07 - 2014 | L'intervento
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Motori: Gasolio o benzina?

prof. ing. Giorgio Minelli*

Nel pensiero corrente sono due motori quasi uguali, in verità hanno in comune solo l’essere termici ed alternativi: camere di combustione, e poi un complesso meccanismo di pistoni, bielle, manovelle, valvole.
Per tutto il resto sono all’opposto: ciò che giova all’uno nuoce all’altro; provate a scambiare il combustibile, se non ci credete.
Ma andiamo con ordine, perché fin dal principio – ossia nella seconda metà dell’ottocento – hanno seguito strade diverse.
è più facile bruciare un fluido volatile ed infiammabile come la benzina, accendendola con una scintilla, od invece un olio denso e pesante (od anche polvere di carbone) fidando su una forte compressione dell’aria? Ecco perché partì prima la benzina e con piccoli motori, quanto bastava per muovere le carrozze, facendo concorrenza ai cavalli, da eliminare, conservandone solo il nome come unità di misura di potenza, peraltro ora fuori legge. Erano gli anni della nascita dell’auto, che fu curiosamente caratterizzata dall’adozione di un lessico da idillio agreste: la farfalla, il collo d’oca, gli alberi, il volante, il volano, il cruscotto, la candela. Cominciò un francese, Lenoir, con un motore senza compressione, che – per l’accensione – risucchiava dentro al cilindro una fiammella che ardeva costantemente davanti, donde il nome candela, che è rimasto nei paesi latini: bugie, buja, vela. Se si spegneva, si fermava il motore, ed anche questo nome è rimasto.
Ma intanto in Germania andavano per una via più efficiente e vincente, pensando ad una compressione preventiva: sparì la fiammella e ci volle un dispositivo - tutt’ora necessario - in grado di creare una scintilla dentro al motore, che tedeschi ed inglesi vollero chiamare in modo più tecnico: zund kerze, spark plug.
Dopo vari conflitti brevettuali (pratiche allora da noi sconosciute) la spuntò Nikolas Otto, che raggiunse il successo economico, anche perché il suo motore era affidabile, e lasciò il suo cognome ai posteri: si parla infatti di ciclo otto, addirittura con una minuscola confidenziale.
Mentre Otto relegava Lenoir alla storia, e dava avvio al successo della motorizzazione a benzina per le automobili (inizialmente maschili: gli automobili), altri pensavano a grandi motori dal rapido avviamento, per liberare le industrie dalle limitazioni che derivavano dall’uso delle turbine idrauliche che necessitavano di canali, o delle lente motrici a vapore, le cui caldaie dovevano essere accese molto per tempo.
Ce la fece un altro tedesco Rudolf Diesel, che non pensò mai all’auto: la sua era una grossa e pesante macchina, e – all’epoca – era impensabile quella miniaturizzazione dell’iniezione del combustibile necessaria per i piccoli motori delle automobili.
Ecco i due tipi di motore, nati per scopi diversi e subito diversi: quello di Otto non può funzionare con forti rapporti di compressione (si ferma a 10 – 12 ), pena l’insorgere di quel tipo di combustione troppo rapida e devastante che è la detonazione, e che necessita proprio per questo di un carburante con un elevato (in termini relativi) tempo di ritardo all’accensione, come appunto la benzina. Diesel invece vuole più alti rapporti di compressione (18 – 20) con combustibili col più basso ritardo all’accensione, come appunto il gasolio. Impossibili scambiarli pena combustioni catastrofiche: ciò che giova ad uno, nuoce all’altro. Ma poi, Otto ha bisogno di miscele stechiometriche e per questo richiede ai bassi carichi di strozzare l’aspirazione con la farfalla. Diesel vuole invece miscele magre, magrissime, e non ha bisogno di strozzamenti, ciò che giova molto all’economia di marcia, ma con lenta risposta alle variazioni di carico, con scarsa guidabilità, cioè. Otto è limitato nel diametro dei pistoni, pena la detonazione, e non può invadere (neppure ora) il campo dei grandi motori di Diesel, i quali però non riuscivano a ridursi di dimensioni perché avevano difficoltà nelle piccole iniezioni, soprattutto ai bassi carichi: un minimo stabile è stato un problema fino a non molti decenni fa.
Mentre nelle industrie la diffusione dell’elettricità riduceva il mercato dei grandi motori Diesel (che sopravvivono nei gruppi di emergenza e nella propulsione navale), questi hanno cercato sfogo nel sempre più ricco mercato dell’automobile. La prima vettura è tedesca, ed appare alla fine degli anni trenta: aveva un motore pesante, rumoroso, poco guidabile, tanto da richiedere una patente apposta. Ma pian, piano, il diesel (anche lui scritto in minuscolo) ce la fa, ma deve molto complicarsi: candelette per l’avviamento, turbo, iniezione elettronica ad altissima pressione, sofisticati sistemi di controllo.
Riesce così ad assicurarsi fette significative del mercato dell’auto, ma trova sul suo trionfale cammino un ostacolo nuovo: il contenimento dell’inquinamento da gas di scarico, perché le sue alte pressioni generano ossidi di azoto che – con l’umidità – danno acidi nitroso e nitrico, dannosi per la respirazione e per l’ambiente (le piogge acide). Su questo problema il diesel è stato molto protetto dalle normative di ammissibilità, anche con complesse alchimie al limite della credibilità ideologica; norme che hanno anche ignorato gli ossidi di quello zolfo presente nel gasolio e non nella benzina. Resta però questo il grande problema del momento e – per farcela – si prova anche di ridurre il rapporto di compressione, mentre intanto parallelamente il motore otto cerca di aumentarlo per diminuire i consumi, e perciò anche l’inquinamento, grazie a sistemi informatici di controllo automatico della detonazione.
Così ora i due nemici sembrano destinati ad incontrarsi verso un ugual rapporto di compressione, di circa 14, per ora solo con motori sperimentali con iniezione di benzina all’aspirazione e di gasolio nel cilindro.
Si ha l’impressione che Otto e Diesel si stiano dando la mano per cercare una difesa contro un nemico comune: l’avanzata dei sistemi elettrici, con gli ibridi che stanno decisamente crescendo nel mercato dell’auto, grazie anche alla banalizzazione dei complessi sistemi di controllo che sono necessari.
Potrebbe andare a finire che fra i due litiganti...

*Professore emerito di Macchine nell’Università di Bologna

 

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