SISTEMI DI DISTRIBUZIONE A PARAMETRI VARIABILI

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1 I motori nella tecnica automobilistica SISTEMI DI DISTRIBUZIONE A PARAMETRI VARIABILI Appunti di O. Acton ATA Ligure Q01/ maggio 2007 Acton-VVA-05/07 1/48

2 1 I sistemi di distribuzione a parametri variabili nei motori a combustione interna alternativi 3 2 La distribuzione a VARIATORE DI FASE della ALFA ROMEO 7 3 La distribuzione VTEC della HONDA La distribuzione VANOS della BMW 26 5 La distribuzione VALVETRONIC della BMW 33 6 La distribuzione UNIAIR della FIAT 41 La figura in copertina è tratta da edizione on-line del Notiziario Centro Ricerche Fiat Acton-VVA-05/07 2/48

3 1 - SISTEMI DI DISTRIBUZIONE A FASATURA VARIABILE NEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA ALTERNATIVI E noto come i parametri che nel motore a combustione interna alternativo individuano il diagramma di distribuzione (angoli di apertura e chiusura delle valvole, valore dell alzata di queste) siano legati al comportamento delle correnti di fluido all aspirazione ed allo scarico del cilindro. Essi sono quindi determinanti della capacità di aspirazione del motore stesso e condizionano in definitiva le capacità operative della macchina: ne segue che al variare dei parametri del diagramma di distribuzione variano le principali caratteristiche funzionali del motore come il processo di combustione, la potenza e la coppia motrice. Poiché i fenomeni fuidodinamici all aspirazione ed allo scarico sono fortemente influenzati dalla velocità di rotazione del motore (che determina di fatto la portata dei fluidi), ne segue che anche i valori dei parametri del diagramma di distribuzione ottimo sono legati al regime della macchina. Un eventuale intervento sul diagramma di distribuzione al variare della velocità - mantenendo una geometria tradizionale del sistema di controllo delle correnti fluide che entrano ed escono dal cilindro - sono sostanzialmente due: - variare la sezione delle luci di ingresso e di scarico dal cilindro - variare i tempi di intervento delle valvole rispetto alla posizione del pistone (ovvero dell albero motore). Nel primo caso per far fronte all aumento delle portate all aumentare della velocità di rotazione del motore il necessario incremento delle sezioni delle luci potrebbe essere realizzato mediante una regolazione della alzata delle valvole che potrebbe variare in funzione della velocità del motore. In fig. 1.1 è riportato indicativamente (e senza effettivo riferimento ai valori degli angoli di apertura) la possibile variazione di alzata che si eseguirebbe nel passaggio dalle basse alle alte velocità nel caso di regolazione sulle alzate di entrambe le valvole. Fig. 1.1 Andamento indicativo delle aperture delle valvole nel caso di regolazione delle alzate. Acton-VVA-05/07 3/48

4 Questa soluzione, tuttavia, non soltanto presenta difficoltà non lievi per la realizzazione, ma ha dei limiti oggettivi nella entità della variazione della alzata (e quindi della sezione di passaggio del fluido) dovuti alla stessa geometria della sistemazione della valvola sul condotto che deve controllare. Per valutare l utilità delle seconda soluzione - variazione dei tempi di apertura - è il caso di ricordare alcuni aspetti del ricambio della carica nei motori a combustione interna. E noto che alle basse velocità del motore le limitate portate di fluidi che attraversano le due luci sono dotate di bassa velocità: la limitata energia cinetica delle due correnti fa sì che i due flussi seguano leggi dipendenti fondamentalmente soltanto dalle differenze di pressione che si creano tra monte e valle delle rispettive luci. In queste condizioni, quindi, i periodi di apertura delle due luci è bene siano di fatto effettuati in tempi successivi o con minima sovrapposizione. Al contrario, quando la velocità di rotazione del motore è più elevata e crea quindi alte velocità dei flussi attraverso le due valvole, il flusso è condizionato oltre che dalla differenza di pressione da fenomeni dinamici legati alla alta energia cinetica assunta dalle due correnti. In queste condizioni è possibile utilizzare l'azione dinamica dei gas di scarico in uscita per realizzare un flusso più veloce della corrente in aspirazione, ottenendo quindi un migliore riempimento con carica fresca del cilindro. Per far ciò è necessario regolare i periodi di apertura delle due valvole in modo che si crei un periodo durante il quale entrambe le luci siano aperte, realizzando il cosiddetto incrocio che in genere è bene sia tanto più elevato quanto maggiore è la velocità del motore. La seconda soluzione utilizza appunto la modifica della interazione tra le correnti fluide all aspirazione ed allo scarico per adeguarsi alla variazione delle condizioni dinamiche del ricambio di carica per ottenere in ogni regime un riempimento ottimo del cilindro pur mantenendo invariati i periodi di apertura delle valvole. Infatti se si è in grado di spostare angolarmente la posizione delle camme che comandano l apertura delle valvole, è possibile far sì che il periodo di apertura contemporanea di queste e quindi l incrocio vari al variare della velocità del motore ottenendo quindi il risultato richiesto. In fig. 1.2 si riportano indicativamente gli andamenti delle aperture delle valvole in questo secondo caso. Fig Andamento indicativo delle aperture delle valvole nel caso di regolazione di fase. Acton-VVA-05/07 4/48

