Porsche ha presentato un innovativo brevetto per un motore a sei tempi, progettato per migliorare l’efficienza energetica dei propri propulsori e rispondere alle sfide della decarbonizzazione.
L’ideologia Green promossa dall’Unione Europea sta accelerando la deindustrializzazione del Vecchio Continente, portando a stagnazione economica e recessione. La Germania, colpita duramente, è ufficialmente in recessione tecnica, e il settore automotive è uno dei più penalizzati. Lo scorso anno le immatricolazioni di auto hanno registrato cali importanti con un mese di agosto che ha visto toccare percentuali a doppia cifra: Germania -28%, Francia -24%, Italia -13,5% e Spagna -6,5%. Anche i veicoli elettrici segnano un crollo superiore al 40%, nonostante gli investimenti delle case automobilistiche.
Inoltre, i rigidi obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2 sotto i 95 g/km rischiano di aggravare ulteriormente la situazione economica dell’eurozona.
Il motore a sei tempi Porsche: un’innovazione rivoluzionaria
Alla luce di questa crisi, ci si aspetterebbe che la politica rivedesse alcune delle sue decisioni, anche considerando i risultati delle ultime elezioni, che non hanno premiato gli ambientalisti. In attesa di possibili cambiamenti, le case automobilistiche europee non sono rimaste con le mani in mano. Hanno investito nella ricerca di soluzioni tecniche innovative per salvaguardare i motori a combustione interna, indispensabili per l’economia europea e globale, in vista degli obiettivi di decarbonizzazione fissati dall’Unione Europea entro il 2050.
Tra queste soluzioni spicca il brevetto di Porsche per un motore a sei tempi, sviluppato in collaborazione con la Technical University di Cluj-Napoca in Romania, dove il marchio tedesco gestisce un centro di ricerca e sviluppo dal 2016.
Questa invenzione punta a combinare i vantaggi dei motori a due tempi (maggiore potenza specifica) con quelli dei motori a quattro tempi (minori emissioni e maggiore affidabilità). Il risultato è un motore che consente di effettuare due combustioni per ciclo, migliorando l’efficienza energetica rispetto ai tradizionali motori a quattro tempi.
Dettagli del brevetto
Il brevetto (US 2024/0301817 A1), depositato presso l’United States Patent and Trademark Office, descrive un sistema che utilizza ingranaggi per ottimizzare i movimenti del pistone, garantendo un miglior rendimento termodinamico. Tra i principali dettagli tecnici del brevetto troviamo:
- Ingranaggi dentati che regolano le oscillazioni del pistone.
- Un sistema di lavaggio dei cilindri tramite luci di scarico posizionate radialmente.
- Due combustioni distinte per ciclo, per massimizzare l’energia generata dalla miscela.
Il motore è progettato per compiere un ciclo di lavoro completo ogni 1.080 gradi dell’albero motore, ossia ogni tre giri, per un totale di sei tempi: aspirazione, compressione, espansione, nuova compressione, seconda espansione e scarico.
Come funziona il motore a sei tempi
Il motore vede quindi due sequenze di fasi alternate, ciascuna consistente in tre tempi. Questo permette di combinare i vantaggi dei motori a due tempi, la cui fase di generazione di potenza avviene a ogni giro dell’albero motore così da ottenere una maggiore potenza specifica, con i vantaggi dei quattro tempi. Meno emissioni, maggiore affidabilità e durata delle unità.
La maggiore efficienza sarebbe raggiunta in quanto, rispetto a un motore a quattro tempi in cui la combustione permette di trasformare l’energia chimica contenuta nella miscela in energia meccanica nella sola fase di espansione sfruttando quindi una corsa su quattro del ciclo termodinamico completo, il motore a sei tempi permetterebbe di effettuare due volte la combustione, su un ciclo completo costituito da sei corse del pistone.
Quindi vedendo una fase attiva ogni tre corse del pistone. Questo introducendo però importanti modifiche rispetto ai motori tradizionali.
In primis un’interfaccia tra il piede di biella e il perno di manovella costituita di un ingranaggio dentato che ruota all’interno di una corona dentata circolare. Una sorta di rotismo epicicloidale in cui però sono presenti solo corona e un singolo satellite rotante all’interno di essa. La geometria di connessione degli elementi inoltre vede il perno di biella disassato rispetto all’asse di manovella. In modo da determinare variazioni calibrate nelle ampiezze di oscillazione del pistone durante le sue corse.
Ciò in quanto il meccanismo porta il piede di biella a disegnare geometrie ipotrocoidali definendo due diversi punti morti superiore e inferiore sulle sei corse del pistone. In tale ottica il motore è portato a compiere un ciclo di lavoro completo ogni mille e 80 gradi dell’albero motore. Quindi ogni tre giri, per un totale di sei tempi costituiti da aspirazione, compressione, espansione seguiti da una nuova compressione con successiva espansione e quindi dalla fase di scarico.
Doppi punti morti
Nello specifico accade che i cicli vedano una prima fasi di aspirazione canonica dal punto morto superiore “basso” al punto morto inferiore “alto”. Una seconda fase di compressione porta poi il pistone nel punto morto superiore “alto”, viene seguita dalla combustione e dall’espansione fino al punto morto inferiore “basso”. Il raggiungimento di tale posizione determina l’apertura di luci di scarico posizionate radialmente alla base del cilindro che permettono il lavaggio dello stesso con l’uscita dei gas combusti e l’iniezione di una nuova carica nel cilindro tramite i condotti di aspirazione o ulteriori luci di aspirazione dedicate.
In questo modo è possibile una nuova fase di compressione escludendo l’apertura delle valvole di scarico principali e quindi una nuova combustione con successiva espansione dal punto morto superiore “alto” al punto morto inferiore “basso”. Il ciclo quindi completa l’ultima corsa del pistone che vede lo scarico dei gas dalle valvole con raggiungimento del punto morto superiore “basso”.
All’interno del brevetto è specificato che le luci di lavaggio possono essere dimensionati in accordo con la quantità di gas da scaricare o potrebbero essere divise in più porte di minori dimensioni per ottimizzare l’uscita dei gas. La seconda carica di miscela iniettata invece non è chiarito come dovrebbe avvenire lasciando adito a diverse soluzioni al fine di una reale implementazione. Di fatto un brevetto interessata se interpretato quale esercizio ingegneristico ma la cui produzione e commercializzazione sarà difficile a realizzarsi.
Sfide e prospettive del motore a sei tempi
Nonostante l’ingegnosità del progetto, la tecnologia presenta alcune sfide:
- Complessità meccanica, sia nei manovellismi sia nei sistemi di aspirazione e scarico.
- Un maggior numero di componenti, che implica un aumento di pesi, ingombri e costi produttivi.
- Difficoltà di controllo della combustione, che richiede un sistema avanzato per gestire le diverse fasi operative.
Queste criticità rendono difficile una produzione su larga scala. Tuttavia, il motore a sei tempi rappresenta un importante esercizio ingegneristico che potrebbe ispirare ulteriori sviluppi nel settore automobilistico.
Considerazioni finali
I motori a combustione interna restano fondamentali per l’economia europea, soprattutto in mancanza di alternative competitive e infrastrutture adeguate. Soluzioni come il motore a sei tempi di Porsche dimostrano che l’ingegneria può offrire risposte concrete alle sfide della sostenibilità, tutelando al contempo la tradizione tecnologica europea.
Titolo: Motore a sei tempi: innovazione Porsche per la decarbonizzazione Europea
Autore: Jacopo Oldani
