Mazda: via le candele dai motori. La Casa promette consumi record

Dobbiamo imparare a non aver paura e considerare i problemi come opportunità mascherate. Prendiamo il “battito in testa”: se i più giovani forse non ne hanno sentito parlare, chi ha (diciamo così) un'esperienza di vita più lunga se lo ricorda bene, magari dai racconti di qualcuno o avendolo sperimentato di persona. Il fenomeno era famigerato perché poteva portare a seri danni al motore (per saperne di più leggi l'articolo dell'Esperto sulla benzina a 100 ottani) e infatti non appena l'elettronica si è perfezionata esso è praticamente sparito, tenuto sotto controllo dai sensori. L'accensione spontanea potrebbe però ritornare, in modo addirittura trionfale, nei prossimi motori Mazda HCCI che potrebbero rinunciare alle candele!

OMOGENEA È MEGLIO La sigla sta per Homogeneous Charge Compression Ignition e potremmo tradurla con “carica omogenea con accensione per compressione”. In questi motori la miscela aria-benzina introdotta nella camera di scoppio ha quindi una composizione uniforme e non viene accesa da un agente esterno, come la scintilla di una candela, ma si infiamma autonomamente. Vengono così a mancare alcuni capisaldi dei motori a benzina, come le cariche stratificate e, cosa ancor più, eclatante, l'accensione comandata. La stratificazione si usa per poter impiegare rapporti aria/benzina alti (evitando la congenita difficoltà di accensione che portano in dote): una piccola quantità di miscela ricca accende la restante carica, che ha meno benzina rispetto al canonico rapporto stechiometrico (leggi della composizione ottimale della miscela aria/benzina). Ancor più spiazzante è l'assenza della candela d'accensione, un particolare che accompagna i motori a ciclo Otto quasi dalla loro nascita.

MI ACCENDO DA SOLA Se la spark plug non c'è l'accensione della carica deve avvenire tramite il riscaldamento provocato dalla compressione, una vera rivoluzione! Questo rivoluzionario motore dovrebbe, secondo Nikkei, essere presentato nel 2018, andando ad equipaggiare la nuova Mazda 3 (leggi la prova su strada della Mazda 3 1.5 Skyactiv-D) e promettendo risparmi del 30% nel consumo di carburante. Mazda guarda con attenzione alle auto elettriche e ne inizierà la produzione in serie entro entro il 2019 mentre il suo primo ibrido plug-in dovrebbe arrivare dal 2021. Questi step si rivolgono soprattutto ai mercati statunitensi ed europei, nei quali vigono le normative ambientali più stringenti, ma la Società prevede che il motore a scoppio rimarrà maggioritario ancora per diversi anni ed è quindi particolarmente interessante perfezionarlo ancora. L'idea di un motore a benzina che funzioni in maniera simile ad un diesel non è certo nuova ma la sua concretizzazione in serie non è mai avvenuta per oggettive difficoltà progettuali e costruttive.

COMBUSTIONE SI O NO? La principale è senza dubbio l'indeterminatezza del momento nel quale la combustione avverrà: essa sicuramente non avrà luogo prima dell'iniezione della benzina ma, ad iniezione avvenuta, è difficile sapere “quando” avverrà l'accensione della miscela aria/carburante. Una cosa è certa: dato che l'aria deve riscaldarsi parecchio, durante la fase di compressione, il rapporto di compressione del motore dev'essere alto, da diesel, per l'appunto. Se la cosa stressa di più, da un lato, manovellismo, testa e pistoni, dall'altro è già la premessa per un'alta efficienza. Si deve comunque essere sicuri che la combustione avvenga nel tempo giusto: il battito in testa va comunque evitato, e la tecnica di oggi potrebbe essere abbastanza matura per permettere un funzionamento sicuro. Il primo caposaldo del sistema è il rapporto di compressione variabile: le condizioni nelle quali l'autoaccensione s'instaura sono variabili ed i sistemi di variazione continua della fasatura e dell'alzata dovrebbero riuscire ad implementare questa variazione veloce della compressione (leggi del sistema Infiniti VC Turbo a compressione variabile, che potrebbe funzionare in HCCI in futuro). Un altro fattore importante è la temperatura dell'aria in entrata nel cilindro: una regolazione abbastanza veloce (cycle-to-cycle) può essere fatta miscelando in tempo reale e in proporzione variabile l'aria aspirata con altra preriscaldata, ad esempio dallo scarico.

EQUILIBRISTI DELLA DETONAZIONE Anche la miscelazione con i gas di scarico è un elemento di controllo e la cosa può avvenire sia pilotando opportunamente la valvola EGR sia con la fasatura della distribuzione. Altre strategie prevedono l'uso di carburante “ibrido”, ossia addizionato di gasolio o etanolo magari in proporzioni variabili in tempo reale. Le miscele aria-carburante saranno tendenzialmente povere, dato che la combustione sarà “violenta” come i diesel vecchia maniera, e questo diminuirà ulteriormente i consumi. Le temperature medie saranno però più basse, con benefici effetti per la produzione degli NOx, ma la sostanziosa produzione di CO e HC imporrà comunque sistemi di riduzione delle emissioni. Un fattore critico è anche il relativamente ristretto range di funzionamento ottimale per un motore del genere, che deve trovare un difficile equilibrio fra la detonazione incontrollata e l'efficienza. Grandi potenzialità, quindi, e altrettante difficoltà: se Mazda riuscirà a quadrare questo difficile cerchio sarà veramente una svolta nell'automotive.