In questo articolo analizzeremo un componente che fino allo scorso campionato era vietato e che da quest’anno è possibile utilizzare: stiamo parlando dei tromboncini di aspirazione a geometria variabile, conosciute anche come cornetti d’aspirazione ad altezza variabile.
Prima di capire cosa sono e come funzionano, descriveremo il fenomeno su cui si basano, ovvero le onde e il loro movimento. Senza soffermarsi in questa fase su quale sia l’origine dell’onda diciamo che esse sono in generale onde di pressione in particolare possiamo schematizzare due tipi di onde di pressione: onda di compressione e onda di depressione, entrambe possono muoversi in un mezzo che nel nostro caso sarà l’aria e seguendo un percorso ovvero un condotto che nel nostro caso sarà la trombetta d’aspirazione. Le prime quelle di compressione sono responsabili di un aumento della pressione locale nella zona dove transitano, le seconde invece causano una diminuzione di pressione. Quando un onda arriva all’estremità di un condotto essa verrà riflessa quindi tornerà indietro. A seconda dell’estremità però l’onda riflessa potrà essere dello stesso tipo o inverso, in particolare se il condotto avrà un estremità aperta l’onda verrà riflessa con il segno opposto, se il condotto ha l’estremità chiusa verrà l’onda verrà riflessa con lo stesso segno. Ad esempio un onda di depressione che arriva all’estremità aperta di un condotto verrà riflessa con segno opposto ovvero diventerà un onda di compressione.
Possiamo assimilare a condotti aperti o chiusi rispettivamente condotti divergenti e convergenti. Un ultima definizione che conviene sottolineare prima di proseguire è quella di coefficiente di riempimento: ovvero il rapporto tra la massa d’aria effettivamente introdotta nel cilindro e quella che teoricamente potrebbe riempire un volume pari alla cilindrata. Tale rapporto sarà maggiore di 1 nel caso in cui entri una quantità d’aria maggiore di quella che il cilindro può contenere, minore di uno se l’aria in ingresso è minore di quella che il cilindro può contenere. In generale quanto più aria immetto tanto più combustibile posso iniettare, aumentando di fatti la potenza del motore. Ma come vedremo anche la coppia è dipendente da questo parametro.
Dopo questa breve introduzione proseguiamo nell’analisi del nostro sistema. Iniziamo col dire che l’ onda si viene a formare quando apriamo la valvola di aspirazione; a causa del richiamo d’aria all’interno del cilindro tale onda sarà di depressione. Essa si muoverà lungo il tromboncino di aspirazione che ha una forma divergente, fino ad arrivare alla sua estremità, dove secondo la teoria esposta prima cambierà di segno ovvero diventerà un onda di compressione e inizierà a muoversi verso la valvola di aspirazione. Se riesce ad arrivare alla valvola di aspirazione prima che si chiuda sfruttando l’aumento di pressione che l’onda genera avremmo un aumento del coefficiente di riempimento oltre il valore unitario. È importante che l’onda arrivi in prossimità della valvola quando essa è ancora aperta e si sta per chiudere. In caso contrario sempre secondo la teoria esposta prima potremmo avere una serie di riflessioni tra un estremità chiusa del condotto e un estremità aperta che potrebbe portare in prossimità della valvola al momento della riapertura un onda di depressione che comporta una diminuzione del coefficiente di riempimento. Compito dei progettisti quindi è calcolare la lunghezza ottimale del tromboncino di aspirazione affinché si riesca ad avere un onda di compressione a valvola aperta e quindi un riempimento ottimale. Purtroppo tale fenomeno è fortemente influenzato dal regime di rotazione del motore, infatti il tempo in cui la valvola di aspirazione rimane aperta diminuisce con l’aumentare dei giri del motore. Ciò vuol dire che l’onda dovrà arrivare prima in prossimità della valvola per avere i benefici sul riempimento. Ovviamente l’unico parametro su cui si può lavorare è la lunghezza del condotto ovvero del tromboncino che dovrà essere piu corto. Appare chiaro che si sceglie una o l’altra soluzione a seconda se si vuole massimizzare il riempimento ai bassi o agli alti regimi. Per un motore sportivo in generale è conveniente avere un riempimento ottimale agli alti regimi. Una soluzione alternativa però già è stata sperimentata negli anni 90 sui motori di F1 è quella delle tromboncini a geometria variabile ovvero tromboncini la cui altezza vari in modo da massimizzare il riempimento ad ogni regime di rotazione. In particolare essi saranno più lunghi a bassi regimi e più corti agli alti regimi. Con i video che troverete di seguito si riesce anche a capire come sia possibile realizzare tale soluzione. Grazie a dei tubi concentrici di diversa grandezza infilati gli uni dentro gli altri. Con l’ausilio di un motorino esterno si riesce a far traslare questi tubi aumentando o diminuendo la lunghezza finale del tromboncino.
Tutto questo comporta come abbiamo sottolineato in precedenza un miglior riempimento del cilindro, ma cosa vuol dire? Senza addentrarci in spiegazioni ancora più tecniche possiamo affermare che l’andamento della coppia segue quello del coefficiente di riempimento. Ottimizzare tale parametro ai vari regimi di rotazione vuol dire ottimizzare la coppia, e tutto quello che ne deriva in termini di erogazione e guidabilità della vettura. Un’unica critica che ci sentiamo di muovere verso la scelta di questa tecnologia è quella forse della poca utilità in caso di motori sovralimentati come quelli dell’attuale F1. Infatti in questi motori il coefficiente di riempimento è gia notevolmente superiore ad 1 e la coppia e fortemente dipendente dalla sovralimentazione. Ovviamente non stiamo dicendo che sia del tutto inutile in quanto comunque porta ad un miglioramento anche in questo caso, soprattutto ai bassi regimi in cui la sovralimentazione si avverte di meno, ma sicuramente si poteva investire in una diversa tecnologia
Per dovere di cronaca vi annotiamo che è stata la Renault nonostante la forte opposizione di Ferrari e Mercedes a volere questa soluzione forse perche già collaudata e di rapido utilizzo, per tentare di riprendere più facilmente quel gap nei confronti soprattutto dei tedeschi. E sempre per dovere di cronaca vi segnaliamo che l’unico motorista a non avere ancora utilizzato questa tecnologia nelle attuali power unit è la Ferrari, che forse introdurrà nei prossimi aggiornamenti.
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Dot. Ing. Salvatore Di Nuzzo
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