Le distribuzioni a fasatura variabile: più prestazioni e meno emissioni

La coppia erogata dal motore dipende direttamente dalla quantità di miscela aria-carburante che entra nei cilindri ad ogni ciclo. Tale quantità (indicata dal rendimento volumetrico) varia con il regime.
La curva relativa, che ovviamente ha lo stesso andamento di quella di coppia, cresce con la velocità di rotazione fino a raggiungere il massimo, dopo di che scende in maniera più o meno progressiva. La fasatura di distribuzione influenza in misura fondamentale la forma di questa curva, e quindi il regime al quale la coppia raggiunge il massimo e la rapidità con la quale essa successivamente diminuisce.

Fondamentale ai fini delle prestazioni è lo sfruttamento delle onde di pressione e dell’inerzia dei gas, reso possibile dagli anticipi di apertura e dai ritardi di chiusura delle valvole. Una fasatura più spinta (cioè con anticipi e ritardi maggiori) fa sì che il miglior riempimento del cilindro, e quindi la coppia più elevata, venga ottenuto ad alto regime. Il prezzo da pagare è una erogazione più “appuntita”, con sensibile restringimento e spostamento verso l’alto del campo nel quale il motore “tira” vigorosamente. Ovvero una notevole riduzione della coppia ai regimi medi. Al contrario, con una fasatura più tranquilla il miglior riempimento si ha a una velocità di rotazione più bassa e il motore risulta più elastico, con un tiro vigoroso per un arco di regimi di maggiore ampiezza.

Va sottolineata la particolare importanza ai fini delle prestazioni del ritardo di chiusura della aspirazione. Critica, per le emissioni e la regolarità di funzionamento ai bassi regimi, è la durata dell’incrocio, ossia della fase durante la quale la valvola di scarico non ha ancora finito di chiudersi mentre quella di aspirazione ha già cominciato il suo sollevamento dalla sede.
In altre parole, del periodo a cavallo del PMS di fine corsa di scarico durante il quale entrambe le valvole sono aperte (anche se solo in misura parziale) e quindi vi è un collegamento tra l’aspirazione e lo scarico.

Dunque, ciascuna fasatura è ideale solo all’interno di un certo arco di regimi. Se lo sfruttamento dell’inerzia e delle onde è ottimale ai medi, non lo è agli alti, e viceversa. Idealmente ci vorrebbero almeno due alberi a camme, ottimizzati uno per la coppia ai medi regimi e l’altro per la potenza massima.

Proprio per ovviare a questa limitazione sono stati sviluppati i sistemi di fasatura variabile, grazie ai quali è anche possibile ottenere sensibili miglioramenti a livello di emissioni e di consumi (cosa di grande importanza in campo auto).
L’idea di realizzare e impiegare sistemi di questo genere risale a molti decenni fa ma le loro applicazioni pratiche, su modelli di serie, sono iniziate diverso tempo dopo, ovvero negli anni Ottanta.

Nella maggioranza dei casi essi vengono impiegati solo alla aspirazione.

I sistemi di fasatura variabile sviluppati sono di vari tipi. Tanto per cominciare possono intervenire in maniera continua o discreta (fornendo cioè due o tre fasature prefissate e passando dall’una all’altra in maniera repentina e non graduale). Inoltre, possono interessare solo la fasatura e non la durata oppure entrambe. Infine, possono cambiare anche l’alzata delle valvole.
Talvolta si impiegano due dispositivi in uno stesso motore, dei quali uno varia la fasatura e l’altro l’alzata.

Pure i dispositivi di azionamento possono essere di differenti tipi. In aggiunta a quelli puramente meccanici ci sono quelli idraulici e quelli elettroidraulici. Nei più semplici dei primi si sfrutta la forza centrifuga, mentre negli altri due si può fare ricorso a una centralina elettronica, e ciò consente di mettere in atto anche strategie di gestione piuttosto sofisticate. (Continua)