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Benvenuti nella sezione speciale “BAM 35 Anni”. Vi stiamo presentando gli articoli “cult” tratti dall’archivio di Barche a Motore, a partire dal 1990. Un viaggio nel tempo tra storie introvabili oggi, anche nel grande mare di internet! Un tuffo nel mondo dei momenti epici della nautica a motore. Ecco una delle storie che ci ha appassionato di più.
Da Barche a Motore 1997, n. 2, marzo, pag. 56-58.
Le normative richiedono motori più rispettosi dell’ambiente. Alcune case hanno investito sui quattro tempi, altre hanno preferito adottare nuovi sistemi di iniezione elettronica per i due tempi. Vediamo quali.
Un motore a benzina per poter funzionare ha bisogno teoricamente di “respirare” una miscela gassosa costituita da 14,7 parti di aria e da una parte di carburante. “Teoricamente” in quanto il vero rapporto fra l’aria aspirata e la quantità di benzina necessaria per garantire una buona combustione varia sia al mutare delle condizioni di funzionamento del motore stesso sia in funzione dell’ambiente in cui esso opera. Negli avviamenti a freddo, per esempio, per facilitare la combustione si aumenta la quantità di benzina presente nell’aria rispetto a quella teoricamente necessaria tramite lo starter. La stessa esigenza nasce durante le fasi di accelerazione, quando la potenza serve tutta e subito. Al contrario il rapporto aria-benzina dovrebbe scendere (quindi c’è meno benzina di quanta ne occorrerebbe) quando il motore lavora a regime costante, necessità ovviamente indotta dal tentativo di minimizzare i consumi. Indipendentemente da queste e altre considerazioni, resta comunque il fatto che il motore deve respirare in modo costante una miscela gassosa omogenea ed equilibrata nei suoi componenti, due caratteristiche che vengono garantite dalla presenza del carburatore.
Questi altro non è se non un condotto a sezione variabile all’interno del quale scorre tutta l’aria che il motore può aspirare. Quando il fluido arriva in prossimità della variazione di sezione (Venturi) viene bruscamente accelerato, fenomeno che a sua volta induce nell’aria una forte perdita di pressione. Proprio questa perdita “risucchia” la benzina presente in un’apposita vaschetta portandola ad attraversare un orifizio chiamato “getto” che la nebulizza. Si ottiene così il vapore di aria e benzina che ci si era prefissi e che in camera di combustione viene energicamente rimescolato e fatto bruciare. A parole non c’è nulla di complesso ma in realtà le cose non sono altrettanto semplici, soprattutto se si considera che i fluidi oltre a scappare da tutte le parti tendono anche a fare quello che vogliono loro e raramente quello che desiderano i progettisti. Inoltre tutti i fenomeni che si innescano all’interno dei vari condotti non possono essere controllati se non giocando sulle sezioni e sulle forme geometriche dei condotti stessi o mediante l’inserimento di dispositivi ausiliari che, intervenendo al momento opportuno, migliorano la funzionalità generale del carburatore ma, contemporaneamente, lo rendono anche complicato nella costruzione e delicato nel funzionamento. Ne deriva che neanche il carburatore più avanzato è perfetto e in grado di rispondere con la stessa efficacia a tutte le richieste di potenza del pilota. Se, per tornare all’esempio precedente, si vuol privilegiare la funzionalità a freddo, difficilmente si potranno ottimizzare i consumi in crociera, mentre se si chiedono le massime prestazioni agli alti regimi bisognerà accettare una perdita di funzionalità più o meno accentuata ai bassi. Tutti questi compromessi in campo automobilistico negli ultimi anni sono stati superati grazie all’avvento delle iniezioni elettroniche, sistemi di alimentazione “intelligenti” e quindi capaci di rispondere alle esigenze funzionali del motore o alle richieste del pilota sulla base di piani di lavoro molto più ampi di quelli che un carburatore potrebbe garantire. Ora queste tecnologie vengono sempre più impiegate anche nel campo nautico.
I sistemi di iniezione basano il loro funzionamento sulla presenza di una pompa che mette in pressione la benzina e di una valvola chiamata “iniettore” che, aprendosi e chiudendosi al momento giusto, lascia passare attraverso il proprio corpo la quantità di carburante necessaria al buon funzionamento del motore. La benzina, una volta superata la valvola, va poi a miscelarsi con l’aria. La quantità di carburante richiesta dalle varie situazioni di lavoro in cui può incorrere un motore sono memorizzate in un computer le cui “decisioni” sono pilotate mediante una nutrita serie di sensori che tengono sotto controllo sia lo stato funzionale del motore che le sue condizioni di esercizio. Ne deriva un impianto piuttosto complesso e delicato ma che una volta messo a punto non trova rivali in termini di funzionalità, soprattutto da quando il mercato ha reso disponibili microprocessori sempre più veloci e raffinati e a costi sempre più bassi. Parallelamente all’uso dei computer sono state migliorate anche le prestazioni della componentistica, tanto da rendere possibile il passaggio dall’iniezione indiretta a quella diretta, l’ultima frontiera per i tecnici che si occupano di alimentazione dei propulsori.
Nei motori a due tempi è noto che la fase di aspirazione è sempre piuttosto critica in quanto il pistone, muovendosi verso il suo punto morto inferiore, apre contemporaneamente sia le luci di scarico che quelle di immissione. Ciò fa sì che, nonostante gli sforzi di tecnici e ingegneri, una parte dei gas freschi si disperda nel sistema di scarico ancor prima che abbia inizio la fase di compressione. L’unico sistema per impedire che tale situazione si inneschi sarebbe quello di iniettare il carburante direttamente nel cilindro prima che abbia inizio la compressione e quindi dopo che il pistone ha chiuso la luce di scarico. A quel punto però le pressioni all’interno del cilindro cominciano a essere elevate (quindi ci vorrebbero pompe piuttosto potenti, che costano e pesano) e inoltre la benzina non dispone di tempo sufficiente per miscelarsi con l’aria in maniera omogenea prima che la candela inneschi la combustione. Da qui la scelta di iniettare il carburante nel carter motore o nei collettori di aspirazione in modo da poter lavorare con pressioni minori e per dare alla benzina il tempo necessario per formare i vapori comburenti. I sistemi di iniezione così realizzati rappresentano quindi un grande passo avanti rispetto al “vecchio” carburatore ma non garantiscono l’assenza di idrocarburi incombusti nello scarico, cioè, in parole povere, di avere delle perdite. Le iniezioni dirette invece superano anche questo problema proponendosi al top in fatto di tecnologia e prestazioni.
Yamaha è un’industria che in fatto di iniezioni la sa lunga, non fosse altro che per l’esperienza accumulata in anni di competizioni sulle due e sulle quattro ruote. Ora ha deciso di scendere sul mercato con una nuova generazione di motori marini a due tempi che nello schema meccanico e nelle prestazioni ricalcano da vicino i cugini alimentati a carburatori ma garantendo all’utente consumi decisamente più contenuti. Il sistema Yamaha è di tipo indiretto e si avvale per il pilotaggio della carburazione di un raffinatissimo sensore di ossigeno capace di “leggere” la qualità della miscela gassosa direttamente in camera di combustione. Altri sensori tengono sotto controllo la pressione e la temperatura dell’aria, la temperatura dell’acqua di raffreddamento e la posizione angolare della farfalla, il parametro con cui il pilota informa il computer circa le sue volontà: se l’angolo aumenta significa che il diportista sta accelerando, se resta costante sta navigando in crociera mentre se diminuisce significa che ci si sta avvicinando all’attracco. Non mancano ovviamente il sensore di fase e quello di giri per garantire che l’iniezione avvenga nel momento giusto. L’impianto è azionato da due pompe, un per la benzina e una per l’olio lubrificante, che fanno confluire i rispettivi liquidi in un unico serbatoio dove avviene la miscelazione. Da qui la miscela passa poi nella pompa principale che provvede a inviarla ai sei iniettori, uno per ciascun cilindro. Da notare che il sistema governa anche l’accensione, integrando quindi in un’unica logica tutte le funzioni vitali del motore, ed è dotato di autodiagnosi: in pratica ciò significa che in caso di avaria è il computer stesso che analizza l’impianto individuando il guasto e segnalandolo ai meccanici. Per ora il sistema Yamaha è montato solo sul nuovo V6 da 250 cavalli denominato 250B E.F.I. (Electronic Fuel Injection) la cui caratteristica meccanica principale è insita nell’architettura a V stretta dei cilindri (76°) ma presto verrà adottata anche nella restante gamma dei motori.
La OMC da anni lavorava sul sistema di iniezione per motori a due tempi denominato “Orbital”, lo stesso che aveva attirato gli interessi di molte Case automobilistiche fra le quali la Fiat e la Ford. Proprio grazie a questa esperienza l’OMC ha potuto acquisire le conoscenze tecniche che oggi sono alla base del sistema Ficht FCC (Ficht Fuel Injection), dove Ficht è il nome dell’azienda tedesca che per prima ha messo a punto l’impianto e che oggi è di proprietà per il 51% della OMC.
Innanzitutto va detto che questo sistema è a iniezione diretta, scelta che pone la casa al vertice fra tutti i costruttori di motori a due e quattro tempi. In secondo luogo bisogna precisare che il Ficht non va a miscelare fra loro l’olio lubrificante con la benzina nelle tradizionali percentuali ma solo in misura molto limitata. In pratica il sistema di lubrificazione è separato e la miscelazione fra i due fluidi avviene solo a livello di vapori: quel tanto che basta per tenere puliti gli iniettori. Ciò, di fatto, si traduce in una miglior combustione (non dimentichiamo che l’olio, benché necessario per assicurare la vita del motore, quando viene miscelato con la benzina diventa pur sempre un suo inquinante) e in consumi d’olio assolutamente irrisori se confrontati con quelli proposti dai motori di pari potenza. Come accennavamo in precedenza c’è poi il discorso dell’iniezione diretta che si realizza grazie alla presenza di un iniettore ad alta frequenza abbinato a una pompa elettrica ad alta pressione: non una sola goccia di benzina può dunque “scappare” dalla luce di scarico a tutto vantaggio dei consumi e delle prestazioni. Anche in questo caso non manca la rete di sensori che monitorizza il gruppo propulsore, né la centralina che controlla l’alimentazione è avulsa dal sistema di accensione. La OMC per ora ha inserito il suo sistema su un motore 6V da 150 cavalli denominato “Ficht”, i cui primi esemplari sono attualmente in prova presso i più qualificati concessionari: vengono dichiarati consumi di carburante inferiori del 35% rispetto a quelli proposti dal 6V tradizionale alimentato a carburatori e un abbattimento degli idrocarburi incombusti (altamente inquinanti) dell’80%.
La Selva di Tirano è l’unica azienda italiana che costruisce motori fuoribordo e sta mettendo a punto un sistema di iniezione per motori a due tempi che, stando alle indiscrezioni, dovrebbe derivare dal sistema Orbital. La Casa non si è sbilanciata molto in questo senso, ma ha fatto sapere che due saranno i sistemi messi a disposizione dei suoi clienti ed entrambi a iniezione diretta. Sui motori di potenza medio alta verrà applicato un iniettore elettromagnetico e quindi il sistema potrebbe ricalcare quello della OMC, mentre sui motori di piccola potenza non si parla di elettronica ma di una specie di “carburatore a doppio effetto”. Sapendo che la Selva collabora con la Piaggio si potrebbe ipotizzare che si tratti di una tecnologia analoga a quella che la Casa di Pontedera ha annunciato di voler introdurre sulla sua nuova Vespa 50, la cui alimentazione avviene grazie a una sorta di “compressore” posto sopra la camera di combustione che è in grado quindi di iniettarvi direttamente il carburante polverizzandolo. Non nascondiamo che il sistema, così com’è stato presentato, ha suscitato parecchie perplessità in quanto risulta abbastanza complicato nella meccanica. La stessa Piaggio nell’annunciare l’immissione sul mercato della Vespa 50 dotata di tale motore ha parlato solo che sarà presentato nella “prossima primavera” senza sbilanciarsi più di tanto in fatto di date. Noi ci auguriamo comunque che i nuovi Selva a iniezione diretta arrivino al più presto, non foss’altro per dimostrare al mondo che la tecnologia italiana non ha nulla da invidiare a quelle americane e giapponesi.
di Furio Oldani
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