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LucanEngine D.I.C.C.: lunga vita al 2T
Articolo pubblicato su Ultramotard il: 2006-04-26 15:05:02Il 2T è morto, lunga vita al 2T!
Questo deve essere stato il motto che ha accompagnato la nascita e lo sviluppo del sistema D.I.C.C. (Direct Injection Combustion Control) da parte della LucanEngine, una piccola società di engineering con sede a Potenza, che raggruppa un pool di ingegneri esperti nello studio della fluidodinamica interna e nei processi di formazione e dispersione di getti di combustibile, provenienti da centri di sviluppo e ricerca di grandi aziende automobilistiche e istituti di ricerca internazionali. La LucanEngine collabora inoltre con la facoltà di Ingegneria della locale Università.
Il prof. Enrico Nino e gli ingegneri Rocco Fasanella e Stefano Laguardia hanno deciso di non seguire passivamente le decisioni delle case costruttrici che hanno già decretato la morte commerciale del 2T, e si sono dati da fare per dare nuova vita allo “sporco” 2T. Il Direct Injection Combustion Control, coperto da brevetto internazionale, è il frutto di questi studi ed è stato presentato in anteprima all’ EICMA 2005 a Milano. Ha suscitato così tanto interesse da parte delle aziende produttrici di motori italiane ed estere da essere subito acquistato da una di queste. La Franco Morini Motori ne ha acquisito il brevetto per applicazioni su propulsori due tempi raffreddati ad aria da 49 cm3. Il motore Morini alimentato dal sistema LucanEngine ha dimostrato di poter superare senza problemi le norme di omologazione EURO 3 con caratteristiche di guidabilità identiche a quelle di un motore a carburatore.



Alla LucanEngine sanno bene che il 2T rimane il motore più semplice e performante fino ad oggi ideato. Semplicità costruttiva che si traduce in bassi costi di produzione e manutenzione, minore massa e dimensioni più compatte.
L’elevato rendimento dei propulsori a 2T è dovuto al fatto che la quota di energia destinata al semplice funzionamento del propulsore (rotazione dell’albero motore sui cuscinetti di banco, scorrimento delle fasce elastiche nel cilindro, rotazione camme, apertura valvole ecc.) è decisamente inferiore rispetto a quella di un equivalente motore 4T. In pratica il rendimento organico è del 30% maggiore nei propulsori 2T rispetto al 4T. In teoria quindi un propulsore 2T dovrebbe presentare anche un consumo specifico inferiore al 4T. In realtà nei propulsori 2T tradizionali avviene il contrario e il maggiore consumo specifico è dovuto alle limitazioni “congenite” di questi propulsori. Dato il forte incrocio tra le fasi di scarico dei gas esausti e l’immissione della carica fresca (lavaggio), nelle applicazioni tradizionali parte della carica fresca immessa nel cilindro viene trascinata direttamente allo scarico con conseguente aumento dei consumi specifici e abbattimento del rendimento termodinamico. Alla fuoriuscita di parte della carica fresca dallo scarico si accompagnano i problemi di elevata emissione di sostanze inquinanti (idrocarburi incombusti) tanto da impedire a questi propulsori il superamento delle attuali norme anti inquinamento.
Un ulteriore inconveniente è costituito dall’olio lubrificante che viene miscelato al combustibile ed in parte viene espulso direttamente allo scarico, insieme alla frazione di carica fresca persa durante il lavaggio. Questo comporta, oltre all’imbrattamento delle tubazioni dello scarico e dei silenziatori, una fumosità particolarmente evidente, che è percepita dall’utenza come causa di forti emissioni inquinanti.

Tutti gli studi di fluidodinamica hanno rilevato che, anche sagomando i condotti di travaso in maniera apposita, le velocità della carica fresca nella camera di combustione raramente superano il valore massimo di pochissimi metri al secondo. Velocità tanto basse da rendere la camera di combustione praticamente quiescente e tali da impedire una rapida dispersione e miscelamento del combustibile immesso direttamente in camera di combustione con un’iniezione basata totalmente o in parte sull’interazione aerodinamica tra getto e flusso gassoso. Questo è tanto più vero quanto più povera è l’atomizzazione iniziale del combustibile. Infatti se le “goccioline” di combustibile, non hanno diametro medