variatore di fase lato aspirazione

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variatore di fase lato aspirazione



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La fasatura della distribuzione. In ogni propulsore, numerosi organi meccanici lavorano in sincronismo con il movimento dei pistoni e, pertanto, devono essere perfettamente "in fase" con l'albero motore, al quale sono collegati da catene, cinghie dentate o ingranaggi. La fasatura dell'accensione, per esempio, è il legame angolare che intercorre tra la posizione del pistone e l'istante in cui scocca la scintilla (anticipo d'accensione). La fasatura della distribuzione, invece, serve a determinare il punto di apertura e di chiusura delle valvole rispetto alla posizione del pistone. Essa, normalmente fissa, sui motori moderni viene a volte resa variabile tramite il cosiddetto "variatore di fase", che serve a migliorare il grado di riempimento del volume totale del cilindro (attraverso la variazione del movimento delle valvole) in funzione del numero di giri del motore e, quindi, in funzione della potenza desiderata. Più precisamente, quindi, per "fasatura delle valvole" si intendono gli angoli di apertura e di chiusura delle valvole riferiti ai punti morti (PMI e PMS, rispettivamente Punto Morto Inferiore e Punto Morto Superiore, cioè gli estremi della corsa del pistone in cui il moto si inverte e in corrispondenza dei quali la velocità dello stantuffo assume per un istante valore zero), secondo un diagramma circolare definito appunto "diagramma della distribuzione". Gli effetti della fasatura delle valvole sulle prestazioni di un motore a benzina sono notevoli; in particolare, la fasatura delle valvole di aspirazione influenza la potenza erogata dal motore. Ritardare la chiusura delle valvole (angolo di incrocio elevato) significa incrementare la potenza agli alti regimi, grazie ad un certo grado di sovralimentazione dovuto agli effetti inerziali del moto dell'aria, ma ciò comporta anche delle perdite ai medi e bassi regimi a causa dei riflussi della carica nei condotti di aspirazione. Al contrario, se si anticipa la chiusura delle valvole di aspirazione (angolo di incrocio limitato), si ottengono incrementi prestazionali ai bassi e medi regimi. La scelta tra le due fasature è sovente frutto di compromessi. Infatti, un angolo di incrocio limitato ridurrebbe, soprattutto ad alto numero di giri, l'ampiezza delle fasi di aspirazione della miscela fresca e di scarico dei gas combusti, impedendo l'ottimale riempimento dei cilindri e limitando di conseguenza la potenza erogata. Al contrario, un incrocio eccessivo potrebbe causare un funzionamento irregolare del motore a basso numero di giri e, soprattutto al minimo, ritorni di fiamma verso l'alimentazione e spreco di combustibile non bruciato che uscirebbe dalle valvole di scarico. I motori 4 cilindri Alfa Romeo, dotati di 4 carburatori e relative 4 farfalle adottavano una fasatura con elevati incroci delle valvole, perché la presenza di una farfalla per ogni collettore impediva i riflussi ai bassi regimi ed al minimo. Il discorso potrà apparire più chiaro approfondendo brevemente il fondamentale concetto di "angolo di incrocio delle valvole". Esso non è altro che l'intervallo di rotazione dell'albero motore, misurato in gradi, durante il quale rimangono aperte simultaneamente le valvole di aspirazione e di scarico: ciò avviene quando il pistone si trova al Punto Morto Superiore (PMS), all'inizio della fase di aspirazione e alla fine della fase di scarico, ed è provocato dal ritardo di chiusura dello scarico e dall'anticipo di apertura dell'aspirazione. L'ampiezza dell'angolo di incrocio è molto varia, in genere tra i 10° e i 60° (fino ai 120° nei motori da competizione), e dipende sia dalle caratteristiche geometriche e costruttive del motore sia dalle prestazioni: ha comunque lo scopo di utilizzare al meglio l'effetto estrattore dell'onda di scarico e di ottimizzare il rendimento volumetrico sfruttando l'inerzia dei gas freschi che entrano nel cilindro. Più il motore è spinto, tanto maggiore è l'angolo di incrocio; tuttavia, a partire dagli anni Settanta, si è preferito ridurre il suo valore, in particolare il ritardo di chiusura delle valvole di scarico, allo scopo di limitare la fuoriuscita di benzina incombusta e, di conseguenza, le emissioni inquinanti e il consumo.Come già detto, un elevato angolo di incrocio è utile quando il motore è al massimo dei giri, perché contribuisce ad aumentare la potenza. Ciò però penalizza il funzionamento ai medi e bassi regimi. Ebbene, i variatori di fase consentono proprio di modificare l'incrocio durante il funzionamento del motore, così da ottenere alta coppia ai bassi regimi e potenza elevata a quelli più alti.

