Lunga vita al motore a combustione interna. È ironico che la "fine annunciata" del motore a combustione interna dovuta all'elettrificazione dilagante, non abbia impedito di vedere grandi progressi negli ultimi anni: rapporto di compressione variabile (Nissan), accensione per compressione nei motori a benzina ( Mazda) e ora, Koenigsegg metterà in produzione (anche se molto limitata) il primo motore a ciclo Otto (4 tempi) senza albero a camme.
È su questo percorso di innovazione che emerge anche 1S ICE di INNengine, che promette di andare ancora oltre.
Un motore piccolo ma rivoluzionario, con al suo interno soluzioni ingegneristiche molto interessanti. Incontriamoli?
Cos'è 1S ICE?
L'1S ICE di INNengine è un motore molto compatto per dimensioni e capacità, che pesa solo 500 cm3 e pesa solo 43 kg - il suo creatore, Juan Garrido, afferma che sta già lavorando a un'evoluzione di questa unità del peso di soli 35 kg (!).Il suo peso e volume ridotti sono due dei principali vantaggi che i responsabili di INNengine annunciano rispetto ai motori a combustione interna convenzionali (4 tempi):
- Fino al 70% di riduzione del volume totale;
- Fino al 75% di riduzione del peso;
- Fino al 70% in meno di componenti;
- E fino al 75% in meno di cilindrata, ma con la stessa densità di potenza di un motore convenzionale 4 volte più grande. Ad esempio, il 500 cm3 1S ICE raggiunge la stessa potenza di un motore a 4 tempi da 2000 cm3.
Possiamo anche vedere che, nonostante la piccola cubatura, la 1S ICE ha quattro cilindri e... otto pistoni - non è un errore, in realtà sono otto pistoni... In altre parole, sono due pistoni per cilindro, il che in questo caso significa che siamo in presenza di un motore a pistoni contrapposti. Ho scritto pistoni contrapposti e non i più conosciuti cilindri contrapposti. Qual è la differenza?
I pistoni opposti sono più vecchi di quanto pensi
I motori a pistoni opposti non sono gli stessi dei motori a cilindri opposti come quelli che conosciamo in Porsche e Subaru. Qual è la differenza? Nei motori a pistoni contrapposti abbiamo due pistoni per cilindro, che lavorano uno di fronte all'altro, con la camera di combustione condivisa da entrambi.
Non è però una novità quando si parla di motori a combustione interna, nonostante sia una soluzione tecnica insolita.
Risale infatti al 1882 il primo motore a pistoni contrapposti, progettato da James Atkinson (lo stesso Atkinson che diede il nome all'omonimo ciclo di combustione riscontrato, soprattutto, nei veicoli ibridi, per via della sua maggiore efficienza).
Il vantaggio principale di questa disposizione risiede in una maggiore efficienza, poiché non ci sono più una testata e alberi a camme - i motori a pistoni opposti sono a 2 tempi - riducendo peso, complessità, perdite di calore e attrito e costi.
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Tuttavia, in pratica, poiché i due pistoni nello stesso cilindro devono lavorare in modo coordinato, devono essere fisicamente collegati tra loro, costringendo a sostituire parte della complessità e del peso perduti.
I motori a pistoni opposti sono stati utilizzati, soprattutto, nei grandi trasporti, come navi, veicoli militari, o anche come efficienti generatori. Nel mondo dell'auto sono molto più rari. Oggi, forse il motore a pistoni opposti più vicino ad equipaggiare un'auto (o al massimo un veicolo commerciale) è quello di Achates Power. Hai un breve video che ti fa capire come funziona:
Pistoni contrapposti 2.0: addio albero motore
Qual è la differenza tra l'1S ICE di INNEngine e questo motore a cilindri opposti di Achates? Come possiamo vedere nel filmato sopra, per controllare il movimento di tutti i pistoni nei cilindri abbiamo due alberi motore uniti tra loro da un sistema di ingranaggi. L'1S ICE fa semplicemente a meno degli alberi a gomiti, e con loro le bielle e tutti gli ingranaggi associati scompaiono dalla scena.
Riducendo in modo così significativo il numero di componenti necessari per il funzionamento del suo motore, INNengine ha così ottenuto le suddette riduzioni di volume e massa e un potenziale aumento dell'efficienza.
Al posto degli alberi a gomiti troviamo due pezzi (una specie di disco che si adatta all'albero motore), uno a ciascuna estremità del motore, con una delle sue superfici ondulate meticolosamente calcolate. Sono ciò che consentono di coordinare perfettamente il movimento degli otto pistoni (che ora si muovono in un asse parallelo all'asse del motore).
Guardali in funzione:
Sembra assurdamente semplice, vero? Grazie alla disposizione equidistante e concentrica di tutte le (poche) parti in movimento, e al movimento dei pistoni in asse con l'albero principale, l'equilibrio di questo motore è praticamente perfetto.
L'assenza di vibrazioni è tale che, quando hanno mostrato un filmato di un motore prototipo su un banco di prova, è stato accusato di essere falso, in quanto non era visibile ad occhio nudo che il motore fosse in funzione...
In questo breve video possiamo vedere anche altre caratteristiche della 1S ICE, come la possibilità di anticipare leggermente il posizionamento di uno degli “alberi motore”. Una possibilità che consente una distribuzione variabile, non le valvole (non le hanno), ma le luci (aspirazione e scarico) che ne prendono il posto. E consente anche un rapporto di compressione variabile dinamicamente, modificandolo secondo necessità, come con il motore Nissan.
