Motori delle auto: le principali tipologie

UNA GRANDE VARIETÀ - L’elettrificazione ha introdotto schemi nuovi che combinano in vario modo motori a combustione con quelli elettrici ma anche la possibilità muoversi soltanto con l’energia contenuta nella batteria, rinunciando del tutto a quella dei carburanti. Questo ha arricchito un panorama già variegato di soluzioni tecniche per i motori e quindi andiamo a vedere pregi e difetti delle varie configurazioni.

MOTORI A GASOLIO

Il motore a gasolio è efficace nel suo funzionamento: la compressione repentina ed elevata scalda così tanto l'aria che tutto il gasolio iniettato si accende contemporaneamente, generando quindi una combustione velocissima e di alto rendimento. È chiaro che un processo così istantaneo rende il funzionamento del motore piuttosto ruvido perché si ha un grande picco di pressione in camera di scoppio ma il Common rail, brevetto italiano, ha rimediato a questo inconveniente immettendo il carburante in camera di scoppio con iniezione successive di piccola portata. Un buon turbodiesel di oggi è fluido come un benzina, ma ha una curva di coppia decisamente più “robusta” e consumi minori di circa il 20%. 

La combustione tende a produrre fuliggine e particolato mentre le alte temperature/pressioni in camera di scoppio creano ossidi di azoto: quindi per arrivare agli attuali notevoli livelli di pulizia dei moderni turbodiesel occorrono sistemi di trattamento dei gas di scarico complicati: in certi casi, oltre ai consueti catalizzatori e filtro antiparticolato, si possono trovare anche due sistemi SCR (che usano l’AdBlue) e due valvole EGR. Questa complessità incrementa i costi di manutenzione e rende questi motori adatti a chi fa molti km l’anno, dato che il consumo ridotto permette di ammortizzare questa spese. L’usato diesel, anche con omologazione Euro bassa, è comunque molto richiesto nelle aree non soggette a limitazioni della circolazione.

MOTORI A BENZINA

La combustione dei motori a benzina è molto più “morbida” perché la miscela aria-carburante si accende a partire dalla candela (candele se sono più di una) per poi propagarsi in tutta la camera di combustione come un fronte di fiamma più che uno scoppio. È quindi un processo più graduale e meno energetico rispetto a quello del motore a gasolio ma è anche meno efficiente dal punto di vista termodinamico. Il minor rapporto di compressione rende inoltre il motore a benzina meno ricco di coppia rispetto a quello a gasolio. 

Anche i dispositivi di pulizia dei gas di scarico sono molto più semplici ma ormai la diffusione della sovralimentazione, guidata dal downsizing, e l’iniezione diretta hanno reso necessario il ricorso a dispositivi per l'abbattimento degli ossidi di azoto e del particolato. Probabilmente il motore a benzina resterà in produzione più a lungo perché meno complesso e particolarmente adatto all’ibridizzazione, dato che il boost elettrico viene in soccorso ai bassi regimi, lì dove il benzina è più “vuoto”. La manutenzione è più semplice ma a parità di prestazioni il motore a benzina consuma di più, rivelandosi quindi poco adatto ai grandi viaggiatori.

MOTORI A GAS

Una scelta adatta a chi percorre molti km e non vuole usare veicoli a gasolio. In effetti sia il Gpl sia il metano promettono spese vive piuttosto contenute con il Gpl reperibile praticamente ovunque. Altro vantaggi dei Gas di Petrolio Liquefatti sono il mantenersi liquidi a temperatura ambiente e il prezzo, più stabile di quello del metano. Il Gpl è da considerare per il risparmio che promette: anche se i consumi aumentano del 30% la differenza nei prezzi - 1,871 contro 0,710 euro/litro - è in grado di più che compensare questo svantaggio. Ora è anche diventato più facile installare l’impianto perché basta l’attestazione di un meccanico qualificato. Il metano ha perso, con la crisi energetico degli anni scorsi, il vantaggio economico del prezzo conservando la maggior complessità di un impianto che prevede, per esempio un serbatoio ad alta pressione da revisionare periodicamente: il prezzo dell’usato ne ha risentito e forse è possibile fare buoni affari.