Il variatore di fase lato aspirazione dell'Alfa. Nella seconda metà degli anni Settanta, la lotta all'inquinamento incominciava a muovere i primi importanti passi in California, dove si cercava di abbattere le emissioni di CO, HC ed NO[SUB]x[/SUB]. Mentre le marmitte catalitiche ossidanti erano efficaci nella riduzione dell'ossido di carbonio e degli idrocarburi incombusti, per quanto riguardava gli ossidi di azoto, l'unica soluzione prevista allora era la ricircolazione dei gas di scarico, conosciuta anche come EGR (Exhaust Gas Recirculation). Il sistema prevedeva la reimmisione, tramite una valvola, di una certa quantità di gas combusti all'interno dei cilindri, gas che venivano così miscelati con l'aria fresca prelevata dall'esterno. La valvola EGR veniva attivata dalla depressione creata dall'apertura della farfalla. I motori Alfa Romeo all’epoca - lo abbiamo già accennato - erano dotati di una farfalla per cilindro e far rientrare una certa percentuale di gas di scarico in un motore con 4 farfalle era impossibile perché occorreva disporre di una tubazione che portasse i gas combusti ai singoli collettori di aspirazione, ma ciò avrebbe creato un bypass fra i collettori con l'annullamento del blocco creato dalle farfalle. Pertanto, i tecnici Alfa furono costretti a rinunciare alla singola farfalla per cilindro, a favore di una iniezione meccanica con farfalla unica, che aveva però il difetto di ridurre la coppia ai bassi e medi regimi, per l'impossibilità di realizzare fasature spinte. L'adozione della monofarfalla aveva risolto il problema del rispetto delle norme USA, ma i motori avevano perso la prerogativa Alfa delle buone prestazioni ai medi e bassi regimi, di fatto riportando i motori della casa di Arese ai tempi del carburatore unico centrale. Per ovviare alla fasatura di distribuzione poco incrociata iniziarono allora gli studi per la realizzazione di un dispositivo che mantenesse un basso incrocio attorno al regime minimo e lo incrementasse appena possibile: stava per nascere il primo variatore di fase della storia dell'automobile. Il variatore di fase (fig. 1) fu adottato, per la prima volta, dal motore di 1750 cc del Model Year 1980 dello Spider prodotto per il mercato USA.

fig. 1
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Nella prima versione del variatore di fase, la camma (1) era svincolata dalla puleggia di trascinamento (2), alla quale era fissato un manicotto (3) che al suo interno presentava una dentatura elicoidale. La compagna di tale dentatura faceva parte di un mozzo (4) che poteva scorrere nella direzione indicata dalle frecce rosse, con moto sia assiale che elicoidale, a seguito della pressione ricevuta dall'olio motore, che andava ad agire sulla faccia del mozzo. Il mozzo presentava al suo interno un dentatura diritta che nel movimento si andava ad innestare con la dentatura (5) dell'albero a camme che quindi consentiva la rotazione dell'albero e di conseguenza degli eccentrici. Al ridursi della pressione dell'olio, il mozzo veniva riportato in posizione iniziale dalla molla (6). Il cambio di fasatura avveniva, in teoria, dopo avere superato i 1650 giri/min, ma nella realtà ciò poteva avvenire, a causa degli eccessivi giochi negli accoppiamenti, anche a 2000 giri/min. La variazione della fasatura lato aspirazione aveva come conseguenza che le valvole iniziavano ad aprirsi con un angolo di albero motore di 44° 34' rispetto al Punto Morto Superiore, in luogo dei 24° 34' che erano stati definiti per regimi di rotazione inferiori ai 1650 giri/min. Gli obiettivi raggiunti dall'Alfa Romeo con l'adozione del variatore di fase si meritarono un citazione ufficiale dell'ente americano dedicato ai problemi dell’inquinamento ambientale (EPA): "L'Alfa Romeo è riuscita a conservare le caratteristiche dei suoi motori pur rispettando ampiamente le normative sulle emissioni stabilite dalle leggi americane". La prima generazione del variatore di fase ebbe però vita piuttosto breve, a causa dell'inasprirsi delle leggi antinquinamento USA. Per contenere gli HC (idrocarburi incombusti), era richiesto il mantenimento di un piccolo incrocio (Small Overlap) per piccole aperture della farfalla, almeno sino ai 3000 giri/min.Le nuove richieste di regolazione furono soddisfatte con l'introduzione dell'iniezione elettronica e, di conseguenza, del variatore di fase a controllo elettronico (fig. 2).