L'obiettivo di queste opzioni, come si può trovare in alcuni dei motori a 4 tempi che equipaggiano le nostre vetture, è quello di ottenere una maggiore efficienza e prestazioni. Nel caso dell'1S ICE, consente la flessibilità che i motori a 2 tempi, come quelli a pistoni contrapposti, non consentono, essendo questi a parametri fissi.
E questo ci porta a un'altra innovazione dell'1S ICE, il fatto che sia un motore a 1 tempo, una caratteristica così importante da far parte del suo nome: 1 Stroke o 1-Stroke.
Solo 1 volta?! Anche?
Conosciamo il termine motore a 4 tempi (quello che equipaggia le nostre auto con un motore a combustione interna), così come il motore a 2 tempi (questi sono più spesso associati alle motociclette). Tuttavia, INNengine dice che il suo motore è a 1 corsa, il che significa:
- 4 tempi: un'esplosione per due giri dell'albero motore;
- 2 tempi: un'esplosione per ogni giro dell'albero motore;
- 1 volta: due esplosioni per ogni giro dell'albero motore.
In altre parole, sebbene il principio di funzionamento dell'1S ICE sia simile a quello dei motori a 2 tempi, riesce comunque a raddoppiare le esplosioni per ogni rotazione dell'albero motore, e quadruplicare quello che possiamo ottenere in un motore a 4 tempi. Allo stesso tempo, questa nuova architettura realizza tutto questo con un minor numero di componenti.
Questo è uno dei “segreti” per l'efficienza promessa e anche per le prestazioni specifiche: secondo INNengine, il suo piccolo 500 cm3 è in grado di presentare numeri equivalenti a un motore 4 tempi da 2000 cm3.
I numeri… possibili
Siamo ancora in fase di sviluppo, quindi non ci sono numeri definitivi. Ma nei video in cui Juan Garrido sembra spiegare tutto sul suo motore (lasceremo un video alla fine dell'articolo), c'è un numero che spicca: 155 Nm a 800 giri/min! Una cifra impressionante e solo per confronto, abbiamo valori di coppia simili raggiunti dai piccoli mille turbo nel nostro mercato, ma hanno raggiunto i 1000 giri / min dopo e ... sono sovralimentati.Numeri relativi a consumi/emissioni, dovremo aspettare ancora, il che ci porta alla domanda fondamentale:
Verrà ad equipaggiare un'auto?
Forse, ma non nel modo in cui pensi. Sebbene stiano convertendo una Mazda MX-5 (NB) per fungere da prototipo di prova per questo motore, l'obiettivo e l'orientamento del suo sviluppo è principalmente quello di fungere da range extender per i veicoli elettrici.
Il fatto che sia così compatto, leggero, efficiente e produce numeri così alti a regimi così bassi - l'obiettivo di questo range extender è produrre 30 kW (41 CV) a 2500 rpm - può renderlo il range extender perfetto. Meno costi (non c'è bisogno di una batteria così grande), meno inquinamento (motore a combustione più efficiente) e alta raffinatezza a bordo (assenza di vibrazioni).
Tuttavia, altre applicazioni sono in vista per questo motore, con INNengine che sta sviluppando un motore per la competizione e l'aviazione (leggera) ha già mostrato un grande interesse per questo motore.
Mondo reale
Come il motore Achates Power, il potenziale dell'INNengine 1S ICE è innegabile. Per vederlo davvero, è necessario un enorme sostegno finanziario e, sebbene entrambe le società abbiano il supporto di Saudi Aramco (il gigante petrolifero saudita), l'ideale sarebbe avere il supporto di una o più case automobilistiche.
Se Achates Power l'ha già raggiunto grazie in parte al supporto di Cummins (produttore di motori) e ARPA-E (agenzia governativa statunitense per progetti energetici avanzati), INNengine deve ancora trovarlo.
Ci sono 10 anni di sviluppo, ci sono già prototipi di motori sui banchi prova. L'interesse generato può solo aumentare — anche a causa delle promesse di questo booster —, ma anche così, non è garantito che raggiunga una conclusione positiva. Ciò è dovuto al contesto attuale, in cui l'industria automobilistica è forzatamente focalizzata, solo e solo, sull'elettrificazione. Sarà difficile per un costruttore diversificare il suo investimento in un motore a combustione interna completamente nuovo, e al di là di dove c'è così tanto di nuovo in esso.
Non c'è da meravigliarsi se l'attenzione di INNengine si concentra sullo sviluppo dell'1S ICE come range extender: sembra essere l'unica possibilità che possa prendere piede nel prossimo futuro e catturare l'interesse dell'industria automobilistica.
L'importanza del motore a combustione interna in futuro è rilevante non solo per l'automobile, ma per tutti i tipi di veicoli che utilizza, siano essi terrestri, marittimi o aerei. I numeri sono chiari e travolgenti.
Ogni anno vengono prodotti circa 200 milioni di motori a combustione interna (circa 90 milioni appartengono alle automobili), quindi non si prevede che nel breve/medio termine scompaiano semplicemente ora che abbiamo “scoperto” l'elettricità.
È fondamentale continuare a investire nella loro evoluzione, perché anche loro fanno parte della soluzione.
Per coloro che vogliono saperne di più su questo motore a combustione interna, vi lascio un video (spagnolo, ma sottotitolato in inglese) di Juan Francisco Calero, giornalista, che ha avuto l'opportunità di visitare le strutture di INNengine e parlare con Juan Garrido, di INNengine: