12 Marzo 2018

Come funziona il motore a ciclo Atkinson?

Sempre più spesso si sente parlare di motore a ciclo Atkinson, apprezzato per le sue doti di efficienza. Per questo è utilizzato soprattutto da diverse auto ibride (leggi qui la classifica dei modelli più venduti in Italia).

Motore a ciclo Atkinson funzionamento

Si tratta di un tipo di propulsore a combustione interna che funziona in maniera differente rispetto a un motore tradizionale, compensando una minore potenza con una maggiore efficienza. È stato inventato da James Atkinson (da cui prende il nome) nel 1882 e successivamente perfezionato da Ralph Miller.

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IL MOTORE A CICLO ATKINSON

COME FUNZIONA IL MOTORE A CICLO ATKINSON

Il funzionamento del motore a ciclo Atkinson non si allontana molto da quello di un comune propulsore a ciclo Otto (adottato dai tradizionali motori a benzina). Ci sono sempre i “4 tempi”, ovvero le tradizionali fasi di aspirazione, compressione, espansione in seguito alla combustione e scarico. Ciò che, all’atto pratico, distingue un propulsore a ciclo Atkinson è il sacrificio della potenza massima raggiungibile in nome dell’efficienza.

In un motore a quattro tempi l’energia prodotta dalla combustione viene trasformata in potenza nella fase di espansione dei gas nel cilindro. Ne deriva che a un maggiore rapporto di espansione corrisponde una potenza superiore, ovvero più cavalli da scaricare sull’asfalto.

Motore a ciclo Atkinson segreti

Di solito, in un motore convenzionale il rapporto di compressione è identico a quello di espansione, quindi per incrementare quest’ultimo occorre aumentare nella stessa misura il primo. Tuttavia c’è un limite. Il rapporto di compressione, infatti, non può essere innalzato oltre una certa soglia, poiché pressioni e temperature raggiungerebbero valori pericolosi e potrebbero favorire l’insorgere di fenomeni di detonazione nel motore a benzina (il rischio è che la miscela aria-benzina si accenda prima del raggiungimento della massima compressione esercitabile dal pistone generando il cosiddetto “battito in testa”).

Nei motori a ciclo Atkinson, questo problema viene superato anticipando la chiusura delle valvole di aspirazione (nella fase iniziale), oppure ritardandola durante la compressione, grazie a uno specifico manovellismo degli alberi a camme. Il risultato è un rapporto di compressione inferiore rispetto a quello di espansione.

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QUALI SONO I VANTAGGI DEL MOTORE A CICLO ATKINSON?

Il propulsore a ciclo Atkinson si caratterizza per un alto rendimento termodinamico, in virtù delle soluzioni tecniche adottate. Ma ha una bassa potenza specifica rispetto a un motore a ciclo Otto di pari cilindrata (circa 2/3).

La minore potenza generata si traduce in un minore consumo di carburante. Riducendo il volume d’aria aspirata, infatti, diminuisce anche la quantità di combustibile bruciabile. Il motore a ciclo Atkinson è concepito per essere più ecologico e parco nei consumi.

Motore a ciclo Atkinson particolarità

Per questa ragione, il motore a ciclo Atkinson è utilizzato da diverse auto ibride proprio per la sua efficienza. In questo caso l’unità elettrica compensa la minore potenza. Allo stesso modo, la coppia erogata dal motore elettrico supplisce a quella inferiore del motore termico (ai bassi e medi giri).

In sintesi, il motore a ciclo Atkinson ottimizza la fase di compressione della miscela aria-benzina in modo da avere una maggiore efficienza e quindi minori consumi, rispetto al tradizionale “ciclo Otto”. La minore potenza specifica che ne consegue è bilanciata dal motore elettrico. Infatti, la coppia resa disponibile da quest’ultimo (massima ai bassi regimi) e quella del propulsore termico (massima a regimi elevati) creano una sinergia perfetta.

Lo sviluppo di soluzioni tecniche consente di utilizzare il motore a ciclo Atkinson anche per i modelli non ibridi. È il caso, per esempio, della Toyota Yaris (scopri le motorizzazioni disponibili). L’utilitaria di segmento B del marchio giapponese adotta un nuovo sistema di fasatura variabile (VVT-iE), che consente al motore di passare dal ciclo Otto al ciclo Atkinson (e viceversa) in una frazione di secondo.

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