Motori ad alte prestazioni: flussi e non solo

Le sezioni geometriche a disposizione dell’aria (o meglio, della miscela aria-carburante) durante la fase di aspirazione e dei gas combusti durante quella di scarico sono quella del condotto e quella tra il fungo valvola e la sede. Quest’ultima varia al cambiare della alzata e quando supera un determinato valore non è più il fattore limitante, per quanto riguarda la respirazione del motore.

Le sezioni geometriche però non sono tutto! Bisogna anche vedere come vengono utilizzate. Entra cioè in gioco il coefficiente di efflusso.

Condotti che hanno lo stesso diametro (e quindi eguali sezioni di passaggio) possono avere coefficienti di efflusso diversi. In altre parole, con eguali differenze di pressione tra ingresso e uscita, possono lasciare passare differenti volumi di gas nell’unità di tempo. Ciò può essere dovuto a una diversa geometria, come ad esempio una differente curvatura nella parte finale (a ridosso della sede).

Il coefficiente di efflusso è il rapporto tra due portate, misurate nelle stesse condizioni di prova. Si tratta cioè del rapporto tra quanto passa effettivamente e quanto dovrebbe passare teoricamente.

Di due condotti con eguale diametro, ha un miglior coefficiente di efflusso quello che “utilizza” meglio la sezione geometrica disponibile.

Nel nostro caso i condotti iniziano dalla presa d’aria e terminano in corrispondenza della sede valvola, a valle della quale c’è la camera di combustione.

Dunque, è opportuno riferire il coefficiente di efflusso non alla semplice luce di passaggio (cioè alla sezione ristretta) ma all’insieme che dalla trombetta porta al cilindro. È per questa ragione che al banco di flussaggio (strumento indispensabile per conoscere il coefficiente in questione) la testa viene montata su di un tubo che simula esattamente il cilindro e inoltre ad essa viene fissata la parte iniziale del condotto completa di corpo farfallato e trombetta di aspirazione.

Naturalmente ogni elemento, ovvero ogni singola parte, può essere flussato separatamente. Ad esempio, si possono così provare diverse curvature del margine della trombetta, differenti tipi di valvole del gas, eccetera.

Il condotto come ovvio deve avere un andamento quanto più rettilineo possibile. La parte terminale però presenta inevitabilmente una curvatura subito prima della sede della valvola, e ai fini del flusso è opportuno ridurla al minimo. I gas hanno una massa e seguono quindi le leggi dell’inerzia. Di conseguenza se a un certo punto il condotto si distacca dalla rettilineità, tendono a continuare ad andar dritti.
Non solo la curvatura determina una perdita di carico ma fa “concentrare” il gas nella zona esterna. È per questa ragione che una parte della valvola (quella verso il centro del cilindro) lavora meglio dell’altra; la maggior parte della miscela aria-benzina passa da lì mentre ben poca passa dalla parte opposta. Questo significa che non tutto il passaggio tra fungo e sede viene utilizzato allo stesso modo, ai fini del flusso gassoso!

L’angolo tra il condotto e l’asse della valvola è quindi molto importante. Al suo diminuire infatti la curvatura della parte terminale del condotto stesso diventa meno accentuata. Ci si avvicina cioè maggiormente alla rettilineità.
Al suo crescere invece il coefficiente di efflusso del sistema condotto-valvola peggiora.

In passato i condotti di aspirazione dei motori da competizione spesso erano a 90° o quasi rispetto all’asse del cilindro e la loro parte terminale presentava una curvatura molto accentuata. Con il passare degli anni l’angolo tra asse condotto e asse valvola è diminuito fortemente e ciò ha contribuito in misura assai significativa al miglioramento della respirazione dei motori (in particolare agli alti regimi) e quindi all’incremento delle prestazioni.