Il Motore 'Split-Cycle' Scuderi: breve descrizione e video sul funzionamento del Motore a 'ciclo separato'

Scuderi: un cognome italiano firmerà -probabilmente- un'altra straordinaria evoluzione/rivoluzione del motore endotermico "tradizionale"!

Il test preliminare di accensione del primo prototipo di motore a 4T/2T -"quattro tempi diviso due"- è andato a buon fine.
L'innovativo Motore è progettato e realizzato dalla Scuderi, Azienda di West Springfield, nel Massachussetts. Alla base tecnica del rivoluzionario nuovo motore viene sfruttato il principio di intercomunicazione delle 4 fasi del ciclo del pistone dividendole in due parti - una per ciascuno dei due stantuffi del motore - in modo da garantire una efficienza maggiore del 40% e un abbattimento delle emissioni dell '80% rispetto ad un motore a Ciclo Otto !!

Come ben sappiamo, il motore a scoppio si è evoluto tantissimo nel corso degli anni, soprattutto grazie all’elettronica, ai materiali impiegati, alla riduzione di giochi e tolleranze, alla riduzione degli attriti, al perfezionamento del flussaggio grazie all'evoluzione delle testate, al miglioramento dei dispositivi di sovralimentazione, al miglioramento infine dei sistemi di distribuzione e di alimentazione. Eppure i principi che ne regolano il funzionamento rimangono essenzialmente gli stessi, con il ciclo completo di funzionamento diviso in 4 fasi (aspirazione, compressione, scoppio e scarico) tutte compiute da un unico pistone e concluse in due giri dell’albero motore.
Cosa accadrebbe invece se, poniamo ipotesi, queste fasi venissero equamente divise tra due pistoni interconnessi per imbiellaggio e aspirazione? Avremmo un motore a ciclo separato, traduzione dell’inglese “split cycle” come quello, appunto, inventato dalla Scuderi Engine. 
La Scuderi ha presentato il prototipo da un litro di cilindrata alla SAE, la Society of Automotive Engineers, da sempre all’avanguardia per la standardizzazione, la normazione e l’interscambio di informazioni che riguardano la ricerca in campo automobilistico. La Scuderi ha una lunga esperienza nel campo della ricerca motoristica, soprattutto per motori aeronautici, e vanta oltre 200 brevetti (alcuni dei quali riguardano, ad esempio, l’iniezione di acqua, una tecnica utilizzata anche dalla Ferrari sui propri motori sovralimentati di Formula 1 negli anni ’80). 

Separare in qualche modo la gestione dei gas freschi dalla fase vera e propria di produzione dell’energia è da sempre uno dei sogni dei motoristi con l’obiettivo di ridurre le cosiddette perdite di pompaggio (rappresentate, in un motore, dal famoso grafico "Pressione - Volume"), ossia il lavoro -la "forza"- impiegata dal pistone per aspirare e comprimere l'aria prima che avvenga lo scoppio. Tali perdite tecnicamente sono denominate come "lavoro negativo” e, il primo modo per ridurlo, è di eliminare la valvola a farfalla che, nel parzializzare il flusso di aria in ingresso ai cilindri, “soffoca” il motore aumentandone -appunto- le perdite di pompaggio.
Le perdite di pompaggio sono così importanti che, per l'eliminazione della valvola a farfalla, si sono studiate soluzioni quali il Valvetronic di BMW e il MultiAir di FIAT.
I problemi principali -riscontrati nel corso dei vari tentativi di arrivare ad un motore a cicli separati- sono legati soprattutto all’aspirazione e all’efficienza termica.
Il problema è stato risolto sul motore Scuderi attraverso lo studio della fluidodinamica della testata: per consentire un rapido riempimento del pistone di compressione e un rapido svuotamento di quello di potenza. Ciò avviene attraverso un opportuno incrocio tra la valvola che lascia immettere l’aria compressa e quella di scarico nel pistone di potenza e, inoltre, con la scelta di un opportuno anticipo di accensione.

