Come Compressione del Gas

Nell’estate del 2017, Mazda ha fatto un annuncio: l’azienda automobilistica ha trovato un modo per produrre motori a benzina ad accensione spontanea per le autovetture. Mazda ha affermato che il suo nuovo motore potrebbe migliorare il risparmio di carburante del 20-30%, un risultato considerevole per un motore a benzina.

Prima di addentrarci in questa tecnologia, vale la pena notare che il motore ad accensione spontanea non è un concetto nuovo. Le auto di Formula 1 utilizzano motori ad accensione spontanea e molte altre case automobilistiche hanno tentato di sviluppare una versione commercialmente valida per le autovetture. Ma il motore di Mazda, soprannominato Skyactiv-X, sarà il primo motore di questo tipo prodotto in serie e disponibile in commercio. Grazie a Jay Chen, un ingegnere propulsore di Mazda, HowStuffWorks ha potuto scoprire come è stata raggiunta questa svolta. Per prima cosa, però, dobbiamo dare un'occhiata alle funzioni di base di un motore.

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Un motore funziona accendendo il carburante in due modi: calore e compressione. I motori ad accensione comandata si trovano nella maggior parte delle auto a benzina. In questi tipi di motori, le candele si accendono per accendere il carburante nella camera di combustione, mentre anche la miscela di carburante e aria viene compressa. Questa è una versione molto semplificata del processo, ovviamente, solo per illustrare la differenza principale tra i due tipi di motore. I motori ad accensione comandata seguono un ciclo e richiedono tempi precisi per funzionare, ma sono generalmente affidabili in una varietà di condizioni [fonte: Knight].

I motori ad accensione spontanea funzionano più come i motori diesel. I motori diesel sono progettati per una compressione molto più elevata (che richiede componenti più pesanti e una struttura più resistente) e utilizzano le candelette come fonte di calore anziché le candele. Le candelette riscaldano la camera di compressione, che a sua volta aumenta la compressione all'interno della camera. Quando il carburante viene aggiunto alla camera, viene spruzzato sulla punta della candela, ma il processo si basa più sulla compressione che sul contatto tra il carburante e la candela. La mancanza di "scintilla" aiuta i motori diesel a ottenere valutazioni EPA più elevate rispetto ai motori a benzina con specifiche altrimenti simili [fonte: Stewart].

Se ci concentriamo sul gas vi starete chiedendo: che senso ha spiegare come funziona un motore diesel? Semplicemente, per illustrare l'importanza della compressione. Il modo migliore per migliorare il motore a gas è capire come aumentare la compressione, che consente al motore di utilizzare la fornitura di carburante in modo più efficiente.

Un motore a benzina ad accensione spontanea combina le parti migliori di questi processi. Il motore è programmato per intrappolare l'aria (tipicamente lo scarico del motore) nel cilindro del motore regolando la fasatura delle valvole di scarico e di aspirazione. Gli iniettori di carburante aggiungono carburante a questo scarico intrappolato e poiché la miscela intrappolata è sottoposta a una compressione molto elevata, la quantità relativamente piccola di carburante è in grado di accendersi.

I motori ad accensione spontanea possono anche essere suddivisi in due tipi diversi [fonte: Lindberg].

La differenza principale tra questi due motori è il punto del processo in cui viene aggiunto il carburante, ottenuto attraverso aggiustamenti ai cicli e ai tempi dei motori. Per il resto, i motori funzionano in modo simile; la compressione è il fattore più importante.

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I motori ad accensione spontanea presentano alcuni vantaggi e almeno altrettanti inconvenienti. Tra i suoi vantaggi ci sono:

"Per fare una grossolana analogia, l'accensione a scintilla è simile all'accensione di un fuoco accendendo solo un bordo del foglio di giornale e lasciando che la fiamma si arrampichi gradualmente sul foglio", spiega Jay Chen, ingegnere del gruppo propulsore Mazda, via e-mail. "[L'accensione per compressione] è più simile alla combustione spontanea in cui il carburante e l'aria hanno raggiunto una pressione e una temperatura critiche e l'intera carica cambia fase allo stesso tempo, rilasciando così tutta l'energia in una volta. Rilasciando tutta l'energia quasi in una volta, [ accensione per compressione] può estrarre più potenza (poiché avviene molto prima che il rapporto di espansione sia esaurito) dalla stessa quantità di aria utilizzando da due a tre volte meno carburante e a temperature di combustione molto più fredde, riducendo ulteriormente lo spreco di energia termica e la formazione di emissioni ."