MOTORI MICRO E MILD HYBRID

Questa configurazione è la forma più semplice di elettrificazione: un piccolo motore elettrico, un BSG (Belt Starter Generator) ovvero di un alternatore capace di funzionare anche come motore, “aiuta” il motore a scoppio in accelerazione e recupera energia in frenata. Il tutto è affiancato da una piccola batteria che accumula e restituisce energia a seconda della situazione. Le soluzioni a bassa tensione non danno vantaggi sostanziali se non il fatto di essere considerate ibride e godere dei benefici accordati a questo tipo di vetture. Più efficaci sono invece le configurazioni a 48 volt perché il BSG può erogare 15/20 CV, una potenza in grado di fornire un contributo avvertibile, anche perché questa configurazione comporta un aggravio di peso non rilevante. In ogni caso questo tipo di motori rendono al meglio in città e nel misto, condizioni nelle quali il recupero di energia è continuo; in autostrada e nelle strade a scorrimento veloce il funzionamento e i consumi sono quelli di una vettura normale.

MOTORI FULL HYBRID

Un gradino più sopra delle mild troviamo le full hybrid, nate nel 1997 con la prima serie della Toyota Prius. Anche in questo caso il rendimento massimo si riscontra nell’uso urbano e su strade miste: la batteria più grande e il motore elettrico prestante permettono infatti brevi percorrenze in puro elettrico impossibili per le ibride mild. Anche in questo caso il contributo elettrico viene a mancare completamente nei tragitti veloci e con pochi rallentamenti, con l’aggravante di pesi maggiori dei componenti elettrici rispetto alle ibride micro e mild. In queste ultime situazioni i consumi salgono sensibilmente e sono simili a quelli di una normale auto non ibrida.

MOTORI IBRIDI PLUG-IN

Questa tipologia di automobile aumenta sia la potenza dl motore elettrico sia la capacità della batteria, rendendo possibili percorrenze in solo elettrico di diverse decine di km (si sfiorando i 100 in alcuni casi). In questo modo le emissioni nel ciclo di omologazione WLTP scendono di molto. L’aggravio di peso, così come la complessità del tutto - occorre aggiungere anche un caricabatteria con relativi cablaggi - crescono però molto: la massa aggiuntiva è di almeno 150 kg. In alcuni casi il powertrain elettrico è usato per realizzare la trazione integrale e l’aggravio di peso è parzialmente compensato dall’assenza del ripartitore e dell’albero di trasmissione. In città e nel misto queste automobili sono quindi molto valide, perché permettono di andare quasi sempre in elettrico, a patto di partire sempre con la batteria carica, mentre in autostrada, esaurita la carica della batteria, il peso aggiuntivo si fa inesorabilmente sentire e incide sui consumi.

MOTORI ELETTRICI

Questa tecnologia ha diversi punti di forza: emissioni locali zero, fluidità della marcia, una coppia generosa disponibile sempre, rumore e vibrazioni ridottissimi e un’efficienza energetica irraggiungibile per gli altri motori. Considerando che l’energia contenuta in 1 litro di gasolio è di circa 10 kWh, con questa energia una buona elettrica percorre infatti circa 50-60 km. Le auto elettriche promettono costi di manutenzione ridotti e godono di agevolazioni sul bollo e dell’accesso alle ZTL e ai parcheggi con le strisce blu. 

Fra i punti deboli delle elettriche a batteria c’è una certa sensibilità delle percorrenze alle temperature esterne e la ricarica che può essere problematica. Le colonnine pubbliche sono ormai molte, ma la loro distribuzione è disomogenea e spesso sono occupate o non funzionanti. Anche il costo del “carburante” è quantomai incerto: dal “quasi zero” se si ricarica a casa con il fotovoltaico o gratis in ufficio (e in generale presso esercizi commerciali che offrono questo servizio) a prezzi a kWh, nelle colonnine fast, che rendono il costo/km - per quel riguarda il carburante - meno competitivo rispetto al diesel. 

Un altro fattore di incertezza, comune a tutte le tecnologie nuove, è una possibile rapida obsolescenza dei modelli: la Tesla Model S, la prima elettrica moderna, è del 2012 e quindi nei prossimi anni ci si possono aspettare grandi cambiamenti. Da ridimensionare invece la questione dell’autonomia: più del 90% degli italiani percorre 20-30 km al giorno e quindi un’elettrica economica e con una batteria da 40 kWh o anche meno sarebbe sufficiente per una settimana di utilizzo.