Mondo motori
Tecnica 2
Aspirazione
Intro
Il motore a scoppio, di qualunque tipo esso sia, come un essere umano ha bisogno di respirare. Meglio respira e più rende. E non solo, la sua respirazione deve essere proporzionata allo sforzo che sta facendo ed al regime di rotazione al quale sta lavorando. In questo compito, come vedremo sotto, le aspirazioni a geometria variabile rappresentano una soluzione più che valida per permettere una corretta aspirazione sia ai bassi che ai medi ed alti regimi.
Un corpo farfallato unico per tutti i cilindri
Nei normali motori e in quelli sportivi destinati alle piccole utilitarie pepate, l'aspirazione è affidata ad un singolo corpo farfallato collegato da una parte all'air box contenente il filtro dell'aria. Dall'altra parte Il corpo farfallato è collegato ad una sorta di grande collettore di aspirazione unico che si ramifica, nei motori a quattro cilindri, in 4 condotti destinati ad incanalare l'aria verso i rispettivi 4 cilindri. Si tratta di una soluzione economica destinata principalmente alle normali utilitarie ed alle piccole sportive con lo scopo di contenere i costi di produzione. Tale soluzione penalizza il riempimento ottimale dei cilindri e le conseguenti prestazioni per il fatto che la quantità d'aria che arriva ad ogni cilindro non è esattamente la medesima. Si generano così riempimenti diversi (anche se di poco) con differenti combustioni ed un leggero squilibrio sulle spinte impresse sull'albero motore. Talvolta, nei motori di piccola categoria raffinati, si è soliti utilizzare un corpo farfallato corredato di due farfalle. Una di piccolo diametro che permette un'aspirazione più moderata ai bassi regimi (ed un importante risparmio di carburante) ed una di diametro abbondante per una corretta aspirazione agli alti regimi. Per piccole aperture di gas si apre solo la piccola, affondando via via di più la farfalla piccola si spalanca e comincia ad aprirsi anche la grande. Quanso si chiede il massimo al motore, entrambe si spalancano ed il sound del propulsore cambia radicalmente.
Tromboncini di aspirazione (singolo corpo farfallato per cilindro)
Nei motori che, pur non essendo esasperati, amano esprimersi in modo deciso con potenze di circa 100 CV/litro, la situazione cambia decisamente e si adotta un singolo corpo farfallato per ogni cilindro. Ovviamente i condotti di aspirazione sono altrettanto singoli e non comunicano tra loro. Si evitano così fastidiose turbolenze che penalizzano il rendimento volumetrico. Il riempimento di ogni cilindro è così più omogeneo e la resa del motore ne trae un ottimo beneficio. Sale inoltre la potenza specifica, ossia la potenza che il motore è in grado di esprimere per ogni litro di cilindrata. Tra i migliori esempi di motore non esasperato con singoli corpi farfallati, troviamo il 6 cilindri in linea longitudinale delle BMW M3 E46. Un motore in grado di superare i 100 CV/litro senza per questo essere costantemente a rischio rotture. Tramite le valvole a farfalla singole si ottiene una risposta precisa del motore a basso regime e una reazione diretta in caso di richiesta di una maggiore potenza del motore. Per garantire una risposta spontanea del motore non c'è soluzione migliore che utilizzare le valvole a farfalla singole per ogni cilindro, diffuse già nel mondo delle corse. Come nel passato, anche nei nuovi propulsori BMW M trovano impiego le valvole a farfalla singole. Se una volta la regolazione era meccanica, oggi il controllo delle valvole a farfalla avviene in modo completamente elettronico. Le valvole a farfalla singole sono installate nelle tubazioni di aspirazione di ogni motore BMW M. Rispetto ad una valvola centralizzata nel collettore, le valvole a farfalla singole sono in grado di dosare in modo più preciso un volume d'aria minore che verrà approntato nel momento giusto.
