L’automobile …ieri, oggi e domani

Sono da molti anni un entusiasta dell’auto e un suo grande ammiratore e ho sempre seguito con interesse la sua evoluzione, ciò non toglie che analizzando la sua crescita ho sempre sperato in un cambiamento sostanziale che ha sempre tardato a venire.

Questo piccolo articolo vuole chiarire cosa intendo dire e vuole sottolineare che finalmente il momento che attendevo è ormai finalmente arrivato!

Probabilmente vi sembrerà strano vedere questo documento insieme agli altri di questo BLOG, ma alla fine vi convincerete che parla anch’esso di un “assurdo” con il quale tutti noi conviviamo da tanti anni. Ed ecco qui di seguito i motivi di questo assurdo.

Se escludiamo il “Carro di Cugnot” come primo veicolo a trazione non animale che fu ideato nella seconda metà del 1700, la maggior parte dei veicoli a motore sono sati costruiti a partire dalla seconda metà del 1800; essi utilizzavano inizialmente motori a vapore, poi a scoppio e poi anche diesel.

Quei motori (mi riferisco in particolare a quelli a scoppio alimentati per lo più a benzina e quelli Diesel alimentati a gasolio) sono in essere ancora oggi e equipaggiano TUTTE le nostre automobili ormai da circa un centinaio di anni.

Intendiamoci, c’è una grande differenza tra un motore a scoppio o diesel di cento anni fa e quelli di oggi, ma SEMPRE si tratta di motori alternativi cioè di motori che riescono a far muovere le vettura partendo da un movimento alternativo.

Ci sono sempre due o più cilindri nei quali dei pistoni vanno su e giù molto velocemente spinti in basso da scoppi continui di una miscela di aria e benzina o gasolio nebulizzati; quei pistoni sono collegati ad un albero motore (detto a manovelle o a collo d’oca) che trasforma il movimento alternativo in movimento rotativo.

Dal primi motori ad oggi nulla è cambiato in questo, anche se ci sono state enormi migliorie nella realizzazione di questi dispositivi che hanno mirato a renderli sempre più efficienti, meno rumorosi e più potenti; ma non dimentichiamoci, i pistoni che vanno su e giù cim sono sempre e questo è un assurdo, visto che i pistoni si spostano velocemente per un tratto di qualche decina di centimetri per poi fermarsi bruscamente, risalire e ripartire nuovamente verso il basso. L’efficienza di un simile meccanismo e bassissima ed infatti c’è una enorme perdita di energia dovuta ad ogni brusco arresto dei pistoni quando sono nel “punto morto” superiore ed inferiore.

Per questo, i motori a scoppio anche moderni hanno un rendimento che è intorno  al 30% (e questo significa che solo il 30% dell’energia consumata viene effettivamente utilizzata); e non basta perché di quel 30% di energia utilizzata se ne perde ancora altra per gli attriti di tutti i meccanismi che sono frapposti tra l’albero motore e le ruote oltre a quella che si spreca quando si utilizzano i freni per ridurre la velocità della vettura.

Ma se esaminiamo un po’ meglio tutti quei meccanismi troviamo che gli ingegneri ne hanno inventati moltissimi, alcuni indispensabili ed altri utili, ma tutti sono serviti a rendere sempre più complesso tutto l’apparato che consente di far muovere le nostre vetture.

Considerato che la velocità di rotazione dell’albero motore doveva essere demoltiplicata prima di essere applicata alle ruote è stato necessario inventare il CAMBIO e cioè un meccanismo che consentisse di demoltiplicare non sempre della stessa entità la rotazione dell’albero motore; infatti bisognava demoltiplicarla molto all’avvio della vettura perché occorreva maggiore potenza e minore velocità, e poi man mano che la vettura acquistava velocità si poteva demoltiplicare meno, ottenendo meno forza e più velocità; gli ingegneri hanno ottenuto questo con il cambio prima a 3 velocità, poi a 4, poi a 5 e poi anche a 6 marce.

Un motore così concepito o è fermo oppure quando è in funzione fa girare l’albero motore da un minimo di 800 giri al minuto fino ad un massimo di alcune migliaia di giri al minuto e allora bisognava risolvere un altro problema; come fare per applicare improvvisamente una rotazione sia pure  molto demoltiplicata alle ruote? Non era certo possibile applicarla  di colpo facendo sobbalzare all’avvio la macchina e allora è stato necessario inventare un altro dispositivo, la FRIZIONE che consente di applicare “dolcemente”  la rotazione iniziale alle ruote e che può anche servire a “staccare” il motore dalle ruote al momento in cui viene cambiata una marcia con la successiva o la precedente.

