Astron reinventa il motore a scoppio

PISTONI, ADDIO? - Linea rossa a 25.000 giri: sarà la turbina del motore di un aereo a reazione? Niente di tutto ciò, stiamo parlando di un motore a scoppio, l’Omega 1 presentato da Astron Aerospace (guarda il video qui sotto), che è però lontano anni luce da quelli che ci accompagnano da ben più di un secolo. Questa sua diversità si traduce non soltanto in quel regime di rotazione stratosferico (il minimo è a 1.000 giri) ma in prestazioni dichiarate impressionanti: 160 CV e 230 Nm di coppia con un peso del motore di circa 16 kg. Lo schema costruttivo è molto particolare dato che sono presenti soltanto elementi circolari: 4 rotori, ingranaggi di accoppiamento e una valvola a disco rotante, oltre agli assi di rotazione dei rotori. Il concetto è quello di scindere le fasi del motore a scoppio, assegnando la fase di aspirazione-compressione ai rotori verdi (nella figura) e quella di scoppio-espansione-scarico a quelli rossi.

CAVITÀ E DENTI - Uno dei rotori verdi ha un incavo nel quale si inserisce, durante la rotazione, un “dente” che lo occupa quasi completamente. La compressione avviene gradualmente perché i due rotori sono vicinissimi così come le pareti laterali sfiorano il dente, che spinge l’aria davanti a sé in un volume che diventa sempre più piccolo man mano che, nella sua rotazione, il dente stesso si avvicina al punto nel quale i rotori si sfiorano. A questo punto l’aria compressa passa attraverso una valvola a disco rotante (in grigio nel video) e raggiunge la camera che contiene i rotori rossi. Questa particolare valvola è un disco con un’apertura che ruota insieme ai rotori: l’aria può attraversarla solo quando incontra questa “finestra”. Subito dopo il dente entra nella cavità, impedendo all’aria compressa di tornare indietro. Una volta oltrepassata la valvola l’aria entra in “camera di scoppio”: si tratta di due rotori (rossi nella figura e nel video) molto simili a quelli di compressione: uno con il dente, quindi, e l’altro con la cavità. Il tutto è fasato in modo che l’aria compressa entri “dietro” al dente: a questo punto si inietta il carburante e si fa scoccare la scintilla. I gas delle combustione “spingono” il dente con un rendimento molto alto perché la loro azione dura quasi un giro completo (è un’espansione lunga simile a quella dei motori a ciclo Atkinson) e vengono poi espulsi da un foro vicino al punto in cui il dente entra nell’incavo dell’altro rotore. Anche in questo caso il dente è così vicino alla parete della camera di scoppio che i gas di scarico non riescono a “scavalcarlo”. 

SEMBRA TUTTO MOLTO BELLO - Si tratta quindi di un funzionamento che, pur ricalcando le fasi di un classico motore a 4 tempi, le attua con soluzioni completamente diverse da quelle dei motori a pistoni. Ricordiamo che la valvola a disco rotante è una soluzione non nuova e molto usata nei motori a due tempi motociclistici: la Vespa, per esempio, usava allo scopo una “spalla” dell’albero motore sagomata in una forma particolare. Il carburante viene iniettato con una carica stratificata più ricca vicino alla candela (è simile al sistema HCCI usato nella Mazda 3 Skyactiv-X) fino a circa 10.000 giri/min per poi passare ad una carica omogenea. Gli alberi che portano i rotori sono cavi e quindi può passare abbondante aria di raffreddamento e notiamo che l’olio arriva soltanto ai loro cuscinetti e agli ingranaggi di sincronizzazione: la camera di combustione non è quindi mai esposta al lubrificante e la pompa dell’olio assorbe pochissimo perché a piccola portata. L’idea è senza dubbio innovativa, efficiente (si parla di un rendimento termico di quasi l’80% grazie anche all’elevato rapporto di compressione) e si dichiara una produzione bassissima di ossidi d’azoto. Gli attriti interni sono ridottissimi (i rotori non toccano le pareti e non ci sono fasce elastiche e tutti gli altri organi striscianti dei motori alternativi) ed è possibile “saltare” la combustione. Astron Aerospace sostiene infatti che, a regime, è possibile iniettare carburante ogni giro, o ogni 10 o 50 giri, a seconda della richiesta di potenza: i consumi possono quindi essere molto bassi

I DUBBI NON MANCANO - Dato che semplice non è sinonimo di facile, una costruzione così sofisticata fa nascere qualche interrogativo. La tenuta dell’aria in aspirazione e dei gas di scarico è affidate a rotori e valvola rotante che funzionano con tolleranze molto piccole nelle cavità che li ospitano. Cosa accadrà alle superfici esposte al calore? La normale dilatazione termica sarà uniforme o nascerà qualche distorsione che potrebbe portare a contatti tanto indesiderati quanto pericolosi? Per evitare questo si può ricorrere a materiali “esotici” e costosi: per l’uso aeronautico il costo è una barriera meno restrittiva ma è possibile produrre questo motore a costi competitivi per il mercato automobilistico? In effetti il numero delle parti in movimento è così basso (Astron dichiara che è comparabile a quello del motore di un tosaerba) che il prezzo potrebbe non essere poi così proibitivo. Questo motore, visto il favorevolissimo rapporto peso-potenza e la sua attitudine a girare a regime costante, potrebbe essere ottimo per compatti e potenti range extender: in attesa di vedere una qualche concretizzazione segnaliamo il fatto che Astron Aerospace ha raccolto cospicui finanziamenti in poco tempo.