Piccolo preambolo.
Avevo scritto un articolo sulle "novità" motociclistiche del 1954, ed il commento di un lettore mi aveva portato a scrivere uno sui motori a 2 tempi con cilindro sdoppiato (lo trovate qui: Il due tempi a cilindro sdoppiato).
Durante la ricerca bibliografica per questo articolo, un altro lettore mi ha postato l'immagine del motore della "Vespa siluro" del 1951, definendolo "a cilindri contrapposti".
In realtà quel motore è la versione moderna di una vecchia idea di motore a due tempi risalente addirittura al XIX secolo a cui avevo accennato nell'articolo.
Tu guarda come le cose si concatenano... e a questo punto, vuoi non scriverci su due righe?
Ripartiamo quindi dal lontano 1877...
Nell'articolo sui motori a cilindro sdoppiato avevamo visto come nel 1923 la Puch, per mano dell'ing. Marcellino, avesse rivisitato un'idea messa su carta 46 anni prima da Ferdinand Kindermann:
L'ing. Marcellino lo aveva "piegato":
e legato i due pistoni con una biella ad Y, realizzando il motore utilizzato a partire dagli anni '20 dalla Puch.
I pistoni contrapposti
Immaginiamo però di lasciare il motore "ben disteso" e diamogli un'occhiata.
Abbiamo due pistoni che nel loro convergere vanno prima a chiudere le luci di carico e scarico, poi vanno a creare una singola camera di scoppio, fino a che l'unica candela centrale innesca la combustione.
Dopo la combustione, i due pistoni iniziano a divergere, fino a liberare le luci; a quel punto i gas combusti vengono espulsi, mentre dalla luce di carico entra la miscela fresca... e si ricomincia.
Certo, l'idea era acerba, ma in fondo i vantaggi c'erano, eccome, rispetto al due tempi tradizionale.
Innanzitutto il fatto che si abbia un lavaggio unidirezionale: con un pistone che controlla la luce di carico e l'altro quella di scarico si ha un flusso appunto unidirezionale, con un limitato rimescolamento tra gas combusti e gas freschi, e quindi maggior rendimento.
In seconda battuta, non essendovi una testata vera e propria, a parità di cilindrata la superficie totale esposta alla combustione è la metà di quella di un 2 tempi tradizionale (e anche di quelli a cilindro sdoppiato), con alcuni vantaggi dal punto termodinamico.
Infine, il fatto di avere due masse costantemente in movimento opposto una rispetto all'altra (come i boxer che siamo abituati a vedere oggi) produce un buon effetto di bilanciamento delle forze.
Non mancano neppure i difetti, ad essere sinceri. Occorre infatti collegare in qualche modo i due alberi oppure utilizzare il loro moto rotatorio in modo indipendente.
La seconda ipotesi viene abbandonata presto: basta che ad uno dei due venga opposta una resistenza appena superiore rispetto all'altro, che il motore si disequilibra.
Collegare i due alberi, per contro, significa introdurre ulteriori elementi (catena o ingranaggi in cascata) che vanno però a erodere parte della potenza sviluppata.
La Puch, come abbiamo visto, opta per la configurazione a "U rovesciata", come anche DKW e successivamente Iso, per avere un solo albero motore.
I progetti tedeschi
Una delle soluzioni alternative arriva invece verso la fine nel 1936, per merito di Richard Küchen (1898-1974), che si inventa un motore a pistoni contrapposti più compatto, in cui il moto è trasmesso all'unico albero motore da un manovellismo a bilanciere.
Sezione del motore di Küchen
Nella animazione successiva è possibile notare l'asimmetria degli imbiellaggi sull'albero:
Manovellismo del motore di Küchen (animazione)
L'idea sembra inizialmente buona, ma vari problemi, non ultimo le numerosi frizioni dovute al complesso sistema multisnodo del manovellismo, inducono ad abbandonare l'idea di utilizzarlo su una motocicletta.
Il motore a pistoni contrapposti viene rispolverato alle soglie della II Guerra Mondiale, quando August Prüssing (responsabile del reparto corse DKW) e la squadra di ingegneri meccanici della casa tedesca realizzano un motore di questo tipo, con due prototipi rispettivamente da 250 e 350 cc.
L'accoppiamento tra gli alberi è realizzato tramite cascata di ingranaggi che comandano un albero posizionato centralmente, e il diagramma di distribuzione è asimmetrico (il pistone sinistro ha un anticipo di circa 20° rispetto al destro)
Il motore progettato da August Prüssing (animazione)
L'albero a sinistra (osservando il disegno) aziona inoltre l'alternatore e il "compressore", mentre quello di destra comanda la pompa dell'acqua (il motore e' raffreddato a liquido).
