Motore a scoppio: storia, funzionamento e futuro di una rivoluzione senza fine

Mentre in Europa si sogna l’elettrico, col bando termico nel 2035, il full electric proprio non sfonda: a giugno 2025, siamo solo al 15% di quota mercato (5% in Italia). Ecco perché il motore a scoppio - o a combustione interna - è più vivo che mai. Per non parlare del circolante usato, con benzina e Diesel ricercatissimi. Trattasi di una delle invenzioni più rivoluzionarie della storia dell’umanità, che ha profondamente trasformato trasporto, industria e vita quotidiana, spingendoci nell’era moderna. Le sue origini sono complesse, frutto di decenni di ricerca e innovazione da parte di numerosi ingegneri e inventori.

Sommario

• Chi ha inventato il motore a scoppio
• I quattro tempi del ciclo Otto
• La seconda rivoluzione industriale e il motore a scoppio
• Motore a due tempi
• Kit costruzione motore a scoppio funzionante
• Il futuro del motore a scoppio

Chi ha inventato il motore a scoppio

La tesi prevalente è che non esista un singolo inventore del motore a scoppio. Piuttosto, il propulsore rivoluzionario è il risultato di un’evoluzione, con contributi significativi da parte di diverse figure chiave in epoche diverse.

1. Il concetto fondamentale di sfruttare l’energia di un’esplosione per produrre lavoro risale al XVII secolo: è del fisico olandese Christiaan Huygens. La polvere da sparo per muovere un pistone. Tuttavia, si trattava di un'idea embrionale e non di un motore funzionante.

2. Nel 1807, l’ingegnere svizzero François Isaac de Rivaz costruì un veicolo azionato da un motore a combustione interna alimentato a idrogeno. Sebbene rudimentale e poco efficiente, è considerato il primo motore a scoppio a funzionare realmente.

3. Nel 1860 l’ingegnere belga Étienne Lenoir brevettò e costruì un motore a combustione interna a due tempi funzionante, alimentato a gas illuminante. Il suo propulsore era relativamente silenzioso e meno ingombrante rispetto ai motori a vapore dell'epoca, e fu utilizzato in applicazioni industriali leggere e persino per propellere la prima auto. Nonostante l’efficienza limitata (circa il 4%).

4. Il nome più strettamente associato all'invenzione del motore a scoppio, così come lo conosciamo oggi, è quello dell'ingegnere tedesco Nikolaus August Otto. Nel 1876, perfezionò il concetto sviluppando il motore a quattro tempi, noto anche come ciclo Otto. Questo design era più efficiente rispetto ai precedenti motori a due tempi, e la sua logica è ancora alla base della maggior parte dei motori a combustione interna moderni.

I quattro tempi del ciclo Otto

1. Aspirazione (o ammissione). Il pistone si muove verso il basso, creando un vuoto che aspira la miscela aria-carburante (benzina nebulizzata) nel cilindro attraverso la valvola di aspirazione aperta.

2. Compressione. La valvola di aspirazione si chiude e il pistone si muove verso l’alto, comprimendo la miscela aria-carburante. Aumentano temperatura e pressione della miscela, che diviene più reattiva.

3. Scoppio (o combustione/espansione). Al raggiungimento del punto morto superiore, una candela produce una scintilla che accende la miscela compressa. L’esplosione risultante spinge il pistone verso il basso, generando la forza motrice. Questo è il tempo utile del motore.

4. Scarico. La valvola di scarico si apre e il pistone risale, espellendo i gas di scarico bruciati dal cilindro. Una volta completato lo scarico, il ciclo ricomincia.

La seconda rivoluzione industriale e il motore a scoppio

La seconda rivoluzione industriale (dal 1870 al 1914) fu caratterizzata da rapidi progressi tecnologici, dall’introduzione di fonti energetiche (petrolio ed elettricità), e dall’emergere di nuove industrie. L’efficienza del motore a scoppio era legata all'uso di combustibili liquidi derivati dal petrolio, come la benzina e il gasolio. La crescente disponibilità e raffinatezza di questi combustibili rese il motore a scoppio una soluzione energetica sempre più pratica ed economica.

