Honda: l’accensione in precamera, dalla F1 alla futura CBR 1000 Fireblade?

Un brevetto, depositato dalla Casa di Tokyo, mostra la tecnologia, usata nei propulsori della Formula 1, adattata per una applicazione motociclista. Nell’articolo il funzionamento ed i vantaggi di questa soluzione motoristica.

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Uno dei motivi principali per cui le Case decidono di partecipare alla competizioni è quello di poter sperimentare e sviluppare nuove tecnologie che poi potranno riversare negli anni seguenti nel prodotto di serie. L’ultimo esempio ce lo fornisce Honda. La ‘Casa Alata’, nonostante abbia deciso di dire addio al campionato mondiale di Formula 1 a fine 2021 (per i motivi della scelta aziendale vi rimandiamo a questo articolo), è intenzionata ad applicare sulle moto di serie la conoscenza acquisita sui propri propulsori che equipaggiano le monoposto. Nelle immagini del brevetto che vi presentiamo, è infatti raffigurata una supersportiva stradale con targa, frecce e specchietti retrovisori. Nonostante la tecnologia ibrida, utilizzata in Formula 1, il cuore del brevetto Honda è la parte termica del propulsore ed in particolare l’accensione in precamera. Come suggerisce il nome, la miscela (aria/carburante) viene accesa inizialmente nella precamera e successivamente indirizzata verso la camera di combustione, con un moto turbolento per ottimizzare la propagazione del fronte di fiamma, dove si conclude l’intera combustione. Questo fenomeno non va assolutamente confuso con quello indesiderato della preaccensione ove la miscela viene accesa da un punto caldo della camera di combustione prima dello scoccare della scintilla. Le cause principali della preaccensione sono i sovraccarichi, la difettosa refrigerazione non ottimale in tutta la camera e il trafilaggio d’olio dalle fasce elastiche che, a causa della temperatura elevata, polimerizza formando residui. La preaccensione si verifica nella fase di compressione, riducendo la quantità di calore che si trasforma in lavoro utile nella successiva fase di espansione.

Il vantaggio dell’accensione in precamera, consiste nel poter utilizzare una miscela più ‘magra’ nella camera di combustione, migliorando i consumi e il rendimento, con una piccola quantità di carica ‘grassa’ nella precamera andando a mitigare gli effetti della detonazione consentendo di aumentare il rapporto di compressione. Esiste il rapporto di miscela chimico ideale, detto stechiometrico, che definisce la quantità massica d’aria e quindi di ossigeno per ossidare tutti gli elementi che compongono il combustibile. In altri termini occorrono circa 14,7 kg d’aria per bruciare 1 kg di combustibile. Nel funzionamento reale del motore, il rapporto di miscela però differisce da quello stechiometrico in funzione del miscelamento, del carico motore e del tipo di accensione. Nel caso ci sia la condizione di eccesso di carburante (minor quantità d’aria) la miscela è ‘grassa’, viceversa se c’è un eccesso d’aria rispetto al rapporto stechiometrico la miscela è ‘magra’. Quest’ultimo caso, eccesso d’aria, è uno dei fattori che influenzano la detonazione. La detonazione avviene dopo lo scocco della scintilla: una parte della miscela non viene regolarmente bruciata dal fronte di fiamma, ma si innescano dei fenomeni di autoaccensione ‘esplosivi’ che generano violente onde di pressione. La propagazione del fronte di fiamma, delle particelle di miscela vicino all’innesco, va a comprimere quelle più lontane che, innalzando la loro temperatura, possono superare il limite di accensione spontanea. La detonazione, caratterizzata da onde d’urto sussultorie, sollecita gli organi meccanici vicini alla camera di combustione e rompe il film lubrificante sulle pareti del cilindro. Inoltre riduce il rendimento perché ritardando parte della combustione (che va ad interessare la fase di espansione), il calore viene rilasciato a temperature più basse. La combustione non ottimale, provocata dalla detonazione, causa anche una maggior quantità di incombusti, una perdita di potenza massima e una maggior produzione di emissioni.

Chiarita l’importanza della combustione, analizziamo le soluzioni, rappresentate nel brevetto Honda, per ottenere un motore più performante ed efficiente. Il sistema di alimentazione è composto da una coppia di iniettori. Il primo è posto nel condotto di aspirazione a valle della valvola a farfalla. La miscela sarà introdotta nella camera di combustione, nella fase opportuna, grazie all’apertura della valvola di aspirazione (69). Il secondo iniettore (62) è posto direttamente nella precamera, che si trova tra l’elettrodo della candela (49a) e la camera di combustione principale. Il cuore del sistema è un cilindro cavo rotante (55) (in senso orario attorno all’asse x in figura) che mette in comunicazione la parte superiore della precamera (dove agisce l’innesco della candela) con la camera di combustione permettendo una propagazione ottimale del fronte di fiamma. Il componente meccanico è in fase con il ‘timing’ delle valvole essendo azionato dalla catena della distribuzione.

L’incavo (64), posto sulla superficie laterale del cilindro, durante le fasi di aspirazione e scarico, mette lo stesso in comunicazione con la camera di combustione per agevolare il lavaggio della precamera.

Durante la fase di compressione, con il pistone (43) che è in fase di risalita verso il punto morto superiore, l’iniettore (62) spruzza una piccola quantità di miscela ‘grassa’ attraverso il foro (65) posto sul lato sinistro del cilindro.

Quando il pistone è in prossimità del punto morto superiore, il cilindro (55) ha compiuto una ulteriore rotazione oraria (di circa 90°) tale che l’incavo (64) è posto in alto verso la candela e la fila di piccoli fori (52) sia allineata con la camera per consentire alla combustione, innescata nella precamera, di espandersi nella camera principale dove è presente una miscela ‘magra’. Il lavoro congiunto, tra la piccola quantità di miscela ‘grassa’ nella precamera con quella ‘magra’ nella camera di combustione, permette di evitare il fenomeno della detonazione con tutti i vantaggi prima esposti.

Osservando l’immagine di apertura, si nota come il disegno del brevetto si riferisca ad una supersportiva che ovviamente, rappresentando la massima espressione di tecnologia di una Casa, lascia presupporre possa essere il primo campo d'applicazione. Le sempre più stringenti norme anti inquinamento e la necessità di ridurre i consumi, potrebbero influire nelle future applicazioni di tale tecnologia anche in altri tipologie di prodotto più economiche. Se le economie di scala consentiranno di rientrare dell’investimento sostenuto, lo studio presentato nel brevetto potrebbe concretizzarsi nelle prossime proposte della casa di Tokyo.

Fonte: www.bennetts.co.uk

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