5 Le difficoltà costruttive che si incontrano nella realizzazione di un meccanismo che permetta di adeguare la distribuzione alle condizioni di funzionamento del motore si evidenziarono fin dai primi tentativi che risalgono già ai primi decenni dello sviluppo del motori a combustione interna alternativi. Si realizzarono quindi per uno stesso motore diversi sistemi di distribuzione a parametri fissi, con valori di compromesso, che permettessero un buon funzionamento nei diversi campi di regimi di rotazione previsti per le applicazioni a cui il motore era destinato. Ed infatti, ad esempio, lo stesso motore da autotrazione può essere fornito di distribuzione adatta a velocità medie (p.e. per una vettura offerta per uso familiare), ovvero con una distribuzione che presenta forti incroci ed alte alzate delle valvole ben adatta ad un veicolo utilizzato a velocità elevate (p.e. una auto da rally). Nell un caso come nell altro il motore presenterà caratteristiche degradate nei campi di funzionamento esterni a quello per il quale è stato finalizzato. Nel primo caso dell'esempio il motore presenterà ai regimi elevati consumi specifici più alti ed una potenza (e coppia) minore di quella che le sue caratteristiche dimensionali potrebbero far presumere. Nel secondo caso, a fronte di potenze (e coppie) particolarmente elevati (con consumi specifici relativamente limitati) alle alte velocità, il motore presenterà alle basse velocità difficoltà funzionali come difficoltà di avviamento e marcia irregolare. Si può affermare che la quasi totalità dei motori finora costruiti sono dotati di sistemi di distribuzione con parametri fissi, demandando rare volte l adeguamento alla variabilità delle condizioni di funzionamento a sistemi di variazione delle caratteristiche dimensionali (e in particolare della loro lunghezze) delle tubazioni di alimentazione e di scarico, soluzione che studiata teoricamente fin dagli anni 20 permette di influenzare le leggi della portata attraverso le valvole. L applicazione di sistemi di distribuzione a fasatura variabile presenta una complessità meccanica non trascurabile ed esige sistemi di controllo particolarmente evoluti. Proprio per questi motivi le prime utilizzazioni furono riservate per motori speciali come quelli utilizzati su mezzi da competizione: in questi casi la maggiore difficoltà costruttiva, la minore durata e il maggiore costo erano ben compensate dall incremento delle caratteristiche operative del motore che poteva presentare andamenti delle curve di potenza e di coppia particolarmente favorevoli. In questi ultimi anni alcune importanti Case costruttrici normalmente impegnate in produzioni di massa, dopo timidi tentativi di realizzare sistemi di distribuzione a parametri variabili per motori destinati a vetture di uso particolare, hanno introdotto nuovi sistemi di distribuzione a fasatura variabile che stanno dimostrando di rispondere alle aspettative in essi riposte ed in particolare alle esigenze del mercato di ridurre i consumi di combustibile ed alla richiesta delle autorità di limitare l inquinamento dell ambiente. Anche se i principi di funzionamento di questi sistemi erano in genere noti (e brevettati) già da tempo, la loro utilizzazione in produzione di massa è stata facilitata sicuramente dalla sempre più affinata meccanica costruttiva dei veicoli (ed in particolare dei motori), che ha facilitato l adozione di gruppi meccanici di alta precisione e realizzati con materiali di alte caratteristiche, senza con questo incidere sensibilmente sia sui costi di produzione che sulle caratteristiche di durata e di affidabilità dell unità motrice. La richiesta sempre più pressante delle autorità di controllo di caratteristiche ecologiche sempre più spinte al parco di autoveicoli, ha avuto un ruolo determinante poiché l adozione di sistemi a fasatura variabile permette una risposta adeguata. Infatti una regolazione della distribuzione che tenga conto contemporaneamente di diversi parametri funzionali del motore (quali velocità carico, temperatura ambiente, temperatura del motore, acc.) permette un controllo molto efficace delle emissioni del motore. Se il controllo delle emissioni può considerarsi il fattore che ha indotto le Case automobilistiche ad impegnarsi inizialmente all applicazione di sistemi di distribuzione a parametri Acton-VVA-05/07 5/48

