Perché scendere in folle consuma più carburante della marcia
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Lorenzo Ferraris Redattore Aerospazio e Trasporti Formazione in ingegneria meccanica al Politecnico di Torino; specializzato in propulsione aeronautica, segnalamento ferroviario e dinamica dei veicoli.
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Formatosi in ingegneria meccanica al Politecnico di Torino prima di dedicarsi al giornalismo tecnico, Lorenzo Ferraris racconta perché aerei, treni ad alta velocità, navi e automobili sono progettati in un certo modo: dalle rotte oceaniche ETOPS e le leghe di titanio aeronautico fino ai sistemi di segnalamento ferroviario europeo ERTMS/LZB e alla fisica dei cambi meccanici. Lavora direttamente sui rapporti d'inchiesta ANSV, EASA e NTSB, sulle direttive di aeronavigabilità, sui brevetti industriali e sui manuali operativi dei costruttori.
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Scollegare la trasmissione in discesa costringe la centralina elettronica a bruciare carburante di continuo pur di non far spegnere l'albero motore.[1] Una vettura passeggeri lasciata al minimo assorbe infatti tra 0,2 e 0,5 galloni all'ora (0,75–1,9 litri/ora), mentre scendendo con una marcia inserita e il piede sollevato dall'acceleratore sono le ruote a trascinare i pistoni: la logica di Deceleration Fuel Cut-Off (DFCO) chiude gli iniettori e azzera del tutto il flusso di benzina o gasolio.[2][3] Il vecchio trucco del cambio in folle, nato nell'era dei carburatori meccanici, sulle auto moderne produce solo uno spreco di combustibile e un rischioso surriscaldamento dei freni a disco.[4]
- Consumo orario al minimo
- 0,2–0,5 gal/h
- Carburante bruciato da un'auto passeggeri ferma o in folle per non spegnersi[2]
- Spreco in 10 minuti
- 300 ml
- Benzina consumata al minimo da un motore da 3,0 litri ogni dieci minuti[5]
- Potenza frenante Jake brake
- 600 hp
- Freno motore a rilascio di compressione a 2.100 rpm su un diesel da 565 hp[6]
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Cosa succede agli iniettori: la logica DFCO contro il regime di minimo
La differenza tra procedere in folle e sfruttare il freno motore sta tutta in chi fornisce il lavoro meccanico necessario a vincere gli attriti interni dei cilindri.[1][3] Quando si preme il pedale della frizione o si sposta la leva del cambio in posizione neutra, l'albero a gomiti viene disaccoppiato cinematicamente dalle ruote motrici. Per evitare lo stallo, la centralina controllo motore (ECU) deve continuare a polverizzare carburante nelle camere di scoppio mantenendo il regime di minimo.[1] Nei motori a iniezione elettronica, invece, lasciare la marcia innestata senza toccare l'acceleratore ribalta il flusso di potenza, permettendo all'energia cinetica del veicolo di trascinare trasmissione, volano e pistoni attraverso la coppia retrograda delle ruote.[3][7]
Non appena la centralina rileva la farfalla chiusa e un regime di rotazione superiore alla soglia del minimo, attiva il Deceleration Fuel Cut-Off (DFCO). Gli iniettori si chiudono del tutto.[3][7] Le misurazioni dell'Argonne National Laboratory su una berlina da 2,5 litri confermano che il semplice mantenimento del minimo assorbe 0,279 centimetri cubi di benzina al secondo (circa un litro all'ora) ed emette 0,588 grammi al secondo di anidride carbonica.[8] Su un propulsore da 3,0 litri il dispendio sale a 300 millilitri ogni 10 minuti, mentre nelle berline familiari il funzionamento al minimo può bruciare fino a mezzo gallone all'ora, un volume sufficiente a percorrere circa 25 miglia (40 chilometri).[5][7]
0,279 cc/s
Il pareggio arriva subito. Basta superare appena 10 secondi di sosta a 21 °C perché il funzionamento al minimo consumi più carburante ed emetta più CO2 rispetto allo spegnimento e al successivo riavvio del propulsore.[9] Per la stessa ragione fisica, chi osserva i display di consumo istantaneo sul cruscotto impara a sfruttare il rilascio anticipato dell'acceleratore e riduce i consumi complessivi fino al 15%, mentre i sistemi Start-Stop automatici tagliano i consumi urbani dal 5% al 7% secondo i test dell'American Automobile Association.[5][10] Nelle nostre analisi e negli approfondimenti su trasporti e macchine emerge spesso come un'architettura di controllo elettronico trasformi un vincolo meccanico in un risparmio energetico netto.
