Downsizing: perché un piccolo motore turbo consuma meno di uno grande

Nel 2014 anche Maranello ha piegato la testa. La Ferrari California T ha mandato in pensione il V8 aspirato da 4,3 litri e al suo posto ha montato un 3.9 biturbo: meno cilindrata, due turbine, più cavalli. Se lo fa la Ferrari, non è più una moda da utilitarie. È il downsizing, la parola che negli ultimi quindici anni ha cambiato cosa c’è sotto il cofano di quasi tutto quello che esce da un concessionario, e che tra gli appassionati scatena risse da bar più di un rigore negato.

L’idea è semplice da dire: prendi un motore più piccolo, gli metti un turbo e gli fai fare il lavoro che prima faceva uno più grande. Un tre cilindri da un litro dove c’era un 1.6, un quattro cilindri turbo dove c’era un sei. Chi lo odia di solito parte con il processo a Bruxelles e alle normative, e quel processo in Italia lo hanno già fatto in tanti. Qui interessa un’altra domanda, quella che quasi nessuno si fa: perché diavolo funziona? Un motore più piccolo che consuma meno facendo lo stesso lavoro sembra un trucco da prestigiatore. Non lo è, e la spiegazione sta in una cosa che non compare in nessuna scheda tecnica: quanto costa a un motore, semplicemente, respirare.

Questo è l’ottavo capitolo di una serie che ha passato i primi sette a infilare aria nei cilindri, dal motore aspirato fino alle strade strane dell’onda di pressione. Adesso si fanno i conti.

La farfalla: un pedaggio che paghi a ogni giro

Un motore a benzina classico, senza turbo, ha tra il filtro dell’aria e i cilindri una valvola a farfalla: un disco piatto montato su un perno. Il pedale dell’acceleratore, in realtà, comanda quel disco. Schiacci e si apre, lasci e si chiude.

Pensa a una berlina con un due litri aspirato che viaggia in autostrada a 130 all’ora. Per tenere quella velocità servono molti meno cavalli di quelli che il motore sa dare, quindi la farfalla resta quasi chiusa. Ed ecco il punto. A ogni corsa di aspirazione il pistone scende e deve risucchiare aria attraverso quella fessura, creando depressione nel collettore. È come bere un frullato denso con una cannuccia da caffè. Quella fatica si paga in benzina e non arriva alle ruote. Gli ingegneri la chiamano perdita di pompaggio.

Detto in modo brutale: un motore grande che viaggia rilassato passa buona parte della vita a strozzarsi da solo, apposta, per non andare più forte di quanto vuoi tu.

Il motore piccolo ribalta la situazione. Per dare la stessa potenza in crociera deve lavorare più carico, con la farfalla più aperta. Meno strozzatura, meno depressione, meno pompaggio. C’è anche un secondo regalo: un motore che lavora vicino alla sua capacità disperde nelle pareti del cilindro una quota minore del calore prodotto, quindi trasforma in spinta una fetta più grande di ogni goccia. Nel gergo tecnico si dice che il punto di funzionamento si sposta in una zona più efficiente della mappa motore. Tradotto: il motore piccolo passa la giornata dove rende, quello grande dove spreca.

Poi c’è l’attrito. Meno cilindri vuol dire meno pistoni, fasce, bronzine e valvole che strisciano. Quando Mazda ha sostituito il V6 da 3,7 litri della CX-9 con un 2.5 turbo a quattro cilindri, ha dichiarato al Simposio dei motori di Vienna del 2016 un taglio di circa il 30% sia dell’attrito sia delle perdite di pompaggio.

E quando invece affondi il piede? Lì entra il turbo, che abbiamo smontato pezzo per pezzo nel capitolo dedicato: i gas di scarico fanno girare un compressore, il compressore spinge aria nei cilindri e per qualche secondo il motore piccolo si comporta da grande. Il downsizing non è un pezzo nuovo, è una strategia per usare quel pezzo.

Le cifre, lette con le pinze

I numeri girati negli anni Dieci sono tanti e non misurano tutti la stessa cosa. L’ICCT, il centro studi indipendente sui trasporti, li ha messi in fila in un documento del 2016. Le simulazioni di BorgWarner, che i turbo li produce e quindi non è proprio neutrale, davano per un SUV medio un consumo più basso del 30% passando da un V8 aspirato di 5 litri a un V6 turbo di 3,5, e del 38% scendendo a un quattro cilindri turbo di 1,9. La Mazda CX-9 con il 2.5 turbo, nella prova autostradale di Consumer Reports, consumava il 23% in meno del V6 che sostituiva. Volkswagen per la famiglia EA211 evo, i 1.5 TSI a ciclo Miller, dichiarava intorno al 10% in meno della generazione precedente, precisando che il merito non era solo del ciclo Miller.