L'innovativo motore Scuderi ha richiesto circa sette anni di progettazione, sviluppo e messa a punto. Il motore, di 1.000 cc, funziona a benzina ed esiste anche una versione a gasolio.
Come funziona in breve? I due pistoni -secondo il principio dello "Split Cycle" elaborato dall'ingegner italiano Carmelo Scuderi (1925 - 2002)- sono affiancati, anche se non è un bicilindrico: il primo pistone compie le prime due fasi del Ciclo Otto (Aspirazione e Compressione) e, il secondo, dopo che la miscela da bruciare vi è stata condotta attraverso un bypass, completa il Ciclo (Scoppio e Scarico).

La configurazione minima del motore by Scuderi è con due pistoni, entrambi imbiellati sullo stesso perno all’albero motore con un piccolo sfalsamento angolare che li fa lavorare costantemente all’interno dei cilindri ad altezze leggermente diverse.
La testata presenta, per ogni pistone, due o quattro valvole, equamente divise tra l’aspirazione e lo scarico, o, meglio: tra l'immissione e l’uscita.
Il primo pistone aspira l’aria attraverso la/e valvola/e di immissione come se fosse una siringa e, arrivato al punto morto inferiore, comincia a risalire comprimendo l’aria poco oltre i 50 bar. A questo punto si aprono la/e valvola/e di uscita e l’aria entra in un condotto, detto di "incrocio", che porta alla/e valvola/e di immissione del secondo pistone, definito "di potenza". Prima di entrarvi, c’è una piccola precamera all’interno della quale c’è un iniettore Bosch (del tipo a solenoide con un foro unico da 200 bar) che inietta il carburante. Nella precamera si forma quindi la miscela tra l’aria e la benzina. A questo punto c’è l’apertura della/e valvola/e di immissione del cilindro di potenza, proprio mentre il pistone ha iniziato la sua discesa dal punto morto superiore. In questo modo la miscela acquista ancora maggiore turbolenza stratificando la carica, rendendola cioè ricca di aria verso l’esterno (intorno alla candela la miscela è in rapporto di stechiometria).
La scintilla scocca dopo pochi gradi dal P.M.S. (da 11 a 15 gradi) e non prima, l’esatto contrario di quanto avviene in un motore tradizionale.
Ciò risulta ottimale per il motore Scuderi in quanto la forte turbolenza favorisce la rapida espansione della carica in tutta la camera. L’evacuazione dei gas di scarico è facilitata dal fatto che, una volta che il pistone ritorna in alto e si aprono la/e valvole di uscita, c’è una breve fase di incrocio con la/e valvola/e di immissione aperta/e, durante la quale i gas freschi ad alta pressione spingono fuori quelli combusti che si trovano invece a pressione atmosferica. Pertanto l’immissione e l’uscita dei gas di scarico avvengono quasi contemporaneamente alla combustione che avviene in un tempo pari a un quarto di un normale motore. Tutto il ciclo viene completato quindi con un solo giro di albero motore, al contrario dei due necessari al motore a 4 tempi tradizionale, sia che esso sia alimentato a benzina che a gasolio. In questo senso, il motore a ciclo Scuderi è una sorta di "motore a 2 tempi" con tutte le differenze del caso.

Il video che segue, seppur in lingua inglese, ne spiega più di tante parole (grazie alle animazioni) il funzionamento:

Il risparmio energetico è sostanzialmente dovuto al fatto che il ciclo completo viene effettuato in un giro solo anziché in due di A.M.: ciò migliora la resa e abbassa le emissioni del motore. Inoltre, conferendo a ciascun pistone una quantità praticamente "dimezzata" di lavoro, ne guadagna anche la coppia, che, a parità di un motore di pari cilindrata (1.000 cc), risulta essere sensibilmente maggiore.

Entro la fine dell'anno è attesa una nuova evoluzione di questo motore; inoltre il propulsore sarà dotato anche di un turbocompressore, mentre una unità denominata "Air-Hybrid " dovrebbe essere presentata nel 2010.

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