I motori a Due Tempi alla riscossa
Punti chiave
Qualcuno pensava forse che fossero ormai moribondi, spinti verso l’estinzione da norme anti-inquinamento sempre più severe. Beh, sembra che non sia proprio così perché c’è stato chi ha continuato a credere ai due tempi e a investire nel loro sviluppo.
In particolare spicca l’impegno dei due grandi costruttori austriaci che sono riusciti a realizzare dei motori a iniezione in grado di rientrare nei limiti di emissione attualmente in vigore.
Prima di parlarne, sembra opportuno sintetizzare rapidamente i pro e i contro dei 2T e le ragioni che hanno portato a una generalizzata perdita di interesse nei loro confronti da parte di tante grandi case.
Nei motori di questo tipo il ciclo di funzionamento si svolge in un solo giro dell’albero a gomito e non in due come nei 4T. La grande semplicità costruttiva (niente organi della distribuzione, testa costituita da un semplice coperchio del cilindro) determina costi di fabbricazione contenuti, una grande compattezza e un peso ridotto. A questo si aggiunge la possibilità di ottenere altissime potenze specifiche (ben 400 CV/litro nei moto da Gran Premio!). Questo è possibile perché, a parità di regime di rotazione, nell’unità di tempo in ciascun cilindro di un 2T ha luogo un numero doppio di fasi utili, rispetto a un 4T. E inoltre perché lo scarico si comporta come un vero e proprio sovralimentatore a onde di pressione.
Efficienza ma anche limiti
Il rovescio della medaglia è costituito dal fatto che nei due tempi il lavaggio è molto scadente. Una cospicua quantità di miscela aria-benzina viene persa perché fuoriesce dal cilindro attraverso la luce di scarico. Questa luce inizia ad aprirsi con un notevole anticipo rispetto a quelle di travaso e finisce di chiudersi con un analogo ritardo.
La carica fresca proveniente dal carter-pompa entra dunque nel cilindro mentre la luce di scarico è aperta. L’idea sarebbe quella di sostituire completamente i gas combusti all’interno del cilindro spingendoli fuori con un vero e proprio “pistone fluido”, ma tale situazione ideale è assai lontana da ciò che si verifica nella realtà. Questo si traduce in consumi specifici elevatissimi e in forti emissioni di idrocarburi. Per quanto riguarda queste ultime, la situazione è peggiorata dalla lubrificazione, che nei due tempi è del tipo a perdita e non a circolazione di olio.
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Per eliminare i principali punti deboli dei 2T occorre dunque effettuare il lavaggio con aria e non con miscela aria-carburante. In altre parole, bisogna fare ricorso a un efficiente sistema di iniezione diretta. Idealmente la benzina dovrebbe essere immessa nel cilindro quando il pistone, salendo verso il punto morto superiore, ha già chiuso la luce di scarico. In questo caso ci sono difficoltà tecniche di notevole portata da superare, legate principalmente al ridottissimo tempo a disposizione per immettere il carburante e farlo miscelare come opportuno con la massa di aria presente nel cilindro.
Inoltre, i costi tendono a non essere tanto contenuti (in particolare per via dei sofisticati iniettori che occorre impiegare). Hanno lavorato in questa direzione fior di costruttori, alcuni dei quali hanno ipotizzato un impiego automobilistico per i motori a due tempi. Va ricordato il famoso sistema Orbital, con iniezione pneumoassistita, che a suo tempo è stato provato anche dalla Fiat e dalla Ford.
Tornando al settore delle due ruote, alcuni anni fa l’Aprilia ha realizzato il sistema DiTech, che ha impiegato in alcuni suoi motori (non di tipo particolarmente sportivo). Funzionava ma non so dire se abbia dato luogo a problemi, in particolare nel lungo termine. E comunque non appariva adatto a regimi di rotazione molto elevati e aumentava i costi e la complessità.
Da qualche tempo la Rotax ha in produzione eccellenti motori per motoslitte dotati di un raffinato sistema di iniezione diretta a gestione elettronica (da lei stessa sviluppato). Poco dopo la sua apparizione il sistema, denominato E-Tec, è stato adottato anche nei settori delle moto d’acqua e dei fuoribordo.
Come risolvere il problema
Per semplificare le cose e per contenere i costi, alcuni tecnici hanno pensato ad altri sistemi di iniezione, sempre in grado di immettere il carburante nel cilindro evitando però che esso possa fuoriuscire allo scarico. Sono state così adottate basse pressioni di iniezione e sono stati impiegati gli stessi iniettori dei motori automobilistici a iniezione indiretta. La chiave in questo caso è la disposizione di questi componenti, alla quale si aggiungono l’orientamento del getto e un accurato studio della fasatura di iniezione.
Di particolare interesse è il brevetto del prof. Nino, utilizzato dalla Athena con ottimi risultati, nel quale il getto di carburante è fortemente inclinato verso l’alto e l’iniettore è posto all’interno di un condotto di travaso e quindi non è a diretto contatto con i gas ad alta temperatura e ad elevata pressione durante la combustione e l’espansione.
L’iniezione avviene quando la luce di scarico è ancora aperta, ma l’orientamento del getto di benzina polverizzata e il percorso che la corrente gassosa deve compiere per arrivare alla luce in questione sono tali da ridurre comunque drasticamente la fuoriuscita di carburante dal cilindro.
Decisamente innovativa è la soluzione scelta dalla KTM per i suoi recentissimi motori di 250 e 300 cm3. Prevede due iniettori rivolti verso il basso e montati nei due travasi laterali posteriori. I getti di benzina vengono così indirizzati “controcorrente” e l’iniezione può in un certo senso essere considerata pneumoassistita, data l’elevata velocità dell’aria nei condotti in questione, che aiuta vigorosamente la polverizzazione del carburante, oltre a provvedere al suo trasporto.
Il sistema è chiamato TPI (Transfer Port Injection) e consente ai due motori di rispettare le odierne norme anti-inquinamento Euro 4. Ne parleremo prossimamente con maggiore dettaglio.
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