Oggi è per i go-kart; domani, potrebbe essere un range extender per auto elettriche
Un nuovo tipo di motore ha mostrato le sue cose per la prima volta fuori dal laboratorio, e anche se ha semplicemente fatto andare un go-kart, potrebbe essere l’inizio di qualcosa di grande.
Il motore è un design rotativo, una configurazione senza pistone che massimizza il rapporto potenza-peso. È il frutto di una dozzina di anni di lavoro di LiquidPiston, una startup co-fondata da Alec Shkolnik, che ha un dottorato in informatica, con una specializzazione in AI e modellazione. Il motore stesso è basato sulla tecnologia di combustione sviluppata da suo padre, Nikolay, un ingegnere meccanico di formazione sovietica che si è riqualificato negli Stati Uniti come fisico.
Non c’è liquido, però, e nessun pistone: L’azienda ha superato un nome che si riferiva a un progetto che utilizzava entrambi per convertire il gas in espansione in forza propulsiva. Ora, una mezza dozzina di iterazioni dopo, il risultato è un motore rotativo interamente metallico che non è decisamente il Wankel di tuo padre, il famoso cuore ronzante della serie Mazda RX.
“È una specie di Wankel capovolto, un design che risolve i vecchi problemi di tenuta e consumo di carburante”, dice il fondatore della società Alec Shkolnik. “Il Wankel ha un rotore triangolare dentro un alloggiamento a forma di nocciolina; noi abbiamo un rotore a forma di nocciolina dentro un alloggiamento triangolare. Le nostre guarnizioni vanno ai vertici del triangolo e le nostre guarnizioni sono ferme perché sono nell’alloggiamento.”
Le guarnizioni impediscono al gas di muoversi da una camera all’altra. In un Wankel, le guarnizioni si muovono rapidamente e questo le rende difficili da lubrificare. Bisogna spruzzare olio nella camera di combustione sapendo che solo una frazione raggiungerà le guarnizioni e il resto andrà in fumo – un problema sia per il risparmio di carburante che per le emissioni del motore. Il motore di LiquidPiston non ha questo bagaglio ma conserva l’intrinseca semplicità meccanica del motore rotativo: solo un rotore e un albero eccentrico, insieme a iniettori di carburante, pompe del carburante e pompe dell’olio.
Shkolnik ammette che la sua macchina non è ancora pronta per lo standard di durata di 100.000 miglia dell’industria automobilistica. Ma sostiene che anche nelle sue fasi iniziali dovrebbe trovare applicazione in qualsiasi campo che premi un piccolo, semplice motore a basso consumo di carburante che racchiude molta potenza in un piccolo volume e massa.
“Abbiamo sostituito il motore da 40 libbre del go-kart con il nostro motore da 4 libbre, da 3 a 5 cavalli”, dice Shkolnik. Da oggi, è possibile acquistare il kit dello sviluppatore.
Il motore è più efficiente di un Wankel perché ha un rapporto di compressione più alto e perché la geometria mobile delle sue cavità interne gli permette di estrarre la maggior parte dell’energia dei gas di scarico prima di svuotarli, una caratteristica chiamata sovraespansione.
“Toyota usa il ciclo Atkinson nella sua Prius, e quello fa la sovraespansione – quindi non è nuovo”, dice. “Ma il motore della Prius è sovradimensionato. Noi otteniamo la sovraespansione quasi gratis, semplicemente cambiando la posizione del nostro porto. Non dobbiamo avere treni valvole ingombranti per ottenere questo risultato”.
Un treno valvole è il sistema azionato dall’albero a camme che apre e chiude le valvole nella camera di combustione di un motore a pistoni per far entrare carburante e aria e far uscire i gas di scarico. La rotazione di quell’albero consuma energia – una “perdita parassita”, nel gergo automobilistico.
La centrale elettrica di LiquidPiston, grande come un pompelmo e di 1,5 chilogrammi, è proprio quello che ci vuole per un drone medio a elica. Ecco perché l’esercito degli Stati Uniti è interessato: l’azienda ha ricevuto finanziamenti dalla Defense Advanced Military Research Projects Agency, o DARPA.
“Molte persone cercano subito di vendere motori migliorati al mercato automobilistico e dei camion, e non posso biasimarli, è un mercato da 300 miliardi di dollari”, dice Shkolnik. “Ma per far nascere un nuovo motore nel mondo automobilistico ci vogliono almeno sette anni e costa, letteralmente, 500 milioni di dollari, e questo per un motore a pistoni, dove il rischio è basso.”
Così sta guardando prima ai mercati che hanno un bisogno urgente di motori molto compatti – utensili elettrici portatili, droni che trasportano carichi per artisti del calibro di Amazon e FedEx, e più interessante, estensori di gamma per le auto.
“Abbiamo il concetto di un motore da 30 kilowatt che funziona a diesel, 30 libbre, in una scatola di 10 per 8 pollici”, dice Shkolnik. “Potrebbe essere parte di un veicolo elettrico per le masse, dandoti l’autonomia a cui sei abituato – 300 miglia invece di 30 – e il rifornimento rapido.”
Per essere sicuri, il Wankel è stato anche suggerito come range extender. E anche se il motore di LiquidPiston può affermare di essere – o di essere in grado di diventare – più efficiente e più compatto di un Wankel, queste cose potrebbero non essere così importanti quando la macchina lavora solo in modalità di aiuto.
I nuovi progetti di motori radicali spuntano continuamente, ma raramente fanno il grande passo. Ricordate le turbine a gas degli anni ’60? Il motore ceramico supercaldo e superefficiente degli anni ’80? Il motore a due tempi radicalmente migliorato il cui scarico sarebbe stato più pulito dell’aria ambiente? Anche il Wankel ha ripetutamente fallito fino a quando gli ingegneri Mazda si sono rimboccati le maniche e hanno fatto del suo successo una priorità.
La grazia salvifica di LiquidPiston, però, è la gamma sempre più ampia di usi per motori di ogni tipo. Anche se nessuna macchina funzionerà mai solo con uno dei suoi prodotti, ci sono molte nicchie di mercato che potrebbe riempire: ibridi, droni, forse anche motoseghe.
Nota del redattore: il passaggio che si riferisce alle guarnizioni a gas è stato riformulato per chiarezza.