Da dove nasce il falso mito: l'eredità dei motori a carburatore
La convinzione che mettere in folle lungo una discesa faccia risparmiare benzina non è un'invenzione priva di fondamento, ma un residuo tecnico dell'era dei carburatori rimasto nella memoria collettiva degli automobilisti.[4] Fino alla diffusione capillare dell'iniezione elettronica, l'alimentazione del motore dipendeva esclusivamente dalla fluidodinamica passiva: il flusso d'aria aspirato dai pistoni attraversava un condotto Venturi e trascinava con sé la benzina nebulizzata per puro effetto di depressione, senza alcuna valvola elettronica capace di sigillare i getti durante il rilascio.[4]
Il carburatore non poteva spegnersi da solo. Quando il conducente di un'auto a carburatore toglieva il piede dall'acceleratore lasciando una marcia bassa inserita ad alti giri, la chiusura della farfalla generava un vuoto nel collettore di aspirazione (manifold vacuum) molto più intenso rispetto a quello registrato a veicolo fermo.[4][11] Questa fortissima depressione risucchiava carburante in eccesso attraverso il circuito di bypass del minimo, facendo sì che il motore trascinato dalle ruote consumasse paradossalmente più benzina in freno motore che se fosse stato lasciato girare al minimo effettivo in folle.[4]
L'introduzione degli iniettori elettromagnetici comandati dalla centralina ha invertito del tutto questa fisica operativa. Aria e benzina viaggiano separate.[3] Nei cilindri di un motore moderno in cut-off entra soltanto aria fresca che viene compressa ed espulsa dallo scarico senza alcuna accensione, un ribaltamento delle intuizioni empiriche che ricorda da vicino i test sui sistemi Wi-Fi sugli aerei Boeing, dove i parametri fisici reali smentiscono regolarmente le scorciatoie del senso comune.
La fisica del freno motore: perdite di pompaggio tra benzina e diesel
Oltre ad azzerare il consumo di carburante, mantenere il rapporto inserito in discesa trasforma il gruppo termico in un compressore dissipativo che assorbe l'energia potenziale gravitazionale del veicolo prima che questa si scarichi sui dischi dei freni.[11] Il meccanismo fisico varia però radicalmente in base all'architettura di aspirazione del propulsore e al modo in cui vengono gestiti i flussi gassosi nei cilindri.[6][11][12] Non tutti i motori frenano allo stesso modo.
- Motori a benzina ad accensione comandata: il rilascio del pedale chiude quasi completamente il corpo farfallato (throttle valve), ostacolando l'ingresso dell'aria e creando una marcata depressione nel collettore di aspirazione contro cui i pistoni devono compiere lavoro meccanico durante ogni corsa di discesa.[11]
- Motori diesel per auto passeggeri: essendo privi di una valvola a farfalla tradizionale sull'aspirazione, non possono generare un vuoto nel collettore e offrono quindi un freno motore naturale molto più ridotto, affidato quasi solo agli attriti interni e al rapporto di compressione.[12]
- Mezzi pesanti con freno a rilascio di compressione (Jake brake): una valvola dedicata apre gli scarichi esattamente al punto morto superiore della corsa di compressione, liberando l'aria appena compressa prima che possa restituire spinta al pistone in discesa e arrivando a sviluppare fino a 600 hp (450 kW) di potenza frenante a 2.100 giri/min su un diesel da 565 hp.[6]
| Condizione di marcia | Stato iniettori | Consumo istantaneo | Effetto frenante |
|---|---|---|---|
| Discesa in marcia (iniezione DFCO) | Chiusi dalla ECU | 0,0 L/h | Alto su benzina (vuoto collettore)[3][11] |
| Discesa in folle o frizione premuta | Attivi al minimo | 0,2–0,5 gal/h (0,75–1,9 L/h) | Nullo (solo freni a disco)[1][2] |
| Discesa in marcia (vecchio carburatore) | Risucchio dal circuito minimo | Superiore al minimo | Alto per depressione collettore[4][11] |
La capacità di una massa meccanica in rotazione di assorbire o scambiare potenza senza bruciare combustibile obbedisce agli stessi bilanci energetici che regolano l'inerzia rotante dei compensatori sincroni impiegati per stabilizzare la frequenza delle reti ad alta tensione. Sui camion che affrontano lunghe pendenze alpine, dissipare 450 kW attraverso i cilindri significa sottrarre esattamente quella quota di potenza termica alle ganasce e ai rotori dell'impianto frenante di servizio.[6]
Bilancio energetico, rischio termico sui freni e divieti stradali
