Poiché l'argomento è complesso, spieghiamo prima brevemente il concetto di rapporto di compressione per capire perché il motore a compressione variabile VC-T di Nissan è così straordinario? Quindi cercherò di semplificare, a rischio di commettere qualche imprecisione – se ciò accade puoi sempre passare attraverso il nostro Facebook e lasciarci un commento.
Valutare cosa?
Il rapporto di compressione è il numero di volte in cui un dato volume viene compresso all'interno del cilindro. Esempio pratico: un quattro cilindri da 1,0 litri con rapporto 10:1 ha cilindri da 250 cm³ che, al loro punto morto superiore, comprimono la miscela fino a un volume di soli 25 cm³, cioè a un decimo del suo volume ( 10:1). La versione complessa della spiegazione del rapporto di compressione può essere vista qui.E perché è così importante?
Perché maggiore è il rapporto di compressione del motore, maggiore è la sua efficienza. Maggiore è la compressione del motore, più rapida è l'espansione dei gas derivanti dall'esplosione e di conseguenza più rapida è la discesa del pistone e della biella, e quindi più veloce lo spostamento dell'albero motore - con conseguente maggiore movimento trasmesso al veicolo ruote. Ecco perché le auto sportive hanno rapporti di compressione più elevati: ad esempio, il motore V10 dell'Audi R8 comprime 12,7 volte il suo volume.
Allora perché non tutte le auto hanno rapporti di compressione elevati?
Per due motivi: il primo motivo è che la miscela pre-detona e il secondo motivo è che è costoso realizzare un motore con un rapporto di compressione elevato. Ma andiamo prima al primo motivo. All'aumentare del rapporto di compressione, aumenta anche la temperatura della miscela aria-carburante all'interno della camera di combustione e questo aumento di temperatura può portare all'accensione prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore. Il nome di questo fenomeno è pre-detonazione ed è per questo effetto che i marchi automobilistici sono costretti a produrre motori con rapporti di compressione conservativi, con mappe di accensione e iniezione studiate per proteggere il motore da questo fenomeno a discapito della massima efficienza.D'altra parte, anche produrre motori con rapporti di compressione elevati è costoso (per i marchi e quindi per i clienti…). Perché per evitare la pre-detonazione nei motori con rapporti di compressione elevati, i marchi devono ricorrere a materiali più nobili e resistenti che dissipano in modo più efficiente il calore generato nel motore.
Nissan trova (finalmente!) la soluzione
Negli ultimi 25 anni diversi marchi hanno cercato senza successo di superare i limiti dei motori a questo livello. Saab è stato uno dei marchi che si è avvicinato, presentando addirittura un motore rivoluzionario che, grazie al movimento laterale della testata, riusciva ad aumentare o diminuire la cilindrata della camera di combustione. e quindi il rapporto di compressione. Problema? Il sistema aveva difetti di affidabilità e non è mai entrato in produzione. felicemente...
Il primo marchio a trovare una soluzione è stato, come dicevamo, Nissan. Un marchio che presenterà a settembre al Salone di Parigi il primo motore al mondo a compressione variabile. Si tratta di un motore 2.0 Turbo da 274 CV e 390 Nm di coppia massima. Questo motore sarà inizialmente lanciato solo negli Stati Uniti, sostituendo il motore 3.5 V6 che attualmente equipaggia i modelli Infiniti (la divisione dei modelli premium di Nissan).
Come ha fatto Nissan a raggiungere questo obiettivo?
Era stregoneria. Sto scherzando... era pura ingegneria. Nei motori convenzionali le bielle (quel braccio che “afferra” il pistone) sono attaccate direttamente all'albero motore, nel motore VC-T di Nissan questo non accade. Come puoi vedere nell'immagine qui sotto:
In questo rivoluzionario motore Nissan la lunghezza della biella principale è stata ridotta e collegata ad una leva intermedia imperniata all'albero motore e collegata ad una seconda biella mobile opposta alla biella che varia l'entità del movimento del pistone. Quando la centralina controllo motore determina che è necessario aumentare o diminuire il rapporto di compressione, l'attuatore modifica l'angolo della leva intermedia, alzando o abbassando la biella e quindi variando la compressione tra 8:1 e 14:1. Così, il motore Nissan riesce a combinare il meglio dei due mondi: massima efficienza ai bassi regimi e più potenza agli alti regimi, evitando l'effetto pre-detonazione.
Questa variazione del rapporto di compressione del motore è possibile solo in modo efficiente ea qualsiasi regime di giri, grazie a una miriade di sensori distribuiti su tutto il motore. Questi inviano in tempo reale alla ECU centinaia di migliaia di informazioni al secondo (temperatura dell'aria, camera di combustione, aspirazione, turbo, quantità di ossigeno nella miscela, ecc.), consentendo di modificare di conseguenza il rapporto di compressione. del veicolo. Questo motore è inoltre dotato di un sistema di fasatura variabile delle valvole per simulare il ciclo Atkinson, in cui le valvole di aspirazione rimangono aperte più a lungo per consentire all'aria di fuoriuscire attraverso di esse, riducendo così la resistenza aerodinamica del motore in fase di compressione.
Chi annuncia ripetutamente la fine del motore a scoppio deve tornare a “tenere la chitarra nella borsa” . I “vecchi” motori a combustione interna hanno già più di 120 anni e sembrano destinati a restare. Resta da vedere se questa soluzione sarà affidabile.
Ancora un po' di storia?
I primi studi sugli effetti del rapporto di compressione sull'efficienza del ciclo di lavoro dei motori a combustione interna risalgono al 1920, quando l'ingegnere britannico Harry Ricardo era a capo del Dipartimento di sviluppo aeronautico della Royal Air Force (RAF). Una delle sue missioni più importanti era quella di trovare una soluzione per l'elevato consumo di carburante dei velivoli della RAF e di conseguenza per il loro corto raggio di volo. Per studiare le cause e le soluzioni di questo problema, Harry Ricardo sviluppò un motore sperimentale a compressione variabile dove scoprì (tra l'altro) che alcuni combustibili erano più resistenti alla detonazione. Questo studio è culminato nella creazione del primo sistema di valutazione del numero di ottano del carburante.
Fu grazie a questi studi che, per la prima volta, si concluse che rapporti di compressione più elevati sono più efficienti e richiedono meno carburante per produrre la stessa energia meccanica. Fu da questo momento che i giganteschi motori da 25 litri di cilindrata – che conosciamo dagli aerei della prima guerra mondiale – iniziarono a lasciare il posto a unità più piccole ed efficienti. I viaggi transatlantici divennero una realtà e le limitazioni tattiche durante la guerra (dovute alla gamma di motori) furono alleviate.