Aspirazione a geometria variabile
La lunghezza dei tromboncini di aspirazione (chiamati talvolta anche trombette o ancora cornetti), a farfalle aperte, determina la lunghezza totale dei condotti di aspirazione. La lunghezza totale del singolo condotto di aspirazione è quindi data dalla somma della lunghezza del condotto contenuto nella testata, il condotto che contiene il corpo farfallato e, infine, il tromboncino di aspirazione visibile all'interno dell'airbox. Per migliorare la resa del motore, sia ai bassi che ai medi ma anche agli alti regimi, si "gioca" con le onde e con le risonanze che si generano quando il flusso d'aria attraversa trombonicini e condotti di aspirazione. E' oramai noto da molti anni che i tromboncini di forma allungata migliorano la resa del motore ai regimi medio bassi. Al contrario, quelli corti, migliorano la resa del motore ai regimi più elevati. Questo perchè più è corta la trombetta di aspirazione e più il condotto "risuonerà" a frequenze sempre maggiori. Modificare la lunghezza dei condotti di aspirazione al variare del regime di rotazione permette di mantenere in fase tra loro il ritorno dell'onda di compressione con l'istante di massima apertura della valvola di aspirazione. Questo discorso in realtà è molto più complesso e verrà trattato in maniera rigorosa alla sezione "Tecnica Evoluzione" di questo sito. Il compito del tromboncino a lunghezza variabile (una volta peculiarità esclusiva dei motori di Formula1, oggi invece utilizzato anche sulle moto sportive anche da strada) è quello di generare le condizioni migliori di respirazione per il motore in diversi frangenti. La variabilità della sua lunghezza permette infatti di avere un buon riempimento sia ai medio-bassi che agli alti regimi. Si tratta in sostanza di due tromboncini concentrici inseriti uno dello l'altro il cui movimento tra loro può essere gestito idraulicamente o elettromeccanicamente. Ai regimi medio-bassi la parte superiore del tromboncino rimane estesa verso l'alto. Il condotto è così più lungo ed è favorita l'erogazione ai bassi. Non appena raggiunto un elevato regime di rotazione un apposito comando, generalmente elettromeccanico, provvederà ad abbassare la parte superiore sino a rendere il condotto abbastanza corto da favorire la respirazione ottimale del motore. Molto importante per le prestazioni risulterà inoltre la conicità della parte superiore del tromboncino ed il raccordo finale che ha l'importante compito di non far distaccare il flusso d'aria entrante dalle pareti del tromboncino stesso. Da notare che questo sistema di aspirazione a geometria variabile ben si presta con l'abbinamento al doppio iniettore per condotto (uno a monte ed uno a valle). Esistono ovviamente anche altri dispositivi che sono stati realizzati soprattutto per le vetture stradali al fine di migliorare le prestazioni in un ampio arco di utilizzo del motore. Un esempio è rappresentato da tutti quei dispositivi dotati di più "camere" e farfalle che prevedevano semplicemente il convoglio dell'aria su percorsi più o meno lunghi a seconda delle esigenze. Tali dispositivi meglio si adattavano alle vetture stradali nelle quali lo spazio disponibile nel vano motore non sempre permetteva di poter utilizzare dei veri e propri tromboncini a lunghezza variabile.
Per i motori 2 tempi molto interessante è stata la soluzione dei solenoidi citata nel paragrafo seguente.
Solenoidi (Aprilia RS 250 tecnology)
Nella più sofisticata moto 2 tempi che abbia mai circolato sul pianeta strada, ovvero l'Aprilia RS 250, troviamo una curiosa tecnologia di geometria variabile basata su "solenoidi". Quando ci si trova a minime aperture di gas e ad un regime di rotazione relativamente ridotto (circa 5000 giri/min)... Quando invece il pilota inizia a chiedere di più al motore ecco che...
Vedi la pagina "Motori due tempi"
Aspirazione dinamica (snorkel)
La famosa "presa d'aria dinamica" utilizzata in formula1, sulle raffinate vetture GT1, e di recente anche sulle moderne moto sportive 4 tempi, è una soluzione in grado di abbinarsi perfettamente con motori oltremodo esasperati per i quali anche un minimo incremento di potenza alle più alte velocità, può costituire un valido contributo.
Assolutamente di alcuna utilità su vetture stradali e con potenze non elevate.
Dotando una Clio Williams di una presa d'aria dinamica non andammo credo oltre 1 CV scarso in più il quale tra l'altro veniva guadagnato solo ad elevate velocità. Una soluzione quindi da evitare sulle vetture stradali le quali potrebbero persino imbarcare acqua in questo modo, con i pessimi problemi che ne seguono.
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Puoi anche vedere la pagina: Carburatori (riferita ai motori 2 tempi)