C’erano però ancora altri problemi da risolvere; il motore in genere era anteriore e le ruote motrici erano per lo più posteriori ed allora occorreva portare la rotazione verso il posteriore della vettura e quindi è stato necessario utilizzare un ALBERO DI TRASMISSIONE che partendo dalla frizione giungesse fino all’altezza delle ruote posteriori; e ancora, poiché nelle curve succede che la ruota motrice posteriore che capita all’interno della curva deve compiere delle rotazioni inferiori a quelle che deve compiere la ruota posta all’esterno della curva, è stato necessario inventare il DIFFERENZIALE e cioè un complicato meccanismo che con parecchi ingranaggi consentisse all’albero motore che gira ad una certa velocità di trasferire una diversa velocità di rotazione alle due ruote posteriori.

Insomma di complicazioni ce ne sono state moltissime e sono state tutte affrontate e superate dagli ingegneri che hanno ideato appositi meccanismi per risolvere i tanti problemi.

Ma non basta, perché di complicazioni ce ne sono ancora tante altre; infatti il continuo saliscendi dei pistoni e anche gli scoppi necessari a farli muovere, creano una grande quantità di calore che occorre smaltire in qualche modo per evitare che l’insieme si riscaldi fino al punto di fondere; ed allora è stato necessario realizzare tutto un sistema di lubrificazione che utilizzando una certa quantità di olio contenuto nella COPPA DELL’OLIO deve essere distribuito verso tutte le parti in movimento ed inoltre, sempre per evitare che l’intero motore si surriscaldasse è stato necessario realizzare un raffreddamento a mezzo di acqua che deve circolare forzatamente con l'aiuto di una POMPA in una intercapedine del monoblocco; per evitare poi che anche l’acqua arrivasse all’ebollizione è stato necessario inventare il RADIATORE e cioè un dispositivo nel quale l’acqua di raffreddamento viene a sua volta raffreddata a mezzo di aria forzata parte proveniente da una apposita ventola e parte proveniente dall’estero a causa dello stesso movimento in avanti delle vetture.

Vi rendete conto quanti dispositivi servono in una auto moderna? E poi non credo che vi siete dimenticati che è stata necessario dotare ogni vettura di un MOTORINO ELETTRICO DI AVVIAMENTO per far partire i motori a scoppio o diesel e ovviamente anche di una batteria per alimentare detto motorino oltre che tutti i  dispositivi elettrici presenti in un’auto; e per evitare che la batteria si scaricasse  è stato necessario anche utilizzare un ALTERNATORE e relativo dispositivo di conversione della corrente alternata in corrente continua per ricaricare la batteria; e per far girare l’alternatore lo si è collegato all’albero motore a mezzo di una particolare CINGHIA.

Nei motori a benzina per alimentare con la miscela aria-benzina le camere di scoppio, occorreva far arrivare (inizialmente per caduta e successivamente con una apposita POMPETTA) la benzina dal SERBATOIO al CARBURATORE  e cioè ad un dispositivo che aspira aria e una certa quantità di carburante in funzione di una FARFALLA che si apre e chiude comandata dal pedale dell’acceleratore; poi successivamente il carburatore è stato sostituito quasi totalmente dagli INIETTORI e da un’apposita POMPA AD ALTA PRESSIONE  che inietta con forza  la benzina polverizzata nella camera di scoppio; ma come accendere la miscela? Ci sono volute le CANDELE cioè piccoli dispositivi capaci di generare delle scintille tra due elettrodi; e per produrre le scintille è stato necessario innalzare la tensione della batteria con una BOBINA e distribuirla alle candele di ogni cilindro al momento opportuno compito affidato al DISTRIBUTORE; tutto questo insieme è stato poi pian piano sostituito da un SISTEMA ELETTRONICO che si occupa a tutt’oggi di generare ai momenti opportuni una scintilla con una tensione ad alta frequenza.

Per i motori diesel invece le candele non sono mai servite in quanto l’accensione della miscela aria-gasolio avviene quando gli iniettori iniettano il gasolio polverizzato nella camera di compressione dove l’aria è già ad una temperatura molto alta per la forte compressione e può così incendiarsi.

