La sovralimentazione del motore termico: i collettori d’aspirazione variabili (parte 2)

La sovralimentazione del motore termico: i collettori d’aspirazione variabili (parte 2)

Collettori a variabilità continua (o differenziale) e collettori in risonanza.

Nel precedente articolo di questo spin-off sull’effetto sovralimentante naturale è stato analizzato nel dettaglio quello ottenibile da un’opportuna configurazione dei collettori d’aspirazione a lunghezza variabile (VLIM – Variable Length Intake Manifold). Concludiamo presentando i collettori a variabilità continua e i collettori in risonanza.

 

Collettori di aspirazione a variabilità continua (o differenziale)
BMW DIVA
BMW DIVA

Il loro principio di funzionamento è piuttosto semplice. Il collettore d’aspirazione di ciascun cilindro è alloggiato in una struttura a geometria circolare che presenta una gola a V nella mezzeria. La parete interna è un unico rotore attraversato dall’aria in ingresso che, ruotando, fa variare la sezione di accesso in funzione della geometria dell’involucro.

Il primo sistema di questo tipo, denominato DIVA (Differentiated Variable Air Intake), è stato realizzato nel 2001 da BMW per i motori N52 V8 della serie 7 e raggiungeva una variazione effettiva della lunghezza da un massimo di 673 millimetri ad un minimo di 231 millimetri in funzione della velocità di rotazione del motore.
Tuttavia, il DIVA è risultato tanto efficiente quanto ingombrante (soprattutto in altezza), ragion per cui quando il 4.4L fu aumentato di volume a 4.8L, grazie alla coppia extra prodotta, BMW decise di passare ai VLIM per poi definitivamente abbandonarli con la nuova generazione dei V8 in favore dei più performanti turbocompressori.

 

Collettori di aspirazione in risonanza
Collettori Porsche VarioRam
Collettori Porsche VarioRam

Utilizzati sia nei motori di tipo V che boxer, anche i collettori di aspirazione a risonanza nascono con lo scopo di ampliare la curva di coppia. Ogni banco di cilindri è alimentato da una camera di pressione comune attraverso tubi separati. Le due camere in pressione sono interconnesse da due tubi di diverso diametro che possono essere coinvolti o esclusi dal circuito idraulico mediante una valvola controllata dal sistema di gestione del motore. L’ordine di fuoco è organizzato in modo tale che i cilindri aspirino alternativamente da ciascuna camera, creando reciproche onde di pressione. Se la frequenza delle onde di pressione è sincronizzata con la velocità di rotazione del motore, il sistema può fornire quell’effetto sovralimentante utile a facilitare il riempimento dei cilindri, migliorando così l’intero apparato di aspirazione. Poiché la frequenza dipende anche dall’area della sezione trasversale dei tubi di interconnessione, chiudendo uno dei due l’area e la frequenza si riducono aiutando la respirazione del motore ai bassi regimi.

VarioRam HEMI 6.1L
VarioRam HEMI 6.1L

Al contrario, con l’apertura della valvola il secondo condotto partecipa all’alimentazione aumentando la sezione di passaggio dell’aria e quindi la frequenza delle onde pressorie che, in questo modo, favoriranno la respirazione del motore agli alti regimi.

Un sistema di questo tipo è stato spesso utilizzato da Porsche a partire dalla Carrera 964 del 1992. Due anni più tardi, in occasione della nuova Carrera 993, il sistema fu integrato con un collettore ad aspirazione di lunghezza variabile aggiungendo così all’intero apparato un terzo stadio (nacque il cosiddetto VarioRam). Tuttavia, a causa dei grandi spazi richiesti per il suo alloggiamento, il terzo stadio venne presto rimosso, ma il nome VarioRam fu continuato ad essere usato anche nei modelli successivi.

Schema VarioRam
1. sensore dell’aria, 2. valvola a farfalla, 3. setto mobile per l’attivazione del secondo canale, 4. canali di attraversamento scorrevoli, 5. spazio libero dettato dallo scorrimento dei canali 6. camera principale di distribuzione dell’aria, 7. sistema di risonanza

Lo schema spiega il sistema funzionamento di un impianto Porsche VarioRam in tre diverse ipotetiche situazioni.
Nel caso A il sistema di risonanza è disattivato e viene utilizzata una lunga tubatura per alimentare il gruppo motore. Quando il motore aumenta il numero di giri si attiva il sistema VarioRam e le tubazioni scorrevoli vengono ritratte. In questo modo le sezioni di attraversamento diminuiscono per aumentare la curva di coppia del motore. A regimi ancora più alti il sistema di controllo del motore attiva il setto mobile che consente all’aria di attraversare anche il secondo condotto dell’impianto VarioRam.

 

Dodge Wrangler 6.4l 392 HEMI
Dodge Wrangler 6.4l 392 HEMI

 

Nel prossimo articolo concluderemo lo spin-off sull’effetto sovralimentante naturalmente ottenibile da un’opportuna configurazione dei collettori analizzando quelli di scarico sincronizzati ed a lunghezza variabile.

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