Svolta per i motori auto: questa ricerca può renderli più affidabili

Un nuovo studio scientifico pubblicato sulla rivista Physical Review Applied potrebbe avere ricadute importanti anche sul mondo dell’auto, soprattutto per lo sviluppo dei motori di nuova generazione. Un gruppo di ricercatori giapponesi ha messo a punto un metodo innovativo per ridurre l’instabilità della combustione, un problema che può colpire diversi tipi di motori, non solo quelli aeronautici o industriali, ma anche i propulsori utilizzati nelle auto, in particolare quelli ad alte prestazioni e ad alta efficienza.

La ricerca è stata condotta da Hiroshi Gotoda, docente alla Tokyo University of Science, e Ryoichi Kurose, professore alla Kyoto University, due università giapponesi attive nello studio dell’ingegneria meccanica. Il lavoro ha utilizzato strumenti matematici avanzati per capire dove nascono le vibrazioni più pericolose all’interno della camera di combustione e come intervenire per ridurle.

Cos’è l’instabilità della combustione e perché riguarda le auto

Nei motori a combustione interna, l’energia viene prodotta dall’esplosione controllata della miscela aria-carburante. Quando questo processo non è perfettamente stabile, possono generarsi oscillazioni di pressione e vibrazioni che riducono l’efficienza, aumentano il rumore e, nel tempo, accelerano l’usura dei componenti. Nei casi più estremi, questi fenomeni possono causare danni strutturali.

Utilizzando la cosiddetta "scienza delle reti", i ricercatori hanno analizzato il comportamento della turbolenza all’interno del combustore, trattando ogni zona del flusso come un nodo collegato agli altri.

Lo studio ha dimostrato che alcune aree hanno un ruolo dominante nel mantenere l’instabilità, un po’ come snodi fondamentali in una rete stradale. Quando queste zone diventano attive, le vibrazioni aumentano; quando si disattivano, il sistema torna più stabile.

Questa figura illustra la natura “scale-free” della rete di turbolenza durante l'instabilità della combustione a spruzzo. (A) La distribuzione spaziale della forza dei nodi rivela hub altamente connessi (regioni rosse) che dominano il comportamento del flusso in due diversi intervalli di tempo, (a) e (b). (B) La funzione di densità di probabilità conferma che la rete segue una distribuzione di potenza, caratteristica distintiva dei sistemi senza scala, in cui pochi nodi critici (hub) esercitano un'influenza sproporzionata sulla stabilità dell'intero sistema. Image credit: ©2025 American Physical Society

Foto di: Motor1

Questa visualizzazione traccia l'evoluzione nel tempo della forza dei nodi nella rete di turbolenza. I pannelli (a), (b) e (c) forniscono “istantanee” dei campi di forza dei nodi a intervalli di 0,4 ms. Queste istantanee mostrano la comparsa e la scomparsa periodica degli hub della rete, che i ricercatori hanno scoperto essere sincronizzata con la formazione e il collasso di vortici organizzati su larga scala. Image credit: ©2025 American Physical Society

Foto di: Motor1

Un’idea applicabile anche ai motori stradali

L’aspetto più interessante per il settore automobilistico è la soluzione individuata: intervenire solo nei punti chiave. Inserendo piccoli ostacoli fisici in aree molto precise della camera di combustione, i ricercatori sono riusciti a ridurre in modo significativo le oscillazioni e il rumore generato dal motore.

Un principio che, opportunamente adattato, potrebbe essere utilizzato anche nei motori delle auto, che così sarebbero più efficienti, meno rumorosi e con minori emissioni, senza particolari stravolgimenti.

Ora, i prossimi studi serviranno proprio a capire come adattare questa tecnologia a geometrie e dimensioni più vicine a quelle dei motori automobilistici. Continuate a seguirci per saperne di più.

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