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
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.
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.
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.
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%).
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
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.
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.
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.
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
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.
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.
