Come potenziare l'aria che entra nel motore, senza compressore

Sep 11, 2023

Aprire il cofano di una nuova Mercedes-Benz 300SL Gullwing deve essere stata una vera esperienza per la maggior parte degli appassionati degli anni Cinquanta. Per cominciare, il sei cilindri in linea da 3,0 litri era inclinato con un angolo di cinquanta gradi. Sopra la massa, un enorme collettore di aspirazione in alluminio pressofuso senza carburatore in vista. I lunghi canali di aspirazione della Gullwing sembravano diversi da qualsiasi altra cosa usata all'epoca e fungevano da indicatore di direzione per i motori a combustione interna ad alte prestazioni.

Nel collettore di aspirazione di un'auto, l'aria entra a pressione atmosferica, correndo verso le valvole di aspirazione a una velocità incredibile. Ma quando le valvole di aspirazione si chiudono completamente, l’aria che scorre raggiunge un vicolo cieco e rimbalza indietro, creando un’onda di pressione. Se cronometri la frequenza di quest'onda e la tempistica delle valvole nel modo giusto, puoi far sì che quest'onda di pressione si diriga verso la valvola di aspirazione proprio mentre si apre. Ciò consente all'aria immessa nella camera di combustione di pressurizzarsi oltre la pressione atmosferica. Quella pressione non è molto più alta, ma è sufficiente per creare un effetto di "sovralimentazione", migliorando l'efficienza volumetrica della testa.

Con un condotto di aspirazione corto, l'onda di pressione sulla valvola di aspirazione rimbalza avanti e indietro ad alta frequenza, offrendo questo effetto di sovralimentazione quando il numero di giri del motore aumenta. Con un corridore più lungo, l'onda di pressione deve percorrere una distanza maggiore, creando un impulso d'aria a frequenza più bassa.

"Fondamentalmente, più lungo produce più potenza di fascia bassa, e più corto produce più potenza di fascia alta", afferma Steve Dinan, preparatore automobilistico e ingegnere di gara europeo e BMW di lunga data. "Il motivo è che a regimi più alti si ha meno tempo [perché un impulso di aria pressurizzata arrivi alla valvola a chiusura rapida]. Quindi è necessario accorciare il collettore di aspirazione in modo che l'impulso possa arrivare lì." Secondo Autozine, i corridori della 300SL sono stati a lungo pronti ad aiutare con la potenza di fascia bassa. (Ricordate che questo era un adattamento del "sei" da 3,0 litri della grande berlina Mercedes, non un modello da corsa ad alti regimi.)

Se si desidera sfruttare l'effetto di sovralimentazione su una gamma più ampia di regimi del motore, idealmente sono necessari canali di aspirazione di diverse lunghezze. La Mercedes ricevette un brevetto negli anni Cinquanta per un sistema di collettori di aspirazione a lunghezza variabile e nel numero di maggio 1966 di Road & Track descrivemmo in dettaglio una serie di sistemi di aspirazione sperimentali a lunghezza variabile. Fu solo a partire dagli anni Ottanta, però, che le case automobilistiche iniziarono ad utilizzare collettori di aspirazione a lunghezza variabile.

Un ottimo primo esempio è la Porsche 928 S4. Al di sotto dei 3500 giri al minuto, il V-8 da 5,0 litri veniva alimentato attraverso un tratto di aspirazione più lungo. Al di sopra dei 3500 giri al minuto, e a seconda della posizione dell'acceleratore, una valvola a farfalla azionata dal vuoto si apriva e il motore respirava attraverso un tratto più breve. Ciò ha dato alla 928 S4 almeno 300 lb-ft di coppia tra 2700 e 4500 giri al minuto. Porsche ha fatto qualcosa di simile con la 911 di generazione 964, anche se invece di utilizzare guide di diversa lunghezza, ha utilizzato tubi di diverso diametro che collegavano i plenum sopra ciascuna bancata dei cilindri. Questi tubi producevano risonanze diverse che contribuivano ad aumentare la potenza in diversi punti della fascia di potenza.

Per una delle ultime iterazioni del suo flat-six raffreddato ad aria, la 911 Carrera del 1996 ricevette un nuovo sistema di aspirazione chiamato Varioram, che combinava il sistema di risonanza Porsche con tubi di diverse lunghezze. Ciò offriva al motore tre diverse modalità di aspirazione. Al di sotto dei 5000 giri il motore respira attraverso tubi più lunghi; Sopra i 5000 giri il motore passa a tubi più corti e si apre una valvola per riempire il sistema di risonanza; Sopra i 5800 giri/min, il sistema di risonanza si apre per fornire ancora più aria ai cilindri. Come ha notato Paul Frere nella sua storia totemica della Porsche 911, Varioram prevedeva un significativo aumento di coppia ai medi regimi, ma il sistema era complesso. Porsche abbandonò Varioram insieme al passaggio ai flat-six raffreddati ad acqua. I flat-six M96 e M97 apparsi sulle 911 delle generazioni 996 e 997 e sulle Boxster/Cayman delle generazioni 986 e 987 utilizzavano un sistema di aspirazione a risonanza con solo due tubi di diversa lunghezza, che collegavano i due plenum.