Il sistema di fasatura variabile della distribuzione è uno degli elementi fondamentali per le automobili moderne. Nato sul finire degli anni 70 per merito di Alfa Romeo con l’intendo di migliorare la curva di coppia del motore 1750cc, oggi viene usato non solo per variare l’alzata della valvole di aspirazione ma anche quelle allo scarico.

Lo scopo è avere una curva di coppia il più omogenea possibile, sfruttabile sia ai bassi e medi regimi che al massimo carico. Inoltre, il controllo della fasatura variabile allo scarico serve per controllare l’azione del turbo. In questo modo si garantisce il corretto volume di aria all’aspirazione per una combustione ottimale.

Sfruttando l’alzata variabile di valvole di aspirazione e scarico si ottengono motori che superano i 100cv/litro con un’ erogazione di potenza lineare e consumi specifici nettamente migliori che in passato. Il carattere cattivo da calcio nella schiena, purtroppo o per fortuna è un lontano ricordo.

Il variatore di fase Alfa Romeo

Il capostipite. Il sistema consentiva di variare l’angolo dell’albero a camme di 20°, ma ad oggi si è giunti anche ad un valore di rotazione fino a 60°e con diversi regimi regime di rotazione piuttosto che uno prefissato come in origine

Un elemento fissato sulla puleggia dell’albero a camme viene comandato dalla distribuzione scorrendo su un profilo a millerighe. Una scalanatura elicoidale gli permette di ruotare mentre varia la sua posizione. Di conseguenza, anche l’albero a camme ad esso collegato cambia il suo angolo cambiando la posizione della camma e l’alzata della valvola di aspirazione.

Successivamente si è passati ad un azionamento elettroidraulico del modulo di comando variando la pressione dell’olio attraverso una elettrovalvola. L’ultima evoluzione ha visto l’utilizzo di un motorino elettrico per il controllo della pressione dell’olio assicurando una maggiore precisione. La variazione dell’angolo della albero a camme può avvenire anche a regimi diversi in modo continuo con conseguente migliore controllo della fasatura.

Oggi la quasi totalità dei motori di tutti i costruttori utilizza un variatore di fase abbinato anche a condotti di aspirazione a geometria variabile. Infine è diventato una parte importante dei sistemi di controllo dell’alzata variabile delle valvole senza l’utilizzo della valvola a farfalla.

Toyota VVT-I

Variable Valve Timing è molto simile al sistema Alfa Romeo. Un comando idraulico a controllo elettronico permette la variazione fino a  60° dell’albero a camme attraverso un sistema ad elica.

Viene utilizzato sia per l’aspirazione che per lo scarico che rimane ad azionamento idraulico. La gestione elettronica consente un controllo più preciso dell’alzata delle valvole di aspirazione migliorando la fase di riempimento della miscela migliorando il rapporto consumi/prestazioni. 

Il VVT-I può anticipare e ritardare la fasatura dell’albero a camme sfruttando la diversa rotazione del motore elettrico rispetto all’albero a camme collegato alla rotazione dell’albero motore.

L’Honda VTEC 

E’ un sistema che dispone di due profili delle camme distinti. Uno è utilizzato per i regimi bassi e uno per quelli più alti. Quando viene superato un determinato regime, un solenoide apre una valvola che spinge un perno permettendo ai due bilancieri di essere solidali tra loro.

In questa condizione un terzo profilo, più spinto, agisce sulle valvole aumentando l’alzata permettendo un aumento di potenza. Diversamente, quando è in azione il profilo meno performante si determina un miglioramento dell’erogazione a bassi e medi regimi.

Questo sistema ha consentito ad Honda di sfruttate un ampiezza di giri che consente di arrivare a 9000 giri/minuto con una curva di coppia molto lineare. Nel corso degli anni il sistema si è evoluto in VTEC-E. Le camme per l’azionamento delle valvole ai bassi regimi assumevano un diverso angolo tra loro.

In questo modo si ottiene una diversa apertura a parità di angolo dell’albero a camme che genera una turbolenza in ingesso della miscela che migliorava la combustione. Ai regimi intermedi il VTEC-E continua a funzionare con le classiche due logiche di funzionamento del VTEC tradizionale migliorando i consumi a carchi parziali e l’allungo agli alti regimi.

Abbinando anche la rotazione dell’albero come nei variatori di fase classici, consente di usare miscele più magre del classico rapporto stechiometrico.

Mitsubishi MIVEC

Diversamente da Honda Il profilo della camma è unico ed aziona un bilanciere che agisce cambiando la posizione sulle punterie. A bassi regimi le camme hanno un azione diretta sul bilanciere. All’aumentare dei giri un leveraggio mosso attraverso un attuatore elettroidraulico si interpone tra la camma ed il bilanciere cambiando l’alzata della valvola variando la fasatura.

