Disattivazione cilindri: come funzionano i sistemi più diffusi sulle auto

I motori sono complicati e ottenere il miglior compromesso prestazioni/consumi/emissioni non è facile: per fortuna esiste la disattivazione cilindri! L’idea è quella di “spegnere” uno o più cilindri per diminuire gli attriti e far funzionare i cilindri rimanenti in modo più efficiente. La disattivazione cilindri implementa un downsizing reversibile e fa lavorare i cilindri attivi con la valvola a farfalla più aperta. Il lavoro che prima era svolto da tutti ora compete solo ad alcuni cilindri e quindi l’acceleratore sarà più premuto e l’aspirazione più “libera”. Ma come riesce la disattivazione dei cilindri a far rispettare i limiti delle emissioni auto? Il segreto è proprio nell’aumentata efficienza dei motori auto ottenibile con la disattivazione cilindri. Nella figura qui sotto si vedono le curve coppia-giri di un motore con tutti i cilindri in funzione e, a destra, con la disattivazione cilindri.

LA DISATTIVAZIONE CILINDRI AL MICROSCOPIO

L’area verde è quella di massima efficienza mentre la linea nera è la resistenza del veicolo all’aumentare della velocità. Le curve del motore con i cilindri disattivati si “abbassano” (la potenza massima scende perché legata alla coppia) e quindi anche l’area di massima efficienza. A questo punto la coppia necessaria per vincere la resistenza (è uguale e contraria) incontra l’area verde e quindi il motore lavora alla massima efficienza. Così il consumo è minimizzato e anche le emissioni di CO2: la disattivazione cilindri permette quindi di rispettare i limiti di emissioni auto. La soluzione scelta universalmente per la disattivazione cilindri è tagliare l’alimentazione e lasciare le valvole in posizione chiusa. Il gas dentro i cilindri disattivati viene compresso e poi si espande restituendo il lavoro speso in compressione ma a valvole chiuse si riducono le perdite di pompaggio.

COME SI DISATTIVANO I CILINDRI?

È questo il nome della resistenza che l’aria incontra nei condotti in fase di aspirazione e che si traduce in un “freno” al movimento dei pistoni. Ci chiediamo ora: quali sono i sistemi per fermare le valvole e quindi disattivare i cilindri? L’approccio di Mazda, usato per esempio sui motori Skyactiv-G della Mazda 3 2019, usa i cilindretti idraulici del recupero gioco valvole. Le 2 metà di un perno di collegamento vengono avvicinate dalla pressione dell’olio, controllata da una valvola, e il cilindretto si muove a vuoto. Un sistema simile è usato dal V6 da 3 litri della Giulia auto dell’anno 2018 e Stelvio Quadrifoglio, che disattiva i 3 cilindri della bancata destra. Anche una supercar come la Lamborghini Aventador usa la disattivazione cilindri per “spegnere” 6 dei suoi 12 nobili cilindri.

PUNTERIE “CEDEVOLI”

Il sistema Audi per il suo V8 da 4 litri prevede invece alberi a camme in più sezioni che possono scorrere. Quando le sezioni mobili si spostano lateralmente le loro camme non toccano le punterie a dito e quindi essi non muovono le valvole. Il sistema c’è inoltre nel TFSI 4 cilindri 1,5 litri usato dal Gruppo Volkswagen, per esempio nella nuova Golf 8. Ricordiamo che una tecnica simile è usata nei motori Mercedes con il nome di Camtronic.

Diversa è la tecnologia detta switchable rocker, che prevede bilancieri/dita divisi in due parti unite da uno spinotto. Un circuito idraulico sposta lo spinotto stesso e disaccoppia le 2 metà, che cedono sotto la camma senza agire sullo stelo valvola. Questa tecnologia è nel Ford Ecoboost da 1.000 cc che ha 3 soli pistoni: grazie a delle punterie a dito “collassabili” molto reattive il sistema funziona fino a 4.500 giri.

CILINDRI DISATTIVATI MA NON TROPPO

Vediamo Econamiq, che mette a riposo solo parzialmente i cilindri disattivati. BMW aveva proposto questo schema nel 1981 ma senza sbocco. L’olandese Econamiq è invece convinta del seguito commerciale del sistema, che opera una “iperespansione”dei gas di scarico nei cilindri inattivi. Quindi questo sistema sfrutta tecniche di disattivazione cilindri e di controllo delle valvole? Si, la disattivazione di cilindri è richiesta ma viene usata diversamente: i gas di scarico di un cilindro attivo vengono inviati a quelli inattivi.

I gas completano quindi la loro espansione in più cilindri, cedendo ai pistoni molta più della loro energia residua rispetto ad un motore convenzionale. Il flusso dei gas di scarico viene controllato da valvole che li inviano al collettore, quando il carico del motore è alto. Se il carico è basso lo scarico viene deviato nei cilindri adiacenti, per un risparmio di carburante promesso essere del 20%.