Una simulazione, una prova di una rivista, un dato della casa. Nessuno dei tre basta da solo, ma vanno tutti nella stessa direzione.

Il caso italiano: due cilindri e una promessa

L’Italia il downsizing non l’ha subito, l’ha portato all’estremo. Nel 2010 la Fiat ha messo sulla 500 il TwinAir, un bicilindrico turbo da 875 centimetri cubi e 85 CV, con la distribuzione MultiAir che regola l’aspirazione direttamente sulle valvole. Nel 2011 vinse il premio internazionale di motore dell’anno. Era un oggetto pieno di carattere, con un borbottio da vecchia 500 e una spinta inattesa per un motore così piccolo. La Panda di Pomigliano lo ha montato per anni.

Il problema era la distanza tra la scheda e la strada. In Gran Bretagna la 500 TwinAir era omologata per 68,9 miglia per gallone, circa 4,1 litri ogni cento chilometri. Le prove su strada raccontavano un’altra storia. City AM non riuscì a fare meglio di 40 miglia per gallone, cioè circa 7 litri per cento, in un viaggio quasi tutto extraurbano. Un test di lunga durata di Petrol Blog chiuse circa 1.450 chilometri a 40,9 miglia per gallone. Honest John, che raccoglie i consumi reali dei proprietari, dava la spiegazione più semplice: sotto i 1.900 giri il bicilindrico ha poca coppia, quindi nella guida normale lo si tiene su di giri, e lì il risparmio sparisce. Da noi lo si è celebrato molto e lo si è misurato poco.

Il TwinAir non era un motore sbagliato. Era il caso di scuola di un’idea giusta spinta un passo troppo in là, per brillare in un ciclo di omologazione che di guida vera aveva poco.

Tutti sullo stesso treno

Con il giro di vite sulle emissioni, dai primi anni Dieci i costruttori non hanno discusso: il downsizing era il modo più rapido ed economico di abbassare il consumo omologato senza riprogettare l’auto. Dal 2011 la BMW ha cominciato a sostituire i suoi sei cilindri in linea aspirati con il quattro cilindri 2.0 turbo N20. Il 1.0 EcoBoost a tre cilindri della Ford è arrivato sulla Focus nel 2012 con 125 CV, gli stessi del 1.6 che rimpiazzava; la Ford ne andava così fiera che il suo amministratore delegato, Alan Mulally, si fece fotografare mentre baciava il motore.

Il conto

Nessun pasto è gratis, e chi ha seguito la serie lo sa: ogni trucco per respirare meglio presenta il conto da qualche altra parte.

Il primo arriva a pieno carico. Per dare tanta potenza il motore piccolo deve soffiare forte, e aria compressa vuol dire aria calda: nel capitolo sull’intercooler abbiamo visto che l’aria calda sotto pressione tende a detonare. Una delle difese più comuni è arricchire la miscela, cioè iniettare più benzina del necessario perché evaporando raffredda la camera. Protegge il motore e butta carburante. Se guidi forte, il vantaggio del motore piccolo si assottiglia, a volte fino a sparire.

Il secondo è la differenza tra laboratorio e strada, che il TwinAir ha mostrato in modo spettacolare ma che non era solo sua. Negli Stati Uniti, un gruppo dell’Università del Tennessee guidato da David Greene ha confrontato nel 2015 i consumi dichiarati dai proprietari sul sito governativo fueleconomy.gov con quelli delle etichette: i motori turbo a benzina mancavano la promessa in media di 1,7 punti percentuali in più degli aspirati, soprattutto per colpa dei pickup turbo, che arrivavano a un 6% in più, anche se nel campione ce n’erano solo 67. Attenzione, non vuol dire che il turbo consumi più del motore grande. Vuol dire che si allontana un po’ di più da quello che promette.

Il superknock, il guasto che ha fatto paura

E poi c’è la storia che ha dato una pessima fama a un’intera generazione di motorini turbo: pistoni spaccati su auto con pochi chilometri.

Si parte dalla detonazione normale. La candela scocca un po’ prima che il pistone arrivi in cima e una fiamma attraversa la camera. Se una sacca di miscela ai bordi, compressa e scaldata dal fronte di fiamma, prende fuoco da sola prima di essere raggiunta, si ha il battito in testa: quel tintinnio metallico che, secondo l’intensità, può anche rompere qualcosa.