Ma dove dovevano finire i gas di scarico prodotti dalla combustione e come ridurre la rumorosità dei motori? La soluzione è stata un condotto di scarico con una MARMITTA in cui i gas di scarico possono raffreddarsi prima di essere rilasciati all’esterno; e poi per evitare di emettere con i gas di scarico troppe particelle inquinanti è stato necessario inserire nella marmitta anche un CATALIZZATORE che catalizzasse quelle particelle e per i motori diesel anche un FILTRO ANTI-PARTICOLATO per bloccare la fuoriuscita delle polveri sottili (PM10).

Vi ho fatto ripercorrere buona parte dei problemi che gli ingegneri hanno dovuto risolvere  per far si che l’automobile così come la vediamo oggi faccia il suo lavoro, ma di dispositivi utili ce ne sono ancora tanti e non voglio continuare; non continuo anche perché penso che quello che ho ricordato ai lettori sia sufficiente per poter dire che l’automobile di oggi è un insieme di dispositivi tutti necessari e per far capire che le nostre vetture  sono oggetti molto complessi e quindi costosi; sono anche molto sprecone perché utilizzano solo una piccola parte dell’energia che consumano; il rendimento del motore è basso e si aggiungono, come ho già detto, tanti altri sprechi dovuti alla grande quantità di attriti dei vari dispositivi oltre all’energia che si perde tutte le volte che azioniamo i freni per rallentare.

Voglio solo ricordare ancora che in questi ultimi tempi si sta sempre più diffondendo anche nel nostro Paese il CAMBIO AUTOMATICO; esso ci consente di evitare di dover cambiare le marce a seconda della velocità desiderata e della pendenza delle strade da percorrere; è così scomparso in molte vetture il pedale della frizione, mentre la leva del cambio non ha più tante posizioni quante sono le marce oltre alla posizione di FOLLE, ma soltanto tre posizioni: PARKING, AVANTI, INDIETRO per poter rispettivamente rimanere fermi con il motore in moto, per andare avanti o per andare indietro; questa è una notevole semplificazione per chi guida ma è un’ulteriore complicazione che si aggiunge ai tanti dispositivi già esistenti; infatti il cambio diventa molto più complesso di prima, gli ingranaggi aumentano perché le marce essendo automatiche vengono spesso aumentate (si arriva anche a 9 marce); la frizione rimane e si aggiunge anche tutto l’apparato necessario meccanico ed elettronico per azionare sia la frizione che il cambio automaticamente in funzione della velocità voluta dal guidatore e della pendenza delle strade.

Sono sicuro che nessuno di noi automobilisti pensa a tutte queste cose mentre viaggia comodamente seduto al volante della sua bellissima auto moderna; ma le cose stanno proprio così; gli ingegneri si sono dati molto da fare, hanno risolto brillantemente tutti i problemi e ci hanno reso anche più semplice la guida, ma questo non toglie che l’auto anche moderna è un complesso insieme di parti che oserei dire anche poco intelligente che è diventato tale per non aver voluto mai tentare di trovare una soluzione complessiva più logica del motore termico.

Solo una volta c’è stato un piccolo tentativo quando nel 1963 la NSU tentò di mettere sul mercato un motore non alternativo ma rotativo (il motore Wankel), seguita nel 1971 dalla Citroen; ma ben presto questo motore non alternativo scomparve dalla scena un po’ per la difficoltà di lubrificarlo e un po’ perché fagocitato dal motore più tradizionale.

Ma oggi finalmente sembra che ci si sia messi sulla buona strada; l’auto elettrica è la vera soluzione a tutti i problemi; io avevo confidato molto su questa possibilità, tanto che nel 1993 quando acquistai la mia villetta a Gaeta chiesi ed ottenni dall’ingegnere costruttore di farmi mettere una canalina sotterranea di una decina di metri, che partendo dal mio contatore giungesse fino al mio posto macchina; lui mi chiese il perché, ed io gli risposi: “Perché entro 10 anni io avrò una vettura elettrica da caricare”.

La mia previsione si dimostrò errata perché, forse per la resistenza dei petrolieri,  le case costruttrici continuarono imperterrite a produrre solo vetture con motori a scoppio o diesel.

Ma oggi, vista anche l’attenzione che sempre più si ha per la riduzione delle emissioni di gas di scarico, la strada dell’elettrico l’hanno intrapresa proprio tutte le case produttrici di auto.