fig. 2

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La centralina che gestiva l'iniezione controllava un elettromagnete (1) tramite opportuni segnali, secondo una mappatura definita nel laboratorio emissioni. La valvola a cassetto di controllo pressione (2), azionata dal punzone (3)dell'elettromagnete, permetteva o meno il passaggio dell'olio realizzando oppure no la rotazione angolare dell'albero a camme. Il sistema descritto trovò la sua prima applicazione, sul mercato europeo, nel motore che equipaggiò l'Alfetta Quadrifoglio Oro del 1983 (modello tipo 116.55N, motore tipo AR01713) e andò diffondendosi in modo sempre più massiccio sui motori Alfa Romeo a 4 cilindri prodotti a partire dalla seconda metà degli anni '80, sino ad arrivare ad equipaggiare l'intera famiglia dei motori Twin Spark (sia di prima che di seconda generazione, 8 e 16 valvole) e il primo dei motori con tecnologia JTS: il motore a 4 cilindri 2.0 JTS da 166 cv montato su 156 berlina, 156 Sportwagon, GT, GTV e Spider. A partire dalla prima applicazione sull'Alfetta, comunque, l'evoluzione di questo dispositivo (fig. 3) si svolse mantenendo sostanzialmente inalterato il principio di funzionamento e limitandosi a modificare solo il layout generale per ridurre gli ingombri longitudinali del motore.

fig. 3

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L'elettromagnete (1), spostato nel coperchio anteriore del motore, in base agli impulsi impartiti dalla centralina elettronica, azionava il punzone che agiva sulla valvola (2), spingendola verso il basso; l'olio motore in pressione fluiva tramite i condotti verso il mozzo e, tramite l'azione delle ruote dentate(3) e (5), variava l'angolazione dell'albero a camme (6) messo in rotazione sempre tramite la puleggia (4). La grande flessibilità offerta dall'elettronica ha quindi consentito di ottimizzare l'applicazione di questo variatore di fase, con la conseguenza di amplificare le prestazioni del motore lungo tutto l'arco di giri utili, caratteristica da sempre associata ai motori Alfa Romeo.
Il variatore di fase lato aspirazione dell'Alfa Romeo, nato nel 1980, è stato un vero e proprio apripista nel campo della fasatura variabile della distribuzione: solo successivamente, e in molti casi anche a distanza di parecchi anni, altri costruttori ne hanno seguito l'esempio. All'Alfa va quindi ancora una volta riconosciuto il merito, in quei lontani ultimi anni Settanta, di aver saputo vedere lontano, tracciando la via da seguire e introducendo una innovazione assoluta che anche la stessa Alfa ha successivamente sviluppato adottando poi nei propri motori una fasatura variabile applicata non più solo alle valvole di aspirazione ma anche a quelle di scarico, il tutto accoppiato a ulteriori importanti innovazioni nel campo della gestione della distribuzione. Ma qui inizia un'altra storia.
Fonte dell'articolo quì

 

[andrea-cesenat]

Ok e ti ringrazio però se uno deve leggere tutte quelle righe te lo dico per esperienza che scrivevo tanto pure io..........la gente tira dritto, se dovesti scrivere un riassunto come faresti?