RIPARAZIONE COLLETTORE DI ASPIRAZIONE

Come sappiamo tutti, il motore lavora a differenti regimi di rotazione, ed ogni regime necessiterebbe di una determinata velocità del flusso di aria, per avere il corretto riempimento dei cilindri.

Dal tentativo di aumentare la flessibilità del motore ai diversi regimi, nasce quindi l’idea di sviluppare collettori variabili (Variable Intake Manifold – VIM), realizzati in maniera tale da poter assumere diverse configurazioni d’aspirazione in funzione delle velocità di rotazione del motore.
Come principio, è simile a quello delle valvole ad alzata variabile (Variable Valve Timing – VVT), ma la realizzazione è molto più economica in quanto richiede pochi componenti realizzati in pressocolata o in plastica e semplici valvole elettriche.
Questa è la ragione per cui, sono stati i primi sistemi utilizzati, almeno fino a quando la tecnologia delle valvole ad alzata variabile è diventata più accessibile a livello di costi

Pur essendo economici, i VIM vengono utilizzati sempre meno nei motori sovralimentati:
la sovralimentazione meccanica o fluidodinamica (turbo) fornisce una forte compressione dell’aria in ingresso nella camera di combustione, per cui il piccolo contributo che può essere apportato dai VIM non giustifica il loro costo di realizzazione (tra le poche eccezioni, una delle più famose è il motore 2.0 TFSI Volkswagen).
Al contrario, il loro impiego può essere interessante nei motori non sovralimentati sui quali sono stati largamente utilizzati a partire dall'inizio degli anni ’90.

Il tipo più comune di VIM è quello a lunghezza variabile (Variable Length Intake Manifold – VLIM),

Si tratta di una tecnologia tutt’altro che nuova, sviluppata da Mercedes per la vettura vincitrice del mondiale di F1 1954 ed adottata immediatamente sulla produzione di serie sulla 300SL nel 1955, la famosa “Gullwing” la Ali di Gabbiano.
Nello specifico, questa vettura era una vera e propria F1 su strada, avendo un motore 8 cilindri in linea di 3 litri, derivato dal motore di F1, con distribuzione desmodromica e iniezione meccanica del carburante. Il massimo della tecnica motoristica del tempo

Prima di questa data si era convinti che i collettori d’aspirazione corti fossero la soluzione migliore per gestire le "pulsazioni" del motore.
Successivamente si è scoperto che, in particolari condizioni di esercizio, condotti più lunghi sono in grado di migliorare le prestazioni attraverso un sistema dinamico chiamato “effetto sovralimentante”.

In questo schema proviamo a riprodurre in maniera grafica, la propagazione dell’onda di pressione all’interno del collettore di aspirazione.
Quando l’aria fresca viene aspirata nella camera di combustione acquista velocità e momento d’inerzia all’interno del canale d’aspirazione. Nell’istante in cui la valvola di aspirazione si chiude, l’aria fresca in veloce movimento, impattandovi, la comprime e genera un considerevole aumento della pressione.
Non avendo vie di fuga alternative, l’onda di pressione rimbalza e risale lungo il collettore fino a collidere con la sovrappressione che troverà nel plenum, il polmone presente all’estremità opposta per poi rimbalzare nuovamente verso la camera di combustione. Si viene così a creare una propagazione d’onda pressoria lungo l’intero collettore d’aspirazione fino a quando la valvola di aspirazione non si riapre. Si generano con questo meccanismo le cosiddette “onde di pressione pulsanti”.

L’aspetto interessante è che il fenomeno descritto può essere sfruttato per avere una piccola sovralimentazione dell’aria in ingresso: se la valvola si apre nel momento esatto in cui l’onda di pressione arriva in prossimità della sezione d’ingresso della camera di combustione, questa può aiutare il sistema di aspirazione a far entrare più aria per arricchire la miscela generando un “effetto sovralimentante”.