6 variabili su modelli di autoveicoli di alte caratteristiche, i risultati ottenuti sulla affidabilità dei sistemi adottati ha poi spinto gli stessi costruttori a considerarne l applicazione anche per il controllo del riempimento di carica fresca dei cilindri e per il miglioramento della curva di coppia al variare della velocità del motore. Anche con l utilizzazione di sistemi di controllo elettronico del motore, in alcune delle soluzioni costruttive messe a punto è ora possibile regolare la chiusura della valvola di aspirazione tenendo conto di molti parametri funzionali del motore, così da ottimizzare il funzionamento della macchina su buona parte dei regimi di utilizzazione. Si ottiene quindi un motore ad accensione comandata che presenta un andamento delle caratteristiche funzionali nettamente superiore a quello specifico del motore convenzionale a distribuzione fissa. Negli appunti che seguono si riportano nel modo più semplice - le descrizioni di alcuni dei sistemi a fasatura variabile adottati (o in corso di messa a punto) da alcune Case costruttrici per loro modelli di autovetture. Sul mercato automobilistico sono presenti anche diversi altri sistemi - come ad esempio quelli costruiti da Nissan, Mitsubishi, Porshe, Toyota, ecc. - e quindi questa esposizione non vuol essere esaustiva, ma vuole soltanto richiamare la curiosità degli appassionati alla tecnica automobilistica e motoristica sui particolari costruttivi di alcune delle soluzioni adottate per risolvere il problema di una buona regolazione funzionale di un motore a combustione interna. Come sarà evidente, non ci si sofferma sull aspetto teorico della loro applicazione, ma essenzialmente sui principi funzionali e sulle soluzioni costruttive che sono state adottate, con solo qualche cenno sui risultati ottenuti. L esposizione, quindi, ha il solo scopo di una informazione di base sulla loro costruzione e sul loro funzionamento, con una particolare attenzione alla esposizione corretta dei principi di funzionamento, che spesso sono trascurati nelle numerose descrizioni che sono a disposizione sia on-line che su fogli informativi. Negli appunti vengono citati siti web dai quali si può procedere eventualmente ad un ampliamento del tema, mentre soltanto lo studio dei testi sui motori a combustione interna alternativi - dai classici ai più recenti - può permetterne un approfondimento. Vengono anche citate le fonti delle figure riportate, che in genere sono state parzialmente modificate per renderle più facilmente leggibili. Si vuole infine ringraziare il prof. Massimo Capobianco per le osservazioni sul testo ed i puntuali suggerimenti avanzati. Acton-VVA-05/07 6/48