Qui di seguito, una sezione orizzontale dello stesso motore, cambio incluso:
Il motore di Prüssing
L'immagine non è chiarissima, ma questa vista svela un'altra caratteristica del motore:
I cilindri sono due, con i quattro pistoni che scorrono in moto alternato... un doppio twingle
Il dopoguerra e l'industria dell'Est
L'arrivo della II Guerra mette fine a tutti i progetti di innovazione che non siano strettamente inerenti all'attività bellica (che comunque sfrutterà in modo diverso questa architettura, vedere il paragrafo "facciamolo diesel"); nel '45 la Germania si trova di fronte alla difficile opera di ricostruzione e la priorità va al consolidamento e al rilancio dell'industria più che allo sviluppo e ricerca; inoltre molti tecnici e scienziati hanno preso la strada verso Russia e USA (basti pensare a Werner Von Braun, inventore prima delle V1 e V2 tedesche e poi elemento di spicco del programma spaziale statunitense).
Gli stabilimenti di Zwickau (DKW e Audi...), nella spartizione post bellica, finirono sotto il controllo sovietico; mentre la DKW si trasferiva a Ingolstadt, l'ex Audi fu riavviata alla produzione nella neonata DDR, e nel 1949 gli si affiancò la IFA (Industrieverband Fahrzeugbau: Associazione Industriale per la Costruzione di Veicoli ), che a sua volta inglobò la casa motociclistica MZ.
Fra i motoveicoli prodotti col marchio IFA, la 250 GS del '49 venne dotata proprio del motore progettato da Prüssing 10 anni prima:
La IFA 250GS (ben visibile sul lato sinistro il compressore)
Questi motori, infine vennero successivamente usati dalla sovietica Vostok per la produzione di motociclette da competizione per tutti gli anni '50, affiancati anche da un propulsore (anch'esso di derivazione DKW) che come aspetto sta "a metà strada" tra il twingle classico e quello a sogliola, con le canne dei cilindri che convergono verso il cielo della camera di scoppio (una soluzione simile, 30 anni prima, era stata adottata anche dalla torinese Della Ferrera):
Vostok S2-B (nella sezione sono ben visibili i due alberi "accoppiati" e - a destra - la pompa di carico.)
La "Vespa Siluro" Piaggio
E veniamo finalmente all'Italia, visto che avevo esordito parlando della "Vespa Siluro" e finora abbiamo invece girato fra Germania ed URSS.
Nel 1951 la sfida tra Lambretta e Vespa per la corona di scooter più veloce è sempre più calda.
Nel marzo del 1950, la Piaggio raccoglie svariati record sulla pista di Monthéry, a cui Innocenti risponde sei mesi dopo con 22 record mondiali in 9 giorni sullo stesso circuito.
Passano ancora pochi mesi e la Vespa Siluro (17,2 CV a 9500 rpm), pilotata da Dino Mazzoncini supera i 171 Km/h di media, fra il 10° e l'11° Km della Roma-Ostia.
Il record delle 125 torna in casa Piaggio. (*)
Al di là della ciclistica e della aerodinamica, quello che rendeva unica la "Siluro" era proprio l'adozione di un motore monocilindrico a pistoni contrapposti (alesaggio 42, corsa 45) raffreddato ad acqua e con ammissione separata (montava infatti due carburatori da 23 appositamente realizzati); i due alberi erano collegati tramite una cascata di ingranaggi.
La prima versione, progettata dall'ingegner D'Ascanio, prevedeva il raffreddamento ad aria, che venne poi sostituito con un circuito di raffreddamento a liquido dall'ingegner casini che ne seguì lo sviluppo finale.
Il combustibile era costituito da una miscela di alcool ed olio (al 12%!!). L'accensione era garantita da uno speciale volano della stessa Piaggio e da due candele montate simmetricamente al centro dell'unico cilindro.
Motore Vespa Siluro
Per amor di precisione, il motore della fotografia qui sopra non è esattamente quello montato sulla vespa dei record, ma una sua evoluzione successiva, che però non venne mai testata.
Dell'originale sono riuscito a recuperare solo un paio di disegni in sezione, dai quali risultano evidenti le affinità con il progetto di August Prüssing.
Curiosità "extra-moto"
Facciamolo diesel
La tecnica dei cilindri contrapposti, come visto, annovera tra i suoi vantaggi quello di non richiedere la presenza della "testa", in quanto ogni pistone fa da testa al suo opposto.
Questo rende il motore teoricamente piu' leggero, ma solo se ho più cilindri affiancati; in caso contrario, infatti, il dover costruire un unico cilindro "lungo il doppio" non consente di condividerne le pareti con quelli vicino, come invece accade nel caso di due (o più) cilindri in linea.