Un sistema di questo tipo non sarebbe poi così diverso dall’installare un piccolo compressore, con la differenza che il costo è praticamente nullo perché si sfrutta un fenomeno naturale.
Per sfruttarlo appieno è importante dettare i tempi di apertura e chiusura della valvola in funzione della frequenza dell’onda di pressione, la quale, per evidenti necessità, deve essere sincronizzata con le variazioni di velocità del motore. Tale frequenza dipende fortemente dalla lunghezza del collettore d’aspirazione: più è lungo, più tempo impiegherà l’onda a tornare verso la valvola e di conseguenza la sua frequenza sarà più bassa.
Per queste ragioni un collettore d’aspirazione più lungo favorisce l’effetto sovralimentante quando il motore lavora a bassi regimi, mentre uno più corto favorisce le condizioni più accelerate.

Questa tecnica ha avuto un impulso sul finire degli anni 80, inizio anni 90, grazie allo sviluppo dell’elettronica, in grado di gestire gli attuatori che grazie a delle paratie interne modificavano la lunghezza dei condotti, normalmente come on-off, ossia solo in versione lunga o corta, senza vie di mezzo.

Un ulteriore passo avanti è stato compiuto a cavallo dell’anno 2000 da Audi con il suo 4.2L V8 dotato di un sistema di aspirazione a tre stadi che, grazie alla presenza di due paratie interne, gestite elettronicamente e secondo una strategia ben definita dalla centralina motore, era capace di modulare la lunghezza delle tubazioni in tre misure differenti rispettivamente per i bassi, medi ed alti regimi. L’introduzione del terzo stadio ha consentito di gestire al meglio la coppia di trazione durante l’intero intervallo di funzionamento del motore apportando evidenti benefici alle prestazioni complessive della macchina

I VLIM hanno raggiunto l’apice del successo nel 2010 con il motore MERCEDES AMG 6.3L V8 aspirato.
Le sue caratteristiche principali furono le sezioni di passaggio più ampie, il design aerodinamico e l’allineamento verticale di tutti i condotti (disposizione spesso adottata nel mondo delle corse). I collettori, realizzati in magnesio, dispongono di due valvole a farfalla disposte in parallelo che intervengono sull’aspirazione ottimizzando le frequenze delle onde pressorie alle 32 valvole ospitate dalle teste dei cilindri, ottimizzando la performance sia in termini di potenza massima (oltre 500 cv) che in termini di curva di erogazione di coppia.

Diversi motori turbodiesel di recente costruzione sono dotati invece di valvole a farfalla comandate da una pompa del vuoto o da un attuatore elettronico.
L’argomento è molto interessante dal punto di vista tecnico. Il collettore di aspirazione è dotato di farfalle di turbolenza incorporate all’interno dei condotti: questo meccanismo di turbolenza, o swirl, come spesso viene indicato,  è posizionato sull’ultimo tratto di tali condotti, quindi a ridosso della testata, il più vicino possibile alle valvole di aspirazione, ed ha lo scopo di ottimizzare la turbolenza dell’aria in ingresso nei cilindri ai bassi regimi di rotazione e di favorire anche l’azione di ricircolo dei gas di scarico.
Inoltre, quando si procede allo spegnimento del motore, le valvole a farfalla si chiudono completamente allo scopo di smorzare le vibrazioni.
Questi collettori però vanno incontro a dei problemi, causati principalmente dalla ri-immissione in camera di scoppio dei gas di scarico provenienti dall’EGR.
Questi gas, carichi di particolato, con il tempo, tendono ad intasare il collettore ed a bloccare le valvole a farfalle, causando il guasto dell’attuatore.
Ad esempio, se le farfalle si bloccano in posizione di chiusura il motore non si avvia più e si può temere il peggio anche quando in realtà il problema è piuttosto banale.
Se invece queste si bloccano in posizione di completa apertura, il motore non sembra avere problemi, tuttavia allo spegnimento vibra più del solito e si può pensare che ci siano problemi con i supporti motore o, persino, con il volano…