Ogni giorno sentiamo di una nuova vettura elettrica disponibile e naturalmente anche per esse ci sono dei problemi; essi sono al momento: la scarsa autonomia, la carenza di posti per la ricarica, i tempi necessari alla ricarica e il costo che hanno attualmente.

Possiamo avere certezza che negli anni prossimi si risolverà il problema dell’autonomia  e anche quella delle colonnine per la ricarica e dei tempi di ricarica; rimane il problema dei costi che attualmente sono maggiori di una autovettura a motore termico.

Ma prima di dissertare sui costi voglio provare a dimostrare perché finalmente siamo sulla strada buona, elencando tutti i pregi di una vettura totalmente elettrica; lo faccio perché sono sicuro che non tutti hanno chiaro quale grande passo avanti si sta per compiere.

Il motore elettrico è una realtà da tanti anni e nella locomozione è stato adottato da tempo solo sui treni oltre che in alcuni mezzi pubblici (tram e filobus); l’elettrificazione delle vetture non è stato invece affrontato mai seriamente, principalmente per la indisponibilità di batterie capaci di offrire una congrua autonomia.

Ma mettiamo da parte per un po’ questo grosso problema ed esaminiamo i grandi vantaggi che il motore elettrico può offrirci; lo possiamo fare bene ora, dopo la lunga carrellata sulle vetture più tradizionali con la quale ci siamo intrattenuti prima.

La prima cosa da osservare è che il motore elettrico è un motore che genera una rotazione direttamente (non c’è quindi alcun bisogno di trasformare uno stupido movimento alternativo in uno rotativo); quindi non sono più necessarie né bielle né albero a manovelle e lo spreco di energia si riduce enormemente.

Il motore elettrico infatti ha un rendimento altissimo e quindi dal 30% di quello a scoppio si passa a valori che superano anche il 90%.

Il motore elettrico, diversamente dal motore a scoppio, può variare la sua velocità da ZERO a migliaia di giri al minuto e diversamente dall’altro offre tutta la sua potenza anche ad un bassissimo numero di giri; questo consente di poter applicare alle ruote la rotazione da lui prodotta, opportunamente demoltiplicata e in maniera non variabile, abbastanza direttamente e senza bisogno di frizione; basta dosare la corrente applicata al motore con un semplice reostato azionato dal pedale dell’acceleratore per far iniziare la rotazione del motore ad un qualsiasi numero di giri partendo da zero.; non c’è neanche bisogno del cambio perché la potenza del motore elettrico e sempre sufficiente; non c’è bisogno di un albero di trasmissione perché due o più motori elettrici indipendenti possono essere utilizzati per ciascuna ruota motrice e non c’è bisogno di differenziale perché la diversa velocità dei motori può essere realizzata dosando la corrente applicata a ciascun motore a mezzo di un semplice sistema elettronico di controllo; non c'è bisogno di carburatore o iniettori, né di candele, bobine, distributori o centraline per l'accensione elettronica.

Ma non c’è bisogno neanche di tutto l’apparato di raffreddamento (radiatore, ventola, pompa dell’acqua, ecc.) perché i motori elettrici scaldano poco e quindi possono essere raffreddati tranquillamente ad aria.

Anche la lubrificazione necessaria si riduce moltissimo e quindi scompare anche la coppa dell’olio e tutto l’insieme di tubi e pompe per la lubrificazione a cui siamo abituati.

Il motore elettrico non produce emissioni da smaltire e quindi non inquina, ma in più non c’è neanche la necessità di un complesso apparato per lo scarico dei gas combusti, e per effettuare tutto il trattamento di purificazione oggi necessario per legge; e neanche nessuna necessità di silenziare il rumore prodotto, perché il motore elettrico è silenzioso per sua natura.

Non ‘è bisogno di un motorino elettrico per l’avviamento perché il motore elettrico non ha nessuna necessità di essere avviato.

Una vettura elettrica non consuma niente quando è ferma, a differenza delle vetture a motore termico che quando sono ferme ad un semaforo o in un ingorgo per traffico, se sono in moto sia pure al minimo dei giri, consumano (a meno di non utilizzare continuamente il dispositivo Start/Stop che come nuova complicazione è presente in alcuni auto attuali).