L’applicazione dirompente del motore a scoppio fu nel campo dei trasporti. Karl Benz e Gottlieb Daimler, lavorando indipendentemente alla fine del XIX secolo, utilizzarono motori a benzina leggeri e potenti per costruire le prime auto moderne. Questo diede il via all’industria che avrebbe poi democratizzato i viaggi e il commercio. Nello stesso periodo, il motore a scoppio rese possibili anche l'aviazione (con i fratelli Wright) e i sottomarini.

Nelle fabbriche, il motore a scoppio offriva un’alternativa più flessibile e localizzata ai grandi e ingombranti motori a vapore. Piccoli propulsori potevano azionare singole macchine, riducendo la necessità di complessi sistemi di trasmissione a cinghie e alberi. In parallelo, nell’agricoltura, più produttività e meno fabbisogno di manodopera e animali da tiro.

Motore a due tempi

1. Compressione e aspirazione/scarico: il pistone si muove verso l'alto, comprimendo la miscela aria-carburante nella camera di combustione. Contemporaneamente, il pistone scopre la luce di scarico, permettendo ai gas bruciati di uscire, e poi la luce di aspirazione, aspirando nuova miscela aria-carburante nel carter.

2. Scoppio ed espansione/pre-compressione: una volta raggiunta la massima compressione, la candela accende la miscela. L’esplosione spinge il pistone verso il basso. Durante questa fase, il pistone pre-comprime la nuova miscela aria-carburante nel carter, preparandola per il trasferimento al cilindro nel ciclo successivo. Ideale per applicazioni che richiedono alta potenza specifica e leggerezza, come motoseghe, tagliaerba, motori fuoribordo di piccole dimensioni e scooter leggeri.

Kit costruzione motore a scoppio funzionante

Esistono numerosi kit di costruzione motore a scoppio funzionante disponibili per hobbisti e studenti. Spesso modelli in scala o repliche semplificate, offrono un'opportunità unica per comprendere in modo pratico i principi fondamentali del ciclo di combustione interna. Assemblare un kit permette di toccare con mano le componenti – pistoni, cilindri, albero motore, valvole (se a quattro tempi), candela – e di visualizzare il movimento sequenziale che trasforma l'energia chimica del carburante in energia meccanica. È un modo eccellente per avvicinarsi all'ingegneria e alla meccanica, comprendendo meglio come una delle invenzioni più significative della storia continui a spingere il nostro mondo.

Il futuro del motore a scoppio

Nonostante l’avanzamento delle tecnologie elettriche e ibride, il motore a scoppio continua a essere una componente cruciale del panorama energetico globale. La ricerca continua a concentrarsi su miglioramenti nell’efficienza del carburante, nella riduzione delle emissioni e nell'adattamento a combustibili alternativi. La sua storia, fatta di ingegno, perseveranza e intuizioni brillanti, ci ricorda come l’innovazione tecnologica sia un processo continuo, plasmato da generazioni di menti curiose e determinate a spingere i confini del possibile.

Passione ibride e PHEV

In tutto il mondo, nonostante la spinta di certi gruppi di potere a favore delle elettriche BEV, continuano ad andare fortissimo le ibride, specie le Toyota, mix fra motore termico (a scoppio, a combustione) e batteria. Analogamente, piacciono sempre di più le PHEV, su cui i cinesi (specie BYD) puntano per invadere l’Europa: auto termiche con una grande batteria ricaricabile. Insomma, la partita è tutta da giocare per il classico propulsore che era e continua a essere un protagonista straordinario. Per non parlare dell’usato in Italia a metà 2025: il diesel è il re col 42,7% di quota, quindi il motore a benzina al 38,2%, a seguire le ibride al 9,5%.

Da capire infine il ruolo che avranno i biocarburanti come etanolo e biodiesel, e il loro impatto sulla riduzione delle emissioni di CO2. Idem i carburanti sintetici (e-fuels): prodotti da CO2 catturata e idrogeno verde, sono considerati quasi al 100% carbon neutral. Questo è un aspetto fondamentale che potrebbe permettere ai motori a scoppio di continuare a esistere anche oltre il 2035 in un’ottica di economia circolare del carbonio.