7 2 - DISTRIBUZIONE A VARIATORE DI FASE DI ALFA ROMEO La Alfa Romeo fu di fatto la prima Casa automobilistica ad adottare il variatore della fasatura degli alberi a camme dei sui motori fin dall'inizio degli anni '80, aprendo le applicazioni che poi furono ampiamente sviluppate da altre e più grandi Case costruttrici. Anche se il sistema era stato concepito fondamentalmente per migliorare le caratteristiche operative del propulsore, in effetti le motivazioni che ne indussero una più ampia applicazione furono i limiti sempre più ristretti per gli inquinanti che la normativa statunitense poneva con il passare degli anni, che creavano non poche difficoltà alla permanenza di vetture della Casa nel mercato americano. Infatti la possibilità di variare la fasatura della distribuzione, adeguando cioè i periodi di introduzione e di scarico del fluido motore al regime della macchina, avrebbe permesso non soltanto di limitare (se non annullare) lo scarico di idrocarburi incombusti, ma anche di introdurre nel cilindro una massa di carica fresca ben correlata alla richiesta effettiva delle prestazioni e con rapporti aria/combustibile correttamente dosati per processi di combustione ottimizzati rispetto alle condizioni fluododinamiche e termiche di funzionamento del motore. Già dagli anni '70 cominciarono ad essere emesse normative (specie in California) aventi lo scopo ridurre le emissioni dei motori da autotrazione, con particolare riferimento al Co, HC ed NO x nella speranza di fronteggiare i primi inconvenienti provocati dal grande traffico automobilistico. I sistemi anti-inquinamento utilizzati fin dall'inizio furono l'adozione della "marmitta catalitica" e del cosiddetto EGR (Exhaust Gas Recirculation): mentre con la prima si potevano ridurre sensibilmente le emissioni di CO e di HC, con l'egr era possibile intervenire sull'entità degli NO x. Ma mentre l'adozione della marmitta catalitica non presentava particolari difficoltà, l'uso di un EGR efficiente poteva condizionare la struttura funzionale del motore e quindi era facilmente adottabile solo in motori con un sistema di aspirazione e regolazione fondamentalmente semplice. La cosa è facilmente comprensibile se si ricorda che l'egr consiste nel riciclo di una parte dei gas combusti: tramite la regolazione di una valvola, infatti, una parte dei gas viene reimmessa nel cilindro così da miscelarsi con la carica fresca (aria più combustile) proveniente dal condotto di aspirazione. Come è facilmente comprensibile, l'operazione non presenta particolari difficoltà se tutti i cilindri sono serviti da un unico collettore di aspirazione la cui portata è controllata da un'unica valvola a farfalla, ma diventa di difficile (se non impossibile) realizzazione se il condotto di aspirazione di ogni singolo cilindro è controllato da una specifica valvola. Infatti l'eventuale sistemazione di tubazioni di riciclo in parallelo ai singoli condotti di aspirazione causa un collegamento fluidodinamico tra questi, annullando quindi l'efficacia della regolazione delle singole valvole farfalla. Ed era proprio la caratteristica di essere dotati di valvole a farfalla sui singoli cilindri che distingueva i motori Alfa Romeo, che - per ottenere le prestazioni che sempre li avevano distinti - da molto tempo utilizzavano non soltanto di valvole a farfalla su ogni cilindro, ma molto spesso anche più carburatori che alimentavano coppie o singoli cilindri. In queste condizioni l'adozione dell'egr risultava di fatto impossibile a meno di adottare un unico collettore per tutti i cilindri, servito da un unico carburatore. Purtroppo questa soluzione - costruttivamente semplice, se permetteva l'adozione dell'egr e quindi risolveva il problema del rilascio di inquinanti, veniva ad incidere pesantemente sulle caratteristiche operative del motore, che non poteva mantenere la potenza e la brillantezza del motore originale ed in particolare influiva negativamente sulla curva di coppia motrice ai regimi medio-bassi. Acton-VVA-05/07 7/48

8 Per superare il problema venne presa in considerazione la possibilità di dotare i motori delle vetture destinate al mercato americano di un sistema di distribuzione che consentisse di variare l'incrocio in funzione della velocità di rotazione della macchina, così da poter mantenerne alto il valore alle velocità elevate e poi ridurlo alle velocità inferiori, così da evitare la caduta della coppia motrice a quei regimi. Il prima soluzione adottata prendeva in considerazione la sistemazione all'estremità dell'albero a camme di aspirazione di un gruppo meccanico che permetteva di modificare la posizione angolare di questi rispetto alla puleggia dentata che prendeva il moto dall'albero motore. Fig Variatore di fase in posizione per basse velocità. La fig. 2.1 illustra la struttura del variatore di fase, che è raffigurato nella posizione adatta alle basse velocità. Nella parte centrale della puleggia è alloggiato un manicotto dotato esternamente di una dentatura elicoidale che è impegnata da una analoga di cui è dotata la puleggia. Il manicotto, che ha una rigatura sulla superficie interna, alle alte velocità può scorrere assialmente sull'estremità dell'albero a camme sotto l'azione di olio lubrificante in pressione che agisce sulla sua superficie frontale e di conseguenza causa la rotazione dell'albero rispetto alla puleggia aumentando l'anticipo all'aspirazione. Successivamente il manicotto può ritornare nella posizione iniziale - riducendo quindi l'angolo di sfasamento - alle basse velocità quando viene ridotta la pressione dell'olio e sotto la spinta di una molla di richiamo. La fig. 2.2 illustra le condizioni del variatore alle alte velocità. Acton-VVA-05/07 8/48

