Sfide economiche legate ai motori a combustione interna

La questione economica è diventata recentemente diventata cruciale quando si parla di motori a combustione. L’uso più efficace delle risorse energetiche, insieme alla competizione con tecnologie alternative, motiva i produttori a sviluppare motori il più economici possibile e spinge gli utenti a farli funzionare con il minor dispendio finanziario.

Nel seguente articolo affronteremo brevemente le questioni economiche che legate alle auto dotate di motori a combustione.

Prezzo e costo

Il costo di produzione del motore dipende da molti fattori, tra cui il materiale di fabbricazione, la tecnologia di produzione, il numero di unità prodotte e l’energia consumata per unità. Per garantire un’azione mirata e precisa, è essenziale tenere conto di questi fattori già in fase di pianificazione.

Inoltre, i produttori sono tenuti a produrre pezzi di ricambio per i motori, spesso per decenni. Il costo dei macchinari e degli strumenti necessari a questo scopo è estremamente elevato, quindi l’investimento può essere recuperato solo se il numero di unità prodotte è elevato. Nel caso delle autovetture, ciò può significare fino a 100.000 unità all’anno, nel caso dei camion questo numero è solitamente un ordine di grandezza inferiore.

Durante la progettazione, è opportuno cercare di utilizzare la minor quantità di materiale possibile in modo che il componente abbia ancora indicatori di resistenza adeguati e rimanga economico nella produzione di massa. Negli ultimi anni, le nuove tecnologie di produzione basate sulla scienza, come la pressofusione o il calettamento, hanno svolto un ruolo significativo nella tecnologia dei motori.

La moderna tornitura e fresatura CNC, con una rimozione minima di materiale, sta lentamente diventando obsoleta in molte aree in cui è possibile utilizzare la stampa 3D.

Quando si progettano i componenti, è necessario tenere sempre in considerazione la capacità, l’efficienza e altri parametri delle macchine di lavorazione e quindi adattare la progettazione di conseguenza. Non c’è dubbio che durante la progettazione occorre prestare particolare attenzione alla prefabbricazione, poiché i costi aggiuntivi della lavorazione si rifletteranno nel prodotto finito. La differenza è significativa, ad esempio, se l’albero motore viene tornito da un unico blocco o se viene prodotto uno stampo forgiato o fuso per la successiva lavorazione. Il team di progettazione deve quindi possedere una conoscenza adeguata e approfondita della tecnologia produttiva.

Stanno attualmente in corso sforzi per ridurre il costo del motore. Un’opzione è quella di utilizzare il maggior numero possibile di parti standardizzate (cuscinetti, viti, altri elementi di fissaggio). Le moderne fabbriche oggi acquista da fornitori molte parti che vengono sviluppate e prodotte in grandi quantità in stabilimenti specializzati (turbocompressori, valvole, guarnizioni, iniettori, ecc.).

Il confronto dei prezzi dei motori è una sfida complessa poiché, oltre alle condizioni di mercato, molti altri fattori influenzano il risultato.

L’andamento dei prezzi viene solitamente analizzato prendendo come base il prezzo di un motore diesel con un diametro cilindrico di 100 mm per 1 kW di potenza e utilizzandolo per confrontare unità di diverse dimensioni. I motori diesel con un diametro del cilindro di 110 mm e i motori a benzina con un diametro del cilindro di 90 mm risultano essere i più economici. È importante notare che il prezzo dei motori a benzina è inferiore del 30-40% rispetto alle prestazioni dei motori diesel. Ciò è dovuto principalmente al peso e alle dimensioni inferiori, ai componenti che possono essere prodotti a un prezzo inferiore e all’elevato volume di produzione.

Consumo di carburante

Indipendentemente da quanto costa attualmente la benzina o il gasolio, in generale si può affermare che maggiore è l’efficienza del motore, minore è il suo consumo e varia al massimo la percentuale dei costi di esercizio

Il consumo specifico di carburante dei motori rappresenta un parametro importante e comparabile determinato per condizioni operative specifiche.

Poiché la maggior parte dei motori a combustione interna funzionano a carico parziale variabile, è sufficiente misurare il consumo specifico corrispondente alle condizioni di carico massimo per valutarne l’economia di funzionamento.

Il consumo di carburante di un generatore diesel è enorme rispetto a quello del motore di un’auto, ma i valori unitari sono simili (fonte: www.wikipedia.org).

Quando si valuta il consumo come indicatore economico, è necessario tenere conto anche dei seguenti aspetti (a volte contraddittori):

• I motori progettati per applicazioni diverse hanno caratteristiche diverse
• Interesse dell’utente (massima prestazione con il minimo sforzo)
• Legislazione (possiamo ridurre i consumi solo se lo sviluppo non è in conflitto con gli standard di emissione)
• Facile adattamento alle mutevoli condizioni del traffico stradale
• La riduzione del consumo di carburante non può andare a discapito della durata del motore.

Vita del motore

Il motore economico è decisamente durevole e possiede una lunga durata. Idealmente ogni componente del motore dovrebbe guastarsi esattamente nello stesso momento. Tuttavia, ciò non è possibile perché le diverse parti strutturali sono esposte a carichi completamente diversi: ad esempio, le parti non soggette ad usura (blocco motore, coperture del basamento) hanno buone probabilità di evitare guasti.

Oggi, i motori a combustione sono scrutati in modo molto più approfondito dal punto di vista della sicurezza operativa. Il basso consumo di carburante del motore non è di alcuna utilità se l’unità è difettosa e genera elevati costi di riparazione.

Per valutare l’utilità economica dei motori è necessario eseguire caratteristiche comparative che sono tipicamente economiche piuttosto che di natura ingegneristica. Tuttavia, va tenuto presente che questo tipo di valutazione dipende in gran parte dall’ambito di applicazione. Un motore può avere un’eccellente reputazione come propulsore per autocarri, ma è completamente inefficace su un caricatore.

I fattori che influiscono sulla sicurezza operativa di un motore a combustione interna sono così complessi che non è possibile determinare un fattore comparabile in base alle caratteristiche tecniche del motore. Pertanto, occorre prestare particolare cautela nel valutare caratteristiche determinate esclusivamente sulla base di dati statistici.