Come Funzionano i Sistemi di Variabile Tempo di Valvola (VVT) e il Loro Impatto sul Consumo di Carburante

Molti anni fa, i progettisti di motori avevano un obiettivo ambito: fornire un motore che erogasse la massima potenza quando necessario e minimizzasse i consumi e le emissioni altrimenti. Il grande problema? La distribuzione delle valvole nei motori tradizionali è fissa, il che rappresenta un compromesso tra coppia a basso regime e potenza ad alto regime. Ecco allora arrivare la distribuzione variabile (VVT), una tecnologia rivoluzionaria che ottimizza dinamicamente il funzionamento del motore. Quindi, entriamo nel dettaglio del suo funzionamento e dei grandi benefici che comporta.

Che cos'è la distribuzione variabile e come migliora l'efficienza del motore?

In termini semplici, la VVT permette a un motore di controllare parzialmente il momento di apertura e chiusura delle valvole di aspirazione e/o di scarico durante il ciclo di combustione. I sistemi VVT possono anticipare (advance) o ritardare (retard) il tempo di accensione dell'albero a camme rispetto al albero motore, invece di mantenerlo fisso in una sola posizione determinata dall'angolo fisso dell'albero a camme rispetto al albero motore.

Qual è il vantaggio principale di questo sistema? Il momento ottimale di apertura delle valvole varia considerevolmente in proporzione alla velocità e al carico del motore:

• A bassi regimi (RPM): Dovrebbe essere possibile superare almeno parzialmente i problemi di qualità dell'accelerazione al minimo e di coppia ai bassi regimi ritardando l'albero a camme di aspirazione (chiudendo la valvola in un momento successivo).
• Ad alti regimi (RPM): Aumenta la potenza massima aprendo la valvola prima, grazie all'anticipo dell'albero a camme di aspirazione.
• Efficienza: Funzionando con carichi ridotti durante la marcia, le perdite di pompaggio possono essere ridotte e le temperature di combustione abbassate intrappolando i gas di scarico inerti della parte centrale (EGR interna) durante un preciso periodo di sovrapposizione (sia le valvole di aspirazione che quelle di scarico sono leggermente aperte), migliorando direttamente l'efficienza del consumo di carburante.

La VVT mantiene inoltre il motore sempre in condizioni ottimali di funzionamento, modificando in tempo reale la distribuzione in base alle esigenze del motore, in modo che ogni goccia di carburante venga sfruttata al massimo.

Componenti chiave di un Vvt Sistema: Solenoidi, Pressione dell'Olio e Cam Phasers

Il funzionamento della VVT avviene in modo sinergico grazie a componenti principali che collaborano tra loro:

1. Cam Phaser: È qui che inizia tutto e questa è la parte che si attacca alla fine dell'albero a camme. È simile a un accoppiamento idraulico e permette di inclinare leggermente l'albero a camme in anticipo (advance) o in ritardo (retard) rispetto alla sua posizione di base, confronto con la puleggia della catena/cinghia di distribuzione. All'interno ci sono delle camere che contengono olio motore, il quale regola il movimento del fluido.

2. Pressione dell'Olio Motore: Questo è necessario per generare la potenza idraulica che attiva il variatore di fase. L'olio pulito, alla pressione corretta, rappresenta la base del sistema e lo rende preciso e affidabile. Mantenere una lubrificazione adeguata e la qualità dell'olio è molto importante per la durata del sistema VVT.

3. Valvola(e) Solenoide: Queste sono le valvole controllate elettronicamente che fungono da gatekeeper. Utilizzano l'olio motore pressurizzato per alimentare determinati passaggi nel faseur di distribuzione in base alle istruzioni dell'Unità di Controllo Motore (ECU). Il solenoide sceglie a quale camera inviare la pressione dell'olio, al fine di anticipare o posticipare il tempo di distribuzione.

L'ECU legge sempre la velocità del motore, il carico, la posizione del pedale dell'acceleratore, la temperatura, ecc. Determina il migliore tempo di distribuzione possibile in base alle condizioni di guida attuali, utilizzando algoritmi complessi, e invia comandi ai solenoidi per raggiungerlo.

Reale Benefici: Come la VVT migliora l'economia di carburante e riduce le emissioni

L'ottimizzazione dinamica fornita dalla VVT si traduce in benefici pratici tangibili:

• Migliore economia di carburante: Questo è il vantaggio delle testate. I sistemi VVT hanno il potenziale per aumentare notevolmente l'efficienza del carburante, riducendo le perdite di pompaggio (in particolare grazie all'EGR interno a parziale apertura del gas), ottimizzando il riempimento dei cilindri in un ampio intervallo di regimi motore e permettendo rapporti di compressione più elevati. Questo livello di miglioramento è spesso stimato tra il 5-10 percento o più rispetto a un motore simile senza VVT.
• Emissioni ridotte: Le temperature massime di combustione sono significativamente ridotte grazie a una combustione ottimizzata e all'utilizzo di EGR interno. Questo comporta una riduzione diretta nella produzione di ossidi di azoto (NOx) dannosi. La maggiore completezza ed efficienza della combustione portano anche a una riduzione delle emissioni di idrocarburi (HC) e monossido di carbonio (CO), aiutando i motori a rispettare le severe normative ambientali.
• Potenza e Coppia Maggiori: La VVT espande il range di coppia del motore, offrendo una maggiore potenza alle basse velocità, una migliore capacità di trazione e una guida più agevole, con una risposta più reattiva anche nei regimi di giri più elevati, per un'esperienza di guida più versatile e user-friendly, sia su strada che fuoristrada.
• Migliore Qualità di Funzionamento a Fermo: Una migliore regolazione del sovrapposizione delle valvole a regime di minimo contribuisce a migliorare la regolarità e la stabilità del motore.

Ingegneria di Precisione per Pico Prestazioni

La tecnologia VVT è una dimostrazione della notevole complessità nella progettazione dei motori più moderni. Essa sottolinea inoltre l'importanza di componenti validi di alta qualità per il sistema di distribuzione, poiché si basa fortemente su idraulica precisamente controllata, solenoidi reattivi e fasatori resistenti. Questo permette una precisa coordinazione di tali fattori, in modo che i motori possano funzionare in modo intelligente, fornendo la potenza richiesta dai conducenti, con essenziali miglioramenti in termini di economia di carburante e rispetto ambientale. È una tecnologia fondamentale per realizzare motori più puliti, potenti e convenienti. Progettare e produrre componenti critici del sistema di distribuzione con tolleranze estremamente precise è essenziale per la fabbricazione di sistemi complessi in grado di garantire la massima affidabilità per tutta la vita del motore. Le aziende che si concentrano sulle parti centrali del motore hanno un ruolo necessario da svolgere in questa alta tecnologia, dimostrandosi affidabili anche in termini di qualità dei prodotti e di prestazioni.