pensato alcuni grandi pionieri come Daimler e Diesel quasi contemporaneamente alle loro prime realizzazioni.

Il compressore volumetrico Roots risale al 1854 (con brevetto rilasciato nel 1860) e per decenni è stato impiegato in campo industriale come pompa. Il compressore centrifugo a comando meccanico è stato ideato da Louis Renault nel 1902 e il turbocompressore è stato brevettato nel 1905 dallo svizzero Buchi. Negli anni Venti la sovralimentazione mediante compressore volumetrico ha iniziato a diffondersi sulle auto da competizione, arrivando ben presto a dominare la scena. Le vetture di serie sovralimentate però sono state assai poche ed erano tutte di elevato livello e di considerevole costo.

I primi due mondiali di Formula Uno (1950 e 1951) sono stati conquistati dalle Alfa Romeo 158 e 159, i cui motori erano dotati di compressori Roots. Dopo però la sovralimentazione è scomparsa dalla scena automobilistica per lungo tempo.

Il turbocompressore è costituito dall’abbinamento di una turbina azionata dai gas di scarico e di un compressore centrifugo che invia l’aria ai cilindri. In questo spaccato le frecce indicano il percorso dei gas

 

Lo sviluppo della tecnologia ha consentito la realizzazione di efficienti turbocompressori destinati ai motori a gasolio già prima della seconda guerra mondiale. Negli anni Cinquanta costruttori come Cummins, Saurer e Volvo hanno cominciato a utilizzarli di serie. Dagli anni Settanta in poi i diesel hanno iniziato a diffondersi in misura via via crescente in campo auto (la Mercedes-Benz aveva cominciato ad impiegarli già nel 1936 sulla 260 D) e ben presto la maggior parte di essi è stata dotata di turbocompressore. Si trattava di un accoppiamento semplice e razionale: nei motori a gasolio non ci sono problemi di detonazione e le sollecitazioni termiche alle quali è sottoposta la turbina non sono molto elevate (la temperatura dei gas di scarico è di gran lunga inferiore, rispetto a quella che si ha nei motori a benzina). Inoltre ritardo nella risposta all’azionamento del pedale dell’acceleratore è modesto e non costituisce un particolare problema. Ciò è reso possibile dal cospicuo volume dei gas di scarico in qualunque condizione di funzionamento (anche a carico parziale e perfino in fase di rilascio). Non essendoci una valvola a farfalla, i cilindri infatti respirano sempre liberamente.

La prima europea di serie sovralimentata con un turbocompressore è stata la BMW 2002 Turbo, dotata di iniezione Kugelfischer. Entrata in produzione nel 1973 ha mostrato una strada che ben presto diversi altri costruttori hanno imboccato con successo

 

L’affermazione dei turbocompressori sui motori ad accensione per scintilla ha richiesto più tempo. L’elevata temperatura dei gas di scarico ha reso necessaria la messa a punto di materiali adeguati, indispensabili per ottenere una buona affidabilità e una congrua vita utile della girante della turbina. Determinanti sono stati gli sviluppi effettuati in campo aeronautico, in particolare negli anni Quaranta. I motori d’automobile però sono diversi da quelli aeronautici anche come modalità di impiego, in quanto soggetti a continui e repentini cambiamenti di regime e di carico. Inoltre devono avere un costo contenuto (almeno per quanto riguarda la produzione di serie). C’era la necessità di ridurre al minimo il ritardo di risposta e di ottenere un buon andamento della curva di coppia, in particolare ai regimi medio-bassi. Si doveva anche evitare il rischio di detonazione e ciò rendeva necessaria una riduzione del rapporto di compressione.

Sezione del motore a otto cilindri in linea della Alfa Romeo P3 del 1932. All’epoca tutte le auto da GP erano sovralimentate e qui si vede chiaramente la disposizione di uno dei due compressori volumetrici Roots

 

Le prime due automobili di serie munite di turbocompressore sono state un autentico flop dal punto di vista commerciale. Si tratta della Oldsmobile Jetfire e della Chevrolet Corvair Monza Spyder, presentate nel 1962 e rimaste in produzione per breve tempo. Il turbo ha invece avuto successo a Indianapolis, affermandosi nella seconda metà degli anni Sessanta. Più impegnativo è stato l’adattamento di questi dispositivi sulle vetture da competizione destinate a circuiti diversi dai velocissimi ovali, sui quali si sta sempre a pieno gas o quasi. La Porsche 917 turbo (1100 cavalli in gara!) ha spopolato nei campionati Can-Am del 1972 e 1973 sollevando uno straordinario interesse. E le auto di serie con motore a benzina dotato di turbocompressore hanno cominciato di lì a poco ad apparire sulle nostre strade. Inizialmente però si trattava di modelli dichiaratamente sportivi e non proprio di costo contenuto (BMW 2002 Turbo del 1973, Porsche 911 Turbo, prodotta in serie dal 1975). Poi, in buona misura in seguito al successo dei motori turbo in Formula Uno, diverse case hanno messo in produzione auto meno costose e destinate a una maggiore diffusione. Per assistere però all’autentico boom del turbo è stato necessario attendere gli anni recenti, nei quali si è imposta la filosofia del downsizing, con motori di piccola cilindrata parchi nei consumi ma soprattutto molto performanti grazie alla sovralimentazione.

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