Diciamo che qualsiasi motore a combustione interna (anzi qualsiasi macchine motrice) ha un'efficienza sempre minore man mano che lavora in condizioni di carico minori di quelle nominali/massime.
Se si osservano curve di rendimento dei motori a combustione interna si vede che l'andamento è a collina, e ragionando a parità di regime di rotazione si hanno dei valori di efficienza sempre maggiori avvicinandosi alla coppia massima.
Per un motore Diesel è più o meno vero sempre, per un motore a benzina in realtà il massimo dell'efficienza la si ottiene con un carico un po' inferiore a quello massimo, in quanto intervengono altri fattori -strategie di controllo in centralina- per le quali bisogna salvaguardare l'integrità strutturale del motore (ingrassare per abbassare temperature allo scarico, e ritardare l'anticipo ottimale per evitare di detonare), ma che non interessano ora.
La cosa importante importante è che quando si eroga una coppia minore di quella per cui il motore è stato progettato, si ha una scadenza del rendimento (rendimento organico in questo caso), perché in proporzione la quota parte di energia che viene creata in camera di combustione che serve a mantenere in vita il motore è sempre maggiore. A riguardo può essere utile cercare informazioni sul web sul modello "Willans Line".
Per esempio, quando sei fermo in folle e il motore gira al minimo, il rendimento è zero, perché tutta l'energia che viene creata dalla combustione serve a tenere il motore in moto, ma all'albero non si ha nessuna coppia motrice effettiva. Più invece si aumenta il carico, più la quota parte di energia che serve a vincere gli attriti interni al motore diventa in proporzione minore (meno rilevante) e quindi il rendimento totale aumenta. Questo vale per qualsiasi macchina motrice.
I motori a benzina inoltre sono più sfigati dei Diesel, perché hanno un metodo di regolazione del carico che si basa (soprattutto nel passato, mitigato ora con molte tecnologie) su una strozzatura che viene messa in aspirazione (la farfalla) che non fa altro che aumentare il lavoro di pompaggio che il motore deve fare per aspirare aria. Sostanzialmente quando si parzializza il carico stiamo facendo fare più fatica al motore di proposito, peggiorando l'efficienza.
Per dirlo in altri termini, è come se tu potessi correre potenzialmente ad una velocità massima di 10 km/h, ma per andare a 5 km/h invece di muovere le gambe meno velocemente/con meno energia e quindi spendere meno, ti metti dei sassi nello zaino sulle spalle per appesantirti. Fai la stessa fatica (cioè quella massima), ma vai a velocità dimezzata: hai dimezzato la tua efficienza.
Il discorso è ovviamente molto semplificato, soprattutto ora nel 2021 dove ci sono mille tecnologie e "diavolerie elettroniche" che contribuiscono a regolare il carico sui motori a benzina cercando di utilizzare il meno possibile la strozzatura della farfalla:
- sistemi di variazione della fasatura e dell'alzata delle valvole
- l'iniezione diretta in camera, che era stata inventata con l'idea di andare a carica stratificata e non omogenea, regolando il carico come avviene nei Diesel (simile a quello che cerca di fare Mazda con lo SkyActiv-
- lo stesso sistema di sovralimentazione che viene usato di più o di meno regolando l'apertura della waste-gate
- cicli termodinamici diversi da quello Otto standard (es. cicli Miller/Atkinson)
- infine tecnologie ibride varie, che possono alzare il carico sul motore e sfruttare la coppia in eccesso per ricaricare la batteria, se questo è energicamente conveniente
Se sei arrivato fin qui dirai "sì, grazie per la spiegazione, ma che c'entra col fatto che mi azzoppano un cilindro?"... c'entra perché disattivando un cilindro permetti ai cilindri rimanenti di lavorare in una condizione di carico maggiore, più vicina a quella massima, e quindi avere una migliore efficienza complessiva.
Faccio un esempio con dei numeri molto basic, ma spero chiaro.
Ho un motore 3 cilindri che eroga una coppia massima di 300 Nm, quindi ogni cilindro eroga massimo 100 Nm semplificando.
Affronto una strada extraurbana a 80 km/h, sesta marcia, a 2000 giri/minuto, con il motore che eroga 90 Nm totali per mantenere quella velocità costante. In questa condizione il motore sta erogando 90/300 ovvero il 30% della coppia massima che può erogare. E ogni cilindro sta erogando 90/3 ovvero 30 Nm di coppia, quindi appunto il 30% ognuno della loro coppia massima (che è 100 Nm ciascuno).
Ora, se io "spengo" un cilindro, gli altri due superstiti dovranno erogare 45 Nm ciascuno per mantenere i 90 Nm totali che mi servono per andare alla mia velocità costante. Così il motore eroga quindi 90 Nm su un massimo di 200 Nm questa volta, quindi sta erogando il 45% della sua coppia massima. Idem ogni cilindro. Senza ripetere tutto quello detto sopra, il rendimento totale aumenta.
Il tutto avviene dalla centralina, che mentre spegne un cilindro deve contemporaneamente compensare portando gli altri due ad erogare più coppia, quindi aprendo la valvola a farfalla o chiudendo maggiormente la waste-gate per dare più pressione in turbina. E il tutto senza che il guidatore se ne accorga (ormai i tempi di reazione sono nell'ordine dei millisecondi).
Il concetto di base è lo stesso che ha portato al down-sizing aggressivo degli ultimi anni. Un 1.0 se confrontato con un 2.0 aspirato può erogare a parità di tutto, potenzialmente la metà della coppia massima, quindi la coppia richiesta dal guidatore è sempre vicina a quella massima (efficienza maggiore) fino al valore massimo da aspirato (ovvero prima che entri in funziona la turbina e la sovralimentazione). Ovviamente un 1.0 aspirato non si venderebbe, quindi il down-sizing è andato di pari passo con la sovralimentazione, in modo da usare anche il sistema di sovralimentazione per regolare il carico, tirandolo in ballo solo quando serve, in modo da tenere la farfalla più aperta possibile e "strozzare" di meno il motore a benzina, con buona pace del turbo-lag.
Ho fatto un esempio 1.0 vs 2.0 per semplicità, approssimando innumerevoli cose, senza riferimento al millino Ford o altri.
Ora dovrei rileggere tutto per accertarmi di non aver scritto cavolate, ma sono già andato oltre il tempo della mia pausa pranzo, che mi sono "giocato" per questo post