Con un multicilindro in linea, invece, i vantaggi si sentono, e l'eliminazione della testa comincia ad avere (anzi... ad eliminare) il suo peso.
Ogni cilindro, con la sua coppia di pistoni contrapposti, diventa un potenziale "elemento modulare" che affiancato ad altri moduli simili collegati attraverso gli alberi motore, può dar vita a motori più grandi e potenti.
A sfruttare qusta modularità fu soprattutto la tedesca Junkers, che realizzò vari motori diesel a pistoni contrapposti per l'aviazione tedesca, come la serie Jumo 20X.
Junkers Jumo 205 (16.600 cc, 6 cilindri, 12 pistoni)
Facciamolo "strano"
Una curiosa configurazione di motore a pistoni contrapposti è infine quella chiamata "Deltic" per la sua somiglianza con la lettera greca Delta, il cui principio di funzionamento è facilmente intuibile dall'animazione qui di seguito:
Manovellismo del motore Napier Deltic
I primi studi su questa architettura risalgono al 1943/44, quando la Napier (azienda inglese nata come costruttore di automobili ma ormai convertita alla produzione di motori per l'industria bellica) si trovò impegnata a progettare un nuovo motore navale per ii caccia torpedinieri della Marina Britannica.
Il motore, che vide la luce nel 1950, era il "Napier Deltic", diesel due tempi da 88.000 cc:
Napier Deltic (18 cilindri, 36 pistoni, alesaggio x corsa: 130x184)
Il motore era formato da sei "moduli base", di cui l'ultimo (quello, diciamo così, lato carter) è qui riprodotto in sezione:
Presente e futuro
Dopo 60 anni di stagnazione e di lenta "migrazione" verso i motori a quattro tempi, qualcosa si sta nuovamente muovendo.
Il motore due tempi a pistoni contrapposti è infatti al centro del progetto OPOC (Opposite Pistons Opposite Cilinders) finanziato, tra gli altri, dalla Microsoft di Bill Gates.
Il progetto, sviluppato dalla Ecomotors, prevede un modulo base formato da quattro pistoni che muovono un unico albero motore centrale attraverso un complesso sistema di imbiellaggio:
Prototipo Ecomotors OPOC in sezione
I moduli possono essere affiancati in modo da fornire maggior potenza.
In uno dei prototipi, inoltre, due di questi moduli sono collegati tramite una frizione che consente, a seconda della potenza necessaria, di collegare o scollegare tra loro i moduli, utilizzandone quindi uno solo od entrambi:
Motore OPOC ad "H"
La destinazione d'uso, almeno in questa prima fase, è il mondo dell'automobile, per cui lascio all'interesse personale di chi legge il compito di eventualmente approfondire l'argomento, attraverso il sito della Ecomotors (a fine articolo, nella bibliografia, trovate i link)
Conclusioni?
Non so se da tutto ciò si possa trarre una conclusione definitiva sul futuro motore a due tempi (Diesel o benzina) o sulla sua definitiva morte almeno per i piccoli motori ad efficienza più bassa.
Sta di fatto che dopo mezzo secolo in cui il due tempi è rimasto uguale a se stesso, un investimento di 27 milioni di dollari come quello della Microsoft fa supporre che le potenzialità per arrivare ad un nuovo concetto di 2T ci siano.
Chissà che dopo un possibile successo del motore OPOC nella sua declinazione diesel nel mondo automobilistico, non ne esca uno a benzina per le nostre motociclette.
Durante una conferenza stampa del 2010, Don Runkle (CEO della Ecomotors) si fece fotografare con un modello a grandezza naturale (a sua detta) di un motore OPOC da 75 HP formato da due moduli solidali tra loro.
Non e' poi tanto più largo di un boxer BMW, no?
Don Runkle mostra un prototipo del motore OPOC
Vediamo cosa ci riserva il futuro.
Spero di non essere stato troppo prolisso; se siete comunque arrivati fin qui... grazie per l'attenzione
(*) Da lambrettista non posso esimermi dal ricordare come dopo soli due mesi, il record tornò nelle mani della Innocenti, con un 190 Km/h abbondanti sulle strade di Terracina poi ribadito con un 195,8 in circuito... ma questa e' un'altra storia.
Bibliografia e iconografia
Motohistory (motore di Küchen)
Autosoviet (Vostok e IFA 250)
Vivoscooters (viste motore siluro)
Wikipedia D (animazione motore di Küchen)
Wikipedia UK (Motore Deltic Napier)
Ptfnasty (sezione e dati tecnici del Deltic Napier)
Ecomotors (prototipo motore OPOC)