La gestione elettronica consente al MIVEC di essere usato sia per le alte prestazioni che per abbassare i consumi utilizzando logiche di alzata variabile.

Perfetto per il ciclo Atkinson -Miller

I sistemi Toyota VVT-I, Honda i-VTEC e Mitsubishi MIVEC , sfruttano la gestione dell’alzata delle valvole di aspirazione per consentire la chiusura posticipata della stessa. In questo caso il rapporto di compressione diventa variabile applicando il ciclo Atkinson. Tutti i propulsori giapponesi che utilizzano tale ciclo i combustione vengono abbinati ai sistemi ibridi.

Nel caso del Gruppo Volkswagen si usa il ciclo Miller. Per ottenere il movimento variabile delle valvole per gestire il rapporto di compressione attraverso il sistema Audi Valvelift. Un sistema complesso che prevede un manicotto con doppio profilo di camma che so sposta sull’albero a camme a seconda della necessità dettata dal controllo elettronico.

Porsche Vario Cam, e Vario Cam Plus.

Varia la tensione della catena di distribuzione per far scorrere il modulo cambiando l’angolo dell’albero a camme. Il Vario Cam Plus aggiunge anche due diversi profili delle camme che agiscono sulle punterie. Inoltre, all’interno delle punterie avviene una variazione di pressione idraulica dell’olio che produce un’alzata variabile delle valvole.

BMW Doppio VANOS e Valvetronic

Il primo consente la rotazione dell’albero a camme in tre diverse posizioni a seconda del numero di giri. Il Doppio VANOS consente una rotazione continuativa tenendo conto anche della posizione dell’acceleratore. Il sistema agisce, come sul Vario Cam Porsche, sulla tensione della catena attraverso un pistoncino idraulico comandato elettronicamente.

Il Valetronic è uno dei primi sistemi di controllo continuo dell’alzata delle valvole. Un comando elettromeccanico consente di variare l’alzata delle valvole indipendentemente dalla posizione dell’albero a camme.

Un motorino elettrico muove una vite senza fine su cui viene calettato un ingranaggio eccentrico. Al ruotare di quest’ultimo si produce lo spostamento della posizione del bilanciere sulla punteria variando l’alzata della valvola in modo continuo.

Il vantaggio di tale sistema sistema è quella di poter fare a meno della presenza della valvola a farfalla per regolare l’afflusso d’aria all’aspirazione. In questo modo si riducono le perdita di carico dovute alla fluidodinamica dell’aria aspirata dal motore.

FIAT Multiair.

La punteria è costituita da due elementi rigidi collegati tramite un pompante contenente olio dotato di una valvola controllata da un sistema elettronico indipendente.

A seconda dell’apertura o chiusura della valvola, l’olio permette un determinato movimento alla punteria. Una molla di richiamo ne consente la sua chiusura seguendo il profilo della camma.

A seconda della posizione dell’acceleratore, la valvola apre cambiando la pressione dell’olio nella punteria che varia l’apertura della valvola di aspirazione. Ai massimi carichi la valvola di controllo si richiuderà permettendo di utilizzare il profilo rimanente della camma. In ogni caso non si riesce a riguadagnare la corsa originale per via della già avvenuta fuoriuscita dell’olio che ha già variato parte dell’alzata.

I tecnici FIAT hanno ottenuto in modo semplice ed economico il controllo completo dell’alzata della valvole. Si può intervenire sia su quelle di aspirazione che cosa molto importante anche allo scarico eliminando la valvola a farfalla.

Soluzioni di altri costruttori

Mazda S-VL si differenzia per la rotazione dell’angolo dell’albero a camme ottenuta attraverso un diverso sistema di gestione della pressione idraulica per muovere il meccanismo che ruota l’albero.

Nissan VVL e Subaru AVLS usano entrambi sistemi simili al sistema VTEC Honda. In particolare Nissan è stata una delle prime ad utilizzarlo anche per lo scarico, variando i giri in cui interviene differenziando rispetto all’aspirazione.

L’aiuto dei produttori di componenti.

La BorgWarner ha sviluppato sistemi per la fasatura variabile che hanno dalla loro la forza di essere versatili ed adattabili ad ogni produttore. L’azionamento è simile al sistema di BMW e Porsche agendo sulla tensione della catena. Questo lo rende semplice e versatile. In più si possono sviluppare sistemi di controllo continuo dell’alzata delle valvole in funzione della necessità dei singoli produttori limitando costi di progettazione.

Daniele Amore

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