Fraunhofer ICT propone il motore in materiali compositi. Dopo l’alluminio, per ridurre ancora il peso, si guarda ai materiali compositi da impiegare nei motori a pistoni. L’amata e odiata plastica, infatti, sta facendo il suo ingresso anche in settori che un tempo erano riservati alla metallurgia – come non pensare, per esempio, all’enorme successo delle pistole austriache Glock, nelle quali vi è un ampio ricorso a polimeri sintetici avanzati? – e, con l’esigenza di abbassare i consumi anche attraverso la riduzione del peso, ora si sta affacciando in quello dei motori. I motori da decenni hanno visto un crescente ricorso all’alluminio ma in futuro sarà possibile realizzarne parti in materiali compositi.
Questo, almeno, è quanto sostiene il gruppo di studio NAS del Fraunhofer Institute per la tecnologia chimica, in collaborazione con l’SBHPP, cioè la divisione della Sumitomo Bakelite Co. Ltd. giapponese che si occupa di materiali plastici ad alte prestazioni.
I ricercatori del Fraunhofer ICT – riportiamo le denominazioni in inglese per facilità di comprensione ma quest’istituto è tedesco e ha sede a Pfinztal, una cittadina del Baden-Württemberg – secondo quanto ha spiegato il Dr. Lars-Fredrik Berg che dirige il progetto Lightweight Powertrain Design del gruppo di studio sui materiali per propulsori e sistemi di trasmissione: “…hanno realizzato un motore sperimentale monocilindrico con materiali compositi e plastiche”.
Il blocco del cilindro pesa circa il 20% in meno di un equivalente realizzato in alluminio ed ha lo stesso costo. Vi sono, comunque, problemi tecnici non trascurabili da superare, legati alle temperature estreme, alle alte pressioni ed alle vibrazioni. Che le plastiche abbiano la potenzialità di superare queste difficoltà è noto fin dagli anni Ottanta ma all’epoca per il loro impiego vi erano problemi produttivi e complicazioni legate alla manodopera, non compatibili con le esigenze dell’industria dell’auto che richiedeva produzione di massa in milioni di pezzi.
I ricercatori del Fraunhofer ICT hanno studiato la costruzione dei motori in modo da identificare le aree sottoposte ai maggiori carichi termici e meccanici e per esse sono stati realizzati inserti metallici con i quali aumentare la resistenza all’erosione. Un esempio è la canna del cilindro ma in diverse parti le geometrie sono state studiate in modo da contenere l’esposizione alle temperature più estreme. Come materiale è stata scelta la fibra di vetro rinforzata con resine fenoliche in una formula sviluppata dalla Sumitomo nella quale vi è il 55% di fiberglass ed il 45% di resina. Questo prodotto è resistente agli effetti di benzina, gasolio, olio e glicole contenuto nel liquido di raffreddamento, ha una buona adesività al metallo ed il suo coefficiente di espansione al calore non è superiore a quello delle parti metalliche. Una soluzione che migliora ancora il fattore peso ma ha un costo più elevato è il ricorso al rinforzo del fiberglass mediante fibre di carbonio. Questi componenti sono realizzati partendo da materiale granulare (che è termoindurente), modellato mediante iniezione. Si tratta di un processo compatibile con le esigenza della produzione di massa e dai costi contenuti.
Il monocilindrico sperimentale Fraunhofer ha girato al banco con successo, con prestazioni analoghe a quelle di un motore convenzionale. Si è rilevato anche un impatto ambientale minore, in quanto il motore con le parti in plastica è leggermente meno rumoroso e irradia minor calore nell’ambiente. Ora la sfida dei ricercatori tedeschi e giapponesi è la realizzazione e sperimentazione di un propulsore pluricilindrico.