Rinunciare al freno motore lungo un passo di montagna non comporta soltanto un danno al portafoglio, ma altera l'intero bilancio termico e dinamico del veicolo nel momento più critico della guida.[6][13] I freni lavorano già al limite. In una vettura di medie dimensioni che viaggia a una media di 60 km/h, la ripartizione dell'energia contenuta nel carburante mostra quanto l'impianto frenante sia dimensionato per assorbire solo una frazione marginale del lavoro complessivo: circa il 33% dell'energia finisce nei gas di scarico, il 29% viene smaltito dal circuito di raffreddamento e l'11% si disperde negli attriti interni del motore, mentre il restante 21% si divide tra attrito di rotolamento degli pneumatici (11%), resistenza aerodinamica (5%) e frenata (5%).[13]
Quando si affronta una lunga pendenza in folle, tutta l'energia potenziale gravitazionale che le perdite di pompaggio dei cilindri avrebbero dissipato nell'aria viene scaricata interamente sui dischi e sulle pastiglie, innescando il rischio di affaticamento termico dell'impianto e perdita di mordente.[6][11] Il calore non ha vie di fuga. Allo stesso tempo, le brusche variazioni di velocità tipiche di chi alterna rincorse in folle e staccate violente peggiorano drasticamente il rendimento complessivo: secondo i dati federali di FuelEconomy.gov, una guida aggressiva fatta di accelerazioni e frenate rapide riduce la resa chilometrica del 15%–30% a velocità autostradali e del 10%–40% nel traffico stop-and-go, dove il solo funzionamento al minimo con climatizzatore acceso assorbe da un quarto a mezzo gallone di carburante all'ora.[14]
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Proprio perché un veicolo scollegato dalla trasmissione perde la prontezza di risposta del motore e sovraccarica i freni di servizio, i codici della strada di numerose giurisdizioni — come stabilito ad esempio dal Maine Revised Statutes Title 29-A §2064 — vietano espressamente al conducente di percorrere una discesa con gli ingranaggi del cambio in folle.[15] Come documentato negli altri articoli di Lorenzo Ferraris dedicati alla sicurezza dei trasporti, le prescrizioni normative nascono quasi sempre da un limite termodinamico invalicabile.
Domande frequenti
Perché scendere in folle consuma di più rispetto a lasciare la marcia inserita?
Quando il cambio è in folle o la frizione è premuta, il motore è scollegato dalle ruote e deve bruciare tra 0,2 e 0,5 galloni di carburante all'ora (0,75–1,9 litri/ora) per restare acceso al minimo. Con la marcia inserita e l'acceleratore rilasciato, invece, sono le ruote a trascinare l'albero motore e il sistema DFCO (Deceleration Fuel Cut-Off) chiude completamente gli iniettori, azzerando il consumo.
Cos'è il cut-off (DFCO) e quando ricomincia a iniettare carburante?
Il Deceleration Fuel Cut-Off è la funzione della centralina elettronica che interrompe l'alimentazione agli iniettori durante il rilascio dell'acceleratore con marcia inserita. Non appena i giri del motore scendono vicino alla soglia del regime di minimo, oppure quando il guidatore preme la frizione, la centralina riattiva istantaneamente l'iniezione per impedire lo spegnimento del propulsore.
Quanto carburante spreca un motore lasciato girare al minimo?
Secondo i test dell'Argonne National Laboratory, una berlina con motore da 2,5 litri consuma 0,279 cc di benzina al secondo (circa 1 litro all'ora), mentre un motore da 3,0 litri spreca 300 millilitri ogni 10 minuti. Già oltre i 10 secondi di sosta, tenere il motore acceso al minimo consuma più carburante ed emette più CO2 rispetto a spegnerlo e riavviarlo.
Perché i motori diesel hanno meno freno motore rispetto alle auto a benzina?
Nei motori a benzina la chiusura della valvola a farfalla crea un forte vuoto nel collettore di aspirazione contro cui i pistoni devono lavorare, dissipando molta energia. I motori diesel per auto passeggeri non possiedono un corpo farfallato tradizionale, quindi non generano quella depressione in aspirazione; sui camion pesanti si ricorre perciò al Jake brake, che apre le valvole di scarico a fine compressione sviluppando fino a 600 hp di potenza frenante.
Da dove nasce la credenza che andare in folle faccia risparmiare benzina?
Deriva dai vecchi motori a carburatore privi di gestione elettronica. In quei propulsori, rilasciare l'acceleratore ad alti giri con la marcia inserita creava una depressione elevatissima nel collettore di aspirazione, che risucchiava più benzina dal circuito di bypass del minimo rispetto a quanta ne servisse lasciando il cambio in folle.
