Motore RCCI: una soluzione interessante

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Motore RCCI: una soluzione interessante – Una tecnologia ancora in fase di sperimentazione che, una volta portata a termine, potrebbe dare nuova vita ai propulsori endotermici, riducendone di molto le emissioni nocive emesse allo scarico.

Oggi giorno le Case automobilistiche sono sempre più costrette da un lato a dover far fronte a requisiti sempre più severi dal punto d vista delle emissioni inquinanti e dall’altro lato a migliorare l’efficienza dei propri motori così da poter abbatterne i consumi di carburante. Per rispondere a queste stringenti richieste moltissimi ingegneri, progettisti e motoristi in tutto il mondo si stanno dando da fare per poter dare vita a una nuova generazione di motori, propulsori sempre più puliti ed efficienti, che siano quindi in grado di rappresentare una valida alternativa alle attuali unità a combustione interna. Tra tutte le soluzioni apparse fin’ora ci sentiamo di citare quella proposta dai ricercatori dell’università UW-Madison del Wisconsin, i quali sono stati in grado di realizzare una nuova tipologia di motore, capace di garantire una efficienza in laboratorio persino superiore al 60%, consumi nettamente più bassi di un comune motore diesel di ultima generazione ed emissioni allo scarico nettamente inferiori anche senza l’adozione di un sistema di post trattamento di recente produzione.

Elevata efficienza

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Stiamo parlando dei motori RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition), propulsori ad accensione per compressione di una carica a reattività controllata con la peculiarità di poter utilizzare simultaneamente due diverse tipologie di combustibile, uno ad alta reattività e uno a bassa reattività, così da ottimizzare la fase di combustione e garantire una efficienza termica in laboratorio superiore al 60%. Si tratta nello specifico di una sorta di motore a metà strada tra la tecnologia ad accensione comandata (benzina) e quella ad accensione per compressione (diesel) che può essere tranquillamente visto come una valida alternativa ai motori HCCI (Omogeneous Charge Compression Ignition) con accensione per compressione di una carica omogenea e ai motori PCCI (Premixed Charge Compression Ignition) con accensione per compressione di una carica premiscelata. Questi particolari motori sono, infatti, in grado di fornire un maggiore controllo sul processo di combustione così da ridurre drasticamente il consumo di carburante e la produzione di sostanze nocive allo scarico.

Due diversi combustibili

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Ma Cerchiamo di capire meglio. Stiamo parlando di un motore ad accensione per compressione nel quale esistono due diversi sistemi di iniezione: quello indiretto, con l’iniettore posizionato nel collettore di aspirazione prima della valvola di aspirazione, e quello diretto, con l’iniettore installato direttamente sulla testa del cilindro e comunicante con la camera di combustione. Durante il suo funzionamento vengono iniettati due diversi carburanti, uno a bassa e uno ad alta reattività. Il carburante a bassa reattività (benzina) viene iniettata tramite il sistema di iniezione indiretta. Il carburante ad alta reattività (diesel) viene iniettato tramite il sistema di iniezione diretta.

Combustibile a bassa reattività

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Durante la fase di aspirazione, con il pistone nella sua corsa discendente verso il PMI, il combustibile a bassa reattività viene iniettato direttamente nel collettore di aspirazione. A questo punto il motore, con l’apertura della valvola di aspirazione, inizia ad aspirare la miscela di aria e benzina per portarla all’interno del cilindro e creare una carica ben miscelata (formata da benzina a bassa reattività, aria e gas di scarico riciclati). Questa iniezione di benzina è calcolata per miscelarsi con l’aria in aspirazione in modo da ricreare una carica abbastanza magra da dare origine a poca fuliggine e ossidi d’azoto ma non troppo magra da innescare una produzione eccessiva di idrocarburi incombusti e monossido di carbonio. Questa carica, una volta giunta nel cilindro, non ha però le condizioni di pressione e temperature necessarie per potersi auto accendere. Il pistone inizia quindi la sua risalita per la fase di compressione iniziando a comprimere questa carica magra.

Combustibile ad alta reattività

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A questo punto il combustibile ad alta reattività viene iniettato direttamente nella camera di combustione. Avvengono però diverse iniezioni multiple di gasolio lungo tutta la corsa di compressione del pistone in modo tale che i due carburanti abbiano il tempo sufficiente per miscelarsi adeguatamente così da ricreare una carica piuttosto omogenea e impedire la formazione di fuliggine nelle regioni fredde localmente ricche e di NOx nelle regioni calde localmente stechiometriche. Le prime iniezioni avvengono immediatamente, prima ancora che la miscela aria benzina possa diventare troppo calda e possa quindi auto innescare la carica di gasolio, così da ricreare un perfetto miscelamento tra la carica di diesel appena iniettata e la carica di benzina e aria che la circonda. Le successive iniezioni avvengono, invece, dopo che il pistone con la sua corsa avrà ulteriormente compresso la carica interna al cilindro. Queste suggestive iniezioni fungeranno come una vera e propria “candela liquida” che andrà ad innescare dall’interno tutta la carica presente in quel momento nel cilindro.

Le tempistiche sono essenziali

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L’esatto istante di accensione della carica miscelata è però determinato dalla stratificazione del combustibile e dalla sua reattività che è a sua volta determinato dal rapporto tra il combustibile a bassa reattività e quello ad alta reattività. Variando le tempistiche di iniezione e il numero di iniezioni consecutive si è in grado quindi sia di variare la quantità di stratificazione del combustibile all’interno del cilindro che di controllare la reattività del carburante così da ottimizzare la fase di combustione. Rispetto a un comune motore diesel dove l’iniezione avviene praticamente alla fine della fase di compressione, momento nel quale vi sono altissime pressioni all’interno del cilindro, sia l’iniezione del combustibile a bassa reattività che di quello ad alta reattività avvengono molto presto nel ciclo. Questo non solo permette di poter utilizzare iniettori meno costosi, perché non costretti a dover iniettare a pressioni elevatissime, ma anche di generare bassissime emissioni di fuliggine durante il processo di combustione.

Minori temperature in gioco

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Il motore RCCI riesce, inoltre, a garantire un rilascio di calore dalla combustione ad alto grado di controllabilità che si traduce in una efficienza termodinamica elevata. Nelle normali combustioni, infatti, gran parte del calore viene trasferito alle pareti del cilindro a causa delle elevate temperature raggiunte in camera di combustione. Nei motori RCCI, invece, si ha una miscela più omogenea, con conseguente più omogenea distribuzione delle temperature nel cilindro, che porta a perdite di calore più basse. Le minori temperature raggiunte in camera di combustione permettono, quindi, un maggiore contenimento delle emissioni inquinanti, soprattutto per quanto riguarda gli NOx, fortemente influenzati dalla temperatura. La stessa miscela magra a composizione omogenea permette, inoltre, di contenere la formazione di fuliggine mentre i minori picchi di temperatura garantiscono minori emissioni di monossido di carbonio (CO). Tutti riscontri resi possibili anche con sistemi di post trattamento meno complessi rispetto a quelli attualmente richiesti sui motori diesel di nuova generazione.