Infine c’è una interessante caratteristica dei motori elettrici che non va sottovalutata; esso può addirittura diventare un generatore di energia elettrica se fatto girare meccanicamente in qualche modo; questa caratteristica consente, invertendo il suo funzionamento, di recuperare energia con la quale ricaricare le batterie nel momento in cui si frena; quando si preme sul pedale del freno non saranno solo le pasticche dei dischi a rallentare la vettura ma anche lo stesso motore elettrico che avendo invertito i suo funzionamento frena la vettura e diventa un generatore di energia elettrica; quindi non si perderà completamente tutta l’energia a causa della frenata, si ricaricheranno un po’ le batterie e diminuirà anche il consumo delle pasticche dei freni.

Insomma elettrificare le nostre vetture significa utilizzare meglio l’energia consumata e ridurre enormemente la complessità dei meccanismi il che si traduce anche in una minore necessità di manutenzione e di interventi per la riparazione di guasti; e si dovrebbe tradurre anche in una notevole riduzione anche dei costi di acquisto.

Chi viaggerà in una nuova auto elettrica non si accorgerà che è cambiato niente in quanto a comodità, anzi viaggerà in un’auto molto più silenziosa che parte senza bisogno di accendere il motore, che ha una ripresa notevole, che non emette proprio gas di scarico e che si guida come se fosse dotata di cambio automatico.

Ma ora parliamo di prezzi e ricordiamoci che il motore elettrico su una vettura, almeno attualmente, richiede necessariamente delle batterie (inesistenti nelle macchine a motore termico) che ovviamente hanno un loro costo che è anche abbastanza alto e che possono compensare quasi totalmente quello di tutti gli apparati che non sono più necessari.

Io sostengo che comunque il costo di una vettura elettrica dovrebbe essere assolutamente MINORE di quella di una corrispondente vettura a motore termico, ma in pratica vediamo che finora tutte le case costruttrici pretendono di venderle invece ad un prezzo maggiore; probabilmente lo fanno perché intendono ammortizzare molto rapidamente gli investimenti fatti per convertire delle linee di produzione o per averne istituite delle nuove, o anche magari per realizzare maggiori guadagni, ma io penso di aver ragione e posso anche dimostrarlo.

Per farlo voglio prendere in esame una vettura e precisamente una vettura Plug-in (o PHEV).

Questo tipo di vettura ha un motore a benzina e ovviamente anche tutti i dispositivi di un'auto moderna tradizionale, ma ha anche uno o più motori elettrici in aggiunta, che intervengono in particolari condizioni e con i quali si può viaggiare anche per una cinquantina di chilometri in modalità elettrica pura.

Ne prendo una ad esempio (la KIA NIRO PLUG-IN) prezzo di listino di € 36.700 che ha un costo non molto dissimile da una vettura simile visto che è dotata di serie di un cambio automatico a 6 rapporti e doppia frizione, un sistema completo di interconnessione e navigazione, climatizzatore automatico, smart key, chiusura centralizzata, 7 airbags,  sistema di rilevamento stanchezza, frenata di emergenza e rilevamento pedoni, Lane Keep Assist, ABS e altri dispositivi di sicurezza, luci diurne, fendinebbia, ecc. e che può percorrere circa 58 chilometri in modalità elettrica pura.

Questa vettura dispone però di tutto quanto occorre per viaggiare elettricamente (batteria compresa) oltre a disporre di tutto ciò che è presente in una buona macchina a motore termico.

Ora mi sembra impossibile che la presenza di una batteria un po’ più capiente di quella già esistente che possa estendere l’autonomia dai 58 chilometri a qualche centinaio non possa essere abbondantemente compensata dalla eliminazione di motore termico, cambio, frizione, differenziale, sistema di lubrificazione, sistema di raffreddamento, sistema di accensione, motorino di avviamento e di tutti i dispositivi di cui abbiamo abbondantemente parlato.

I prezzi quindi devono scendere assolutamente e ad esempio Volkswagen sembra che abbia deciso di rompere il ghiaccio e di dare il via a questa diminuzione possibile ed indispensabile.

Le batterie nel frattempo diminuiranno di prezzo, offriranno una maggiore autonomia e saranno ricaricabili più rapidamente. E’ noto che ultimamente TATA ha sviluppato una nuova tecnologia denominata Ziptron che la mette sulla buona strada.

Dunque l’era dell’elettrico è iniziata, pian piano tutte le nostre eroiche vetture a motore termico saranno sostituite dalle più intelligenti vetture elettriche e ci guadagneremo tutti, case costruttrici comprese.

Franco Fellicò