È vietato dal codice della strada percorrere una discesa in folle?
Sì, in moltissime giurisdizioni la marcia in folle in pendenza è espressamente vietata dalla legge (come nel Maine Revised Statutes Title 29-A §2064) per motivi di sicurezza stradale. Senza l'azione dissipativa del freno motore, l'impianto frenante a disco deve smaltire tutta l'energia potenziale sotto forma di calore, con il rischio di surriscaldamento e allungamento degli spazi di arresto.
Per approfondire
Fonti
15 riferimenti Mostra Nascondi
- Wikipedia — Energy-efficient driving (si apre in una nuova scheda)
«When coasting with the engine running and manual transmission in neutral, or clutch depressed, there will still be some fuel consumption due to the engine needing to maintain idle engine speed.»
- Argonne National Laboratory / U.S. DOE — Which Is Greener: Idle, or Stop and Restart? (si apre in una nuova scheda)
«Idling fuel usage varies from 0.2 to 0.5 gal/h for passenger vehicles across a range of sizes, and increased with idling speed.»
- Wikipedia — Engine braking (DFCO) (si apre in una nuova scheda)
«Additionally, fuel injection engines generally do not use fuel while engine braking. This is known as deceleration fuel cut-off (DFCO).»
- Wikipedia — Engine braking (Carbureted engines) (si apre in una nuova scheda)
«Although no longer in production in most countries, there are still carbureted engines in service, with which engine braking is still consuming the fuel. At high engine revolutions and closed throttle valve the high manifold vacuum sucks more fuel through idle bypass than at true idle.»
- Natural Resources Canada — Fuel-efficient driving techniques (si apre in una nuova scheda)
«The average vehicle with a 3-litre engine wastes 300 millilitres (over 1 cup) of fuel for every 10 minutes it idles.»
- Wikipedia — Engine braking (Compression release brake) (si apre in una nuova scheda)
«It is a very effective method of braking, creating large amounts of braking force which significantly extends friction brake life – a 565 hp (421 kW) diesel engine can produce up to 600 hp (450 kW) of braking power at 2,100 RPM.»
- RAC — Fuel-saving tips (si apre in una nuova scheda)
«When slowing down, it’s important to remain in gear as the fuel cut-off switch in a fuel injection engine is then activated, meaning virtually no fuel is used while braking.»
- Argonne National Laboratory / U.S. DOE — Table 1 Idling Emissions and Fuel Use (si apre in una nuova scheda)
«Table 1. Idling Emissions and Fuel Use per Second NO x (mg) THC (mg) CO (mg) CO 2 (g) Fuel (cc) 0.0097 0.266 0.108 0.588 0.279»
- Argonne National Laboratory / U.S. DOE — 10-second idling threshold (si apre in una nuova scheda)
«Testing at 21°C ambient conditions on a late-model mid-sized American car shows that idling for more than 10 seconds uses more fuel (Figure 3) and emits more CO 2 (Table 1) than engine restarting.»
- RAC — Stop-start engines: common myths busted (si apre in una nuova scheda)
«Research from the American Automobile Association found that stop-start technology resulted in a 5% to 7% improvement in fuel economy2.»
- Wikipedia — Engine braking (Manifold vacuum) (si apre in una nuova scheda)
«The restriction causes a strong manifold vacuum which the cylinders have to work against, sapping much of the potential energy out of the system over time and producing the majority of the engine-braking effect.»
- Wikipedia — Engine braking (Diesel engines) (si apre in una nuova scheda)
«Diesel engines in personal cars provide little engine braking as they are not equipped with a throttle body and thus cannot draw a vacuum in the intake manifold.»
- Wikipedia — Energy-efficient driving (Energy partition) (si apre in una nuova scheda)
«Specifically, for driving at an average of 60 kilometres per hour (37 mph), approximately 33% of the energy goes into exhaust and 29% is used to cool the engine; engine friction takes another 11%. The remaining 21% is split between rolling friction of tires (11%), air drag (5%), and braking (5%).»
- U.S. DOE / EPA FuelEconomy.gov — Driving More Efficiently (si apre in una nuova scheda)
«Aggressive driving (speeding, rapid acceleration and braking) wastes gas. It can lower your gas mileage by roughly 15% to 30% at highway speeds and 10% to 40% in stop-and-go traffic.»
- Maine Legislature — Title 29-A §2064: Coasting prohibited (si apre in una nuova scheda)
«An operator, when traveling on a downgrade, may not coast with the gears of the vehicle in neutral.»