La tecnologia dei motori a combustione interna ha compiuto passi da gigante negli ultimi decenni, grazie alla necessità di migliorare l’efficienza dei consumi, ridurre le emissioni e aumentare le prestazioni. Uno degli sviluppi più rilevanti in questo contesto è la fasatura variabile delle valvole, e in particolare la doppia fasatura variabile, conosciuta anche come dual VVT (Variable Valve Timing).
Questa tecnologia ha rivoluzionato il modo in cui i motori a benzina gestiscono l’apertura e la chiusura delle valvole, permettendo un controllo molto più preciso della combustione rispetto ai sistemi tradizionali a fasatura fissa.
Cos’è la fasatura delle valvole
Prima di entrare nel dettaglio della doppia fasatura variabile, è utile ricordare cosa si intende per fasatura delle valvole. Nei motori a benzina, le valvole di aspirazione e scarico regolano il flusso di miscela aria-carburante verso i cilindri e l’uscita dei gas di scarico. Tradizionalmente, la fasatura delle valvole è determinata meccanicamente dalla posizione dell’albero a camme, che apre e chiude le valvole in momenti prestabiliti rispetto al movimento dei pistoni.
Questa configurazione fissa è semplice e robusta, ma presenta limiti evidenti: l’apertura e la chiusura delle valvole sono ottimizzate per un regime di funzionamento specifico, mentre a regimi diversi il motore non lavora mai in condizioni ottimali. Ad esempio, un motore con fasatura fissa può avere buone prestazioni a velocità elevate, ma consumi più elevati e minor coppia ai bassi regimi.
La fasatura variabile delle valvole (VVT) risolve questo problema consentendo di modificare dinamicamente l’istante di apertura e chiusura delle valvole in funzione delle condizioni di funzionamento del motore. Questo significa che il motore può adattarsi a diversi regimi e carichi, migliorando l’efficienza, aumentando la coppia ai bassi regimi e riducendo le emissioni.
Nei sistemi di VVT, un attuatore meccanico, idraulico o elettrico può modificare la posizione dell’albero a camme rispetto alla ruota motrice, anticipando o ritardando l’apertura delle valvole. In molte applicazioni tradizionali, la fasatura variabile interessava solo l’albero a camme di aspirazione. La doppia fasatura variabile estende questa capacità anche all’albero a camme di scarico.
Funzionamento della doppia fasatura variabile
La doppia fasatura variabile, come suggerisce il nome, permette di regolare indipendentemente la fasatura sia delle valvole di aspirazione sia di quelle di scarico. Questa soluzione comporta vantaggi significativi, in quanto consente di ottimizzare il ciclo di combustione per ogni condizione di marcia, migliorando contemporaneamente potenza, efficienza e emissioni.
In un motore a benzina dotato di doppia fasatura variabile, due attuatori separati sono montati sugli alberi a camme di aspirazione e scarico. Questi attuatori, generalmente azionati dall’olio motore tramite valvole elettroniche controllate dalla centralina, possono ruotare gli alberi a camme avanti o indietro di alcuni gradi.
Fasatura delle valvole di aspirazione: modificando l’apertura delle valvole di aspirazione, il motore può controllare con precisione la quantità di miscela aria-carburante che entra nel cilindro. Ad esempio, ritardare la chiusura della valvola di aspirazione a bassi regimi aumenta l’efficienza volumetrica, migliorando la coppia. Al contrario, anticipare la chiusura ad alti regimi favorisce un riempimento più rapido e prestazioni superiori.
Fasatura delle valvole di scarico: la regolazione delle valvole di scarico influisce sulla quantità di gas residui che rimangono nel cilindro. Anticipare l’apertura delle valvole di scarico a bassi regimi riduce la pressione residua, diminuendo il rischio di detonazione e migliorando l’efficienza del ciclo. Ritardare l’apertura a regimi elevati può contribuire a migliorare il riempimento del cilindro e ridurre il consumo di carburante.
I benefici della doppia fasatura variabile nei motori a benzina sono molteplici:
Maggiore coppia a bassi regimi: regolando la fasatura in modo ottimale, il motore genera più coppia senza aumentare la cilindrata, migliorando la guidabilità.
Prestazioni elevate ad alti regimi: l’ottimizzazione della fasatura consente un migliore riempimento dei cilindri, aumentando la potenza erogata.
Riduzione dei consumi: grazie al controllo più preciso della combustione, il motore può funzionare in modo più efficiente, riducendo il consumo di carburante.
Emissioni inferiori: la gestione accurata della chiusura delle valvole permette di ridurre la quantità di gas non bruciati e gli ossidi di azoto, rispettando le normative ambientali più severe.
Maggiore flessibilità: la doppia fasatura variabile consente di adattare il motore a diverse condizioni di marcia, dal traffico urbano al pieno carico in autostrada, mantenendo sempre prestazioni ottimali.
Componenti principali del sistema
Alberi a camme regolabili: permettono la variazione della posizione di apertura e chiusura delle valvole.
Attuatori di fasatura: dispositivi meccanici o idraulici che ruotano l’albero a camme in base ai comandi della centralina motore.
Centralina elettronica (ECU): gestisce in tempo reale la posizione ottimale degli alberi a camme, basandosi su parametri come regime, carico del motore, temperatura e pressione dell’aria.
Sensori: rilevano la posizione degli alberi a camme, la velocità dei pistoni, la temperatura del motore e altri parametri critici per consentire un controllo preciso.
Funzionamento a diverse condizioni di marcia
Avviamento e bassi regimi: la fasatura ritardata dell’aspirazione e anticipata dello scarico aumenta la coppia e riduce vibrazioni e rumorosità.
Regimi intermedi: un equilibrio tra aspirazione e scarico ottimizza la combustione, migliorando la risposta del motore e contenendo i consumi.
Regimi elevati: anticipare l’aspirazione e ritardare lo scarico consente un riempimento più rapido del cilindro e un aumento della potenza, ideale per accelerazioni e velocità elevate.
La doppia fasatura variabile è una delle innovazioni più significative dei motori a benzina moderni. Permette di adattare il comportamento delle valvole in tempo reale, migliorando l’efficienza, le prestazioni e la sostenibilità ambientale. I motori possono cosi offrire un’elevata potenza ai regimi alti senza penalizzare i consumi a bassi regimi, con un bilanciamento ottimale tra performance e sostenibilità.
La complessità tecnica della doppia fasatura variabile richiede componenti precisi e un controllo elettronico avanzato, ma i benefici sono tangibili sia per chi guida sia per l’ambiente. È per questo motivo che molti costruttori di motori a benzina di ultima generazione adottano sistemi di fasatura variabile su entrambe le camme, trasformando un concetto meccanico tradizionale in una soluzione altamente efficiente e versatile.
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