La preaccensione a bassi regimi, LSPI per gli addetti, è peggio. La miscela si accende prima ancora della scintilla, innescata da un punto caldo. Quell’avvio anticipato può scatenare una combustione con una detonazione violentissima, il superknock. Non sempre va a finire così, ma quando succede è una martellata che piega una biella o spacca un pistone in pochi cicli.

Colpiva proprio i piccoli turbo a iniezione diretta perché mettevano insieme tutti i fattori di rischio: tanta pressione a pochi giri (quarta marcia, 1.500 giri, piede giù per sorpassare un camion), camere piccole e calde, benzina spruzzata nel cilindro che bagna le pareti. Il principale indiziato si rivelò l’olio: goccioline che finivano in camera e facevano da miccia. E i detergenti a base di calcio, presenti in quasi tutti gli oli, peggioravano le cose. La cura è arrivata dai laboratori dei lubrificanti: nel 2018 l’American Petroleum Institute ha introdotto la specifica API SN Plus soprattutto per questo, e le centraline hanno cominciato a limitare la coppia ai regimi più bassi. Ecco perché il libretto della tua utilitaria turbo è così pignolo sull’olio.

La retromarcia

La parte più interessante è quella successiva. Alcuni motori microscopici rispettavano i numeri al banco ma deludevano su strada, e catene di distribuzione, turbine e consumo d’olio ne hanno rovinato la reputazione. L’industria ha frenato. Volkswagen ha sostituito il 1.4 TSI con un 1.5 TSI a ciclo Miller, un po’ più grande, puntando su una combustione più furba invece che su più pressione con meno cilindrata. I cento centimetri cubi in più sono un fatto. La mia lettura, e la segnalo come mia, è che il downsizing aveva un pavimento, sotto il quale rimpicciolire non conveniva più.

La Mazda, intanto, non era mai salita davvero sul treno. Mentre gli altri mettevano turbo su motori sempre più piccoli, lei raffinava aspirati di cilindrata generosa e poi ha tirato fuori lo Skyactiv-X, un benzina che per buona parte del tempo si accende per compressione come un diesel, con la candela usata solo come innesco. Geniale e complicatissimo, e il mercato non lo ha premiato: nel 2026 la Mazda lo ha tolto dalla Mazda3 nel Regno Unito e in gran parte d’Europa, lo tiene solo sulla CX-30 e guarda già allo Skyactiv-Z previsto per il 2027. Nuotare controcorrente costa. Ma ha dimostrato che rimpicciolire e soffiare non era l’unica strada.

Il filo spagnolo

C’è un pezzo di questa storia che in Italia non si racconta mai. Il tre cilindri 1.0 TSI, il motore che muove mezza Europa, finisce sulle SEAT Ibiza, León e Arona assemblate a Martorell, vicino a Barcellona. Nel 2018 la León lo ha reso il suo benzina d’ingresso e ha mandato in pensione il 1.2 TSI a quattro cilindri, proprio mentre entrava in vigore il ciclo di omologazione WLTP. Il blocco motore arriva da altri stabilimenti del Gruppo Volkswagen, ma le auto che hanno reso normale il downsizing nel segmento più popolare escono dalla Catalogna. Un tre cilindri turbo da un litro e mezzo la BMW lo ha messo perfino in una supercar ibrida, la BMW i8.

Il verdetto

Né truffa né miracolo. La fisica regge: un motore piccolo che lavora a buon carico respira meglio di uno grande strozzato dalla farfalla, e nessuno che conosca un motore lo mette in dubbio. Ma i dépliant hanno esagerato. Il risparmio vive ai carichi parziali, si restringe appena guidi con un po’ di allegria, e spremere cilindrate minime ha presentato agli automobilisti un conto di affidabilità che nessuno aveva firmato.

Il guaio è stata la dose. Scendere di un gradino di cilindrata e mettere un buon turbo è buona ingegneria, e lo dimostra il fatto che perfino una Ferrari lo ha accettato senza perdere l’anima. Un mille agonizzante che trascina una familiare con pressioni che invitano il superknock è un’altra cosa: lo hanno spinto lì cicli di omologazione che premiavano una guida che non fa nessuno. E la prova che si era esagerato è che l’industria stessa ha fatto marcia indietro appena ha potuto. Il downsizing ha insegnato ai motori a respirare poco e piano per consumare meno. Poi gli abbiamo chiesto di prendere grandi boccate ogni volta che ci veniva voglia di correre, e il patto si è rotto.

Controlla di essere ancora vivo.

Foto: Ford Motor Company (CC BY 3.0), ALMundy (pubblico dominio), Ford Motor Company (CC BY 3.0), NJo (CC BY-SA 3.0), Qurren (CC BY-SA 4.0), Spielvogel (CC0).