9 Fig Variatore di fase in posizione per alte velocità. I risultati ottenuti con questo sistema furono soddisfacenti ed i modelli esportati negli Stati Uniti da Alfa Romeo poterono mantenere quasi inalterate le loro caratteristiche di utilizzazione riducendo le emissioni entro i limiti imposti dalle normative vigenti nel Tuttavia la soluzione adottata, a fronte di una realizzazione meccanica fondamentalmente semplice e poco ingombrante, presentava sensibili limitazioni funzionali dovute sia alla poca sensibilità e precisione del sistema di controllo di tipo meccanico (che talvolta causava fenomeni di poca stabilità del sistema), sia alla sua non trascurabile inerzia. A ciò si aggiungeva che la legge di variazione dell'angolo di sfasamento dell'albero a camme veniva condizionata una volta per tutte dalle caratteristiche meccaniche del gruppo mobile costituito dal manicotto scorrevole (con la sua massa ed il suo attrito sulle due superfici coassiali di contatto con l'albero a camme e con la puleggia dentata di trascinamento) e dalla molla di ritorno: una volta dimensionato il gruppo, la legge di sfasamento era fissata per tutto il campo di velocità in funzione della pressione dell'olio che agiva sul manicotto che era a sua volta condizionato dalla velocità di rotazione del motore. In particolare risultava difficoltoso ottenere una legge di sfasamento con incroci elevati delle valvole agli alti regimi e contemporaneamente bassi incroci alle velocità medio basse, con la conseguenza di più alte emissioni relative di inquinanti in queste condizioni di marcia. Questi inconvenienti divennero evidenti quando, dopo pochi anni ( ), le disposizioni relative al controllo degli inquinanti divennero più restrittive e imposero una ulteriore riduzione delle emissioni nel funzionamento a velocità medio-basse (fino a circa 3000 giri/min). Per far fronte a questa nuova situazione non si poteva semplicemente ricorrere a modifiche meccaniche del sistema già adottato con una lavorazione più accurata, ma si doveva modificare il metodo di controllo in maniera da realizzare una legge di variazione della fasatura adeguata alla limitazione delle emissioni inquinanti dettate dagli Enti di controllo. Acton-VVA-05/07 9/48

10 Per raggiungere questo scopo il principio operativo del variatore di fase fu "riprogettato": invece di mantenere connessi il sistema meccanico (che realizzava lo sfasamento) ed il sistema di controllo (pressione del liquido agente sul manicotto funzione della velocità e molla di richiamo), fu decisa la loro separazione funzionale. Fu mantenuta la struttura meccanica del sistema di modifica della sfasatura (manicotto con dentatura elicoidale e molla di richiamo), ma si demandò la regolazione della pressione dell'olio ad una elettrovalvola controlla da un sistema elettronico così che la sua legge di intervento potesse seguire l'andamento più conveniente per ottenere le emissioni di inquinanti richieste ai diversi regimi del motore e indipendente sia dalle caratteristiche della molla di richiamo che dalla pressione del liquido operatore. Ciò fu ottenuto inserendo una valvola a cassetto controllata da un elettromagnete che, in funzione della sua posizione, era in grado di far affluire o meno olio in pressione nella camera prospiciente la superficie anteriore del manicotto scorrevole. Una centralina elettronica - che riceveva segnali legati alla velocità del motore ed ad altre condizioni di funzionamento (posizione delle valvole a farfalla, ecc.) - agiva sull elettromagnete e quindi sulla valvola a cassetto seguendo le indicazioni che erano state immesse in memoria sulla scorta dei rilievi effettuati in sala prove. Le figure 2.3 e 2.4 riportano indicativamente le condizioni di funzionamento nelle due posizioni estreme del variatore. Fig Variatore elettrocomandato in posizione di minima sfasatura. Acton-VVA-05/07 10/48

11 Fig Variatore elettrocomandato in condizione di sfasatura massima. La possibilità di controllare la fasatura mediante un sistema elettronico che poteva far seguire al sistema tutti i valori più opportuni per ogni regime di rotazione non soltanto risolse le esigenze legate alla eccessiva emissione di inquinanti alle velocità medio-basse, ma anche risolse (almeno parzialmente) alcuni problemi di stabilità legati alla realizzazione meccanica del variatore. Ne seguì quindi l'adozione del nuovo variatore su tutta una serie di modelli della Casa costruttrice. Con i successivi sviluppi sia della parte meccanica che di quella elettronica, il variatore subì modifiche nella sua configurazione complessiva, mentre rimase inalterato il concetto del suo funzionamento. Per ottenere maggiore libertà nella sua sistemazione, fu separata meccanicamente la valvola di controllo dell'olio dal corpo del vero e proprio variatore, ottenendo anche una riduzione dell'ingombro longitudinale del motore. In altri termini si separò anche meccanicamente (oltre che elettronicamente) tutta la parte destinata a fornire i segnali destinati al controllo della posizione del variatore dal gruppo meccanico che divenne il vero e proprio "attuatore" della fasatura del motore. In fig. 2.5 viene riportata una illustrazione di una delle soluzioni adottate per la sistemazione del sistema di controllo elettro-idraulico e del sistema idro-meccanico che fu ampiamente adottato su molti modelli della Casa. Acton-VVA-05/07 11/48

12 Fig Sistemazione del servomeccanismo elettro-idraulico separato dal variatore di fase. Fig Esempio di sistemazione di variatori di fase su entrambi gli alberi a camme. Acton-VVA-05/07 12/48

13 L'Alfa Romeo ha adottato il sistemo di controllo e regolazione della fasatura degli alberi a camma sia sul solo albero delle camme di aspirazione, che - in altri modelli - su entrambi gli alberi a camme di cui tradizionalmente sono stati sempre dotati i suoi motori. La Fig. 2.6 dà una idea della sistemazione dei variatori su entrambi gli alberi Con queste sue applicazioni Alfa Romeo può ben dirsi la prima Casa costruttrice ad utilizzare il sistema di controllo degli alberi a camme sulle produzioni di serie. Il principio utilizzato è stato successivamente adottato da altre Case che lo hanno montato anche su motori destinati a vetture di più ampia produzione. Bibliografia on-line 1) 2) 3) stall.n2.net/ 4) Figure le figg. 2.1, 2.2, 2.3, 2.3 sono rielaborazioni da 1) le figg. 2.5, 2.6 sono rielaborazioni da 3) Acton-VVA-05/07 13/48

14 3 - DISTRIBUZIONE "VTEC" DELLA HONDA La Casa giapponese Honda è stata tra le prime a studiare ed applicare sistemi di controllo della fasatura nei motori a combustione interna alternativi montati su autovetture applicandoli inizialmente su auto da rally - seguendo quindi una scelta che anche altre Case stavano sperimentando - per le quali i vantaggi che si potevano ottenere sulle caratteristiche di potenza e di coppia ben ricompensavano i maggiori costi costruttivi e dove la riduzione di affidabilità rispetto ai sistemi tradizionali di distribuzione era accettabile grazie ai limitati periodi di funzionamento dei motori. Ma la Casa giapponese, che alla fine degli anni '90 stava iniziando una azione di inserimento della sua produzione nel mercato statunitense, ritenne possibile sfruttare l'esperienza accumulata nel campo sportivo dotando alcune serie di vetture da turismo di distribuzione a fasatura variabile allo scopo di utilizzare le loro migliori caratteristiche non soltanto per presentare in quel mercato auto con motori brillanti (relativamente alle cilindrate adottate), ma anche - ed ancor più - per ottenere un livello di emissioni particolarmente ridotto e ben allineato alle richieste sempre più stringenti che le autorità locali stavano man mano mettendo a punto. Se le scelte iniziali adottate da Honda per il controllo della distribuzione dei motori erano state dettate pragmaticamente da soluzioni che consentivano una regolazione limitata a fronte di una realizzazione costruttiva semplice e "robusta", i sistemi messi a punto erano potenzialmente in grado di miglioramenti sensibili man mano che l'aspetto costruttivo ed i sistemi di controllo fossero in grado di permetterli. E questo approccio estremamente pratico è ben messo in evidenza dai successivi sistemi messi sul mercato, la cui scelta della Casa nel tempo è strettamente legata alle esigenze pratiche dei motori che si intendeva utilizzare, indipendentemente da un continuo "miglioramento" delle caratteristiche ottenibili dal motore. In altre parole la Honda ha utilizzato i suoi sistemi con le normali procedure che l'industria segue in funzione delle richieste del mercato con prodotti che si ritengono in ogni caso del tutto affidabili, senza far affidamento a sollecitazioni di tipo "sportivo" o "avveniristico". In ciò che segue si espone una stringata e semplice esposizione delle soluzioni che la Casa ha successivamente adottato, riportando anche schemi e disegni pubblicati dalla Honda e/o da tecnici che hanno già ampiamente trattato questo argomento, cercando di mettere in evidenza i punti essenziali su cui si basa il loro funzionamento, che non sempre è riferito chiaramente nella letteratura a disposizione. Tutti i sistemi di distribuzione a fasatura variabile della Honda hanno preso spunto dal cosiddetto VTEC (Variable Timing Electronic Control) che è il primo sistema introdotto in costruzioni di serie da Honda per variare il diagramma di distribuzione di un motore alternativo a combustione interna in funzione delle velocità di rotazione. Dopo le prime applicazioni ( ) offerte sul mercato giapponese per motori particolarmente spinti (montati generalmente su auto da rally), l affidabilità dimostrata dal sistema scelto indusse la Casa alla sua applicazione su vetture di serie (Civic) vendute in USA e Canada, nelle quali si ottenne un buon incremento della potenza agli alti regimi ed ottimi consumi alle velocità intermedie, con indubbi vantaggi anche dal punto di vista dell'inquinamento. Il primo sistema VTEC utilizzato da Honda permetteva la disponibilità di due diversi diagrammi di distribuzione, ottimizzati rispettivamente per le basse/medie velocità di rotazione e per le alte velocità, che entravano in azione mediante un servomeccanismo asservito alla pressione dell olio di lubrificazione. Acton-VVA-05/07 14/48

15 Il principio di funzionamento di questo sistema si può sinteticamente descrivere come segue (vedi lo schizzo di fig. 3.1). Fig Schema di principio del VTEC adottato da Honda. Sull albero a camme per ogni valvola che si vuole controllare sono montate due camme, una per la marcia per i regimi bassi e l altra per i regimi alti. Le due camme agiscono su due diversi bilancieri affiancati: di questi quello che ad una estremità si appoggia sulla camma per i regimi bassi dall altra agisce direttamente sulla valvola controllata (e quindi dotata di molla di richiamo). L'altro bilanciere che subisce l azione della camma per i regimi alti oscilla liberamente, richiamato al contatto della camma da apposita molla. Nello spessore del bilanciere della camma bassa è ricavato un cilindretto in cui è inserito un pistoncino metallico, che in stato di "riposo" rimane nello spessore del bilanciere: una adeguata pressione dell olio lubrificante (che perviene al bilanciere attraverso l'asse su cui oscilla) può spingere il pistoncino a sporgere dalla parete laterale del bilanciere stesso ed inserirsi in un apposito incavo ricavato sulla parete laterale del bilanciere della camma alta, che è ad esso affiancato. Il funzionamento è semplice. Alle basse/medie velocità la pressione dell olio è bassa, il pistoncino viene trattenuto all'interno del cilindretto ricavato nel bilanciere della camma bassa e quindi questi opera direttamente sulla valvola con i parametri della camma su cui si appoggia, mentre l altro bilanciere si muove a vuoto. Quando all aumentare della velocità di rotazione la pressione dell'olio raggiunge un determinato valore, il pistoncino presente sul bilanciere della camma bassa fuoriesce lateralmente Acton-VVA-05/07 15/48

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