Motori a 3 cilindri, pregi e difetti

Emissioni, emissioni ed emissioni. Questa è sicuramente una delle parole più utilizzate dai tecnici e ingegneri delle Case automobilistiche. Il limite a 95 g-CO2/km per il 2020 (che dovrebbe diminuire ancora di più nei prossimi anni) mette pressione ai diversi costruttori, da BMW ad Audi, passando per Ford e PSA: un po' tutti, negli ultimi anni, hanno cercato di trovare soluzioni per evitare multe salatissime.

Questo è uno dei motivi principali per cui il mercato automobilistico ha iniziato ad essere invaso non solo dai powertrain elettrificati, ma anche dai piccoli propulsori a 3 cilindri, che hanno dato il via al famoso concetto di downsizing nel segno dell’efficienza e di valori più bassi in termini di consumi ed emissioni di CO₂. Più semplici da produrre e più economici - vista il minor numero di componenti - i motori a 3 cilindri sono anche più compatti e leggeri.

Un po’ di tecnica

I motori a 3 cilindri hanno un intervallo di accensione ogni 240° di rotazione dell’albero motore. Un dato che si ottiene moltiplicando il numero di tempi (4) per 180° e dividendo il tutto per il numero di cilindri (3). Rispetto all’intervallo di accensione di 180° dei motori a 4 cilindri e a quelli ancora più ravvicinati dei motori con più cilindri, in questo caso si avrà un erogazione della potenza meno regolare a causa di un intervallo più lungo tra un accensione e l’altra.

L’ordine di accensione dei cilindri 1-2-3 è garantito da uno sfalsamento delle 3 manovelle sull’albero motore di 120° l’una. Tra i principali benefici di questo motore, rispetto ad un 4 cilindri in linea, troviamo appunto - almeno sulla carta - dei bassi valori nei consumi e nelle relative emissioni, grazie ad una cilindrata inferiore e ad un peso complessivo ridotto.

Perché sulla carta? Perché questo è vero se il propulsore viene utilizzato nel suo range ideale, a giri medio-bassi. Quando si cercano più prestazioni, tuttavia, il rapporto si inverte e rispetto ad un 4 cilindri il consumo di carburante può crescere.

Santa sovralimentazione

Se all’inizio i motori a 3 cilindri venivano utilizzati soprattutto su vetture piuttosto economiche, ora la maggior parte delle Case automobilistiche sfrutta questi propulsori anche nei modelli di fascia più alta grazie all’utilizzo della sovralimentazione, che permette di raggiungere valori di potenza elevati.

Basti pensare al 1.5 tre cilindri da 231 CV che BMW monta sulla sportiva i8. Ma se non bastasse, Koenigssegg ha equipaggiato la Gemera - modello che uscirà nel 2022 - con un 2.0 litri da ben 600 CV, abbinato a 3 motori elettrici. Ma anche senza esempi così estremi, le vetture compatte e addirittura superiori spinte da piccolo turbo benzina da 1 litro (come la Seat Leon) dimostrano in modo eloquente il loro valore.

Il problema del bilanciamento

Uno dei problemi principali legati al motore 3 cilindri è sicuramente il bilanciamento delle vibrazioni create dalla pressione di combustione e dall’inerzia delle parti rotanti e del moto alterno dei pistoni. Per farvi capire meglio, senza entrare troppo nel dettaglio vogliamo farvi il paragone con un 6 cilindri in linea.

In linea generale, in quest’ultimo i due cilindri più esterni raggiungono il punto morto superiore all’unisono mentre gli altri 4 interni sono disposti in specifici angoli che permettono di bilanciare bene non solo le forze primarie e secondarie ma anche le coppie di rotazione del motore.

In un 3 cilindri, invece, quando il primo pistone raggiunge il punto morto superiore gli altri due si trovano ad una distanza di 120° dal punto morto superiore, o dal punto morto inferiore. Ciò significa un buon bilanciamento per quanto riguarda le forze verticali, ma un pessimo bilanciamento per quanto riguarda la coppia di rotazione. I motori a 3 cilindri, infatti, tendono a ruotare su se stessi e per questo motivo vengono dotati di contralberi di equilibratura.

Nel 2012 Ford ha introdotto sulla Focus il motore 3 cilindri 1.0 EcoBoost sovralimentato che utilizzava un volano "sbilanciato" per equilibrare le vibrazioni interne. Questo motore, inoltre, è stato il primo 3 cilindri ad adottare la tecnologia di disattivazione di un cilindro.

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I pro e i contro

Ecco dunque una lista sintetica dei pro e dei contro nell’utilizzo di un motore a 3 cilindri in linea rispetto a motori simili a 4 cilindri in linea

I VANTAGGI

• Riduzione dei consumi e delle emissioni di CO2
• Più compatto rispetto ad un 4 cilindri
• Più economico da produrre
• Peso minore

GLI SVANTAGGI

• Erogazione meno fluida della potenza (60° in più tra un’accensione e l’altra rispetto ad un 4 cilindri in linea)
• Coppie rotanti che necessitano dell’utilizzo di un contralbero
• Albero motore più pesante per equilibrare il momento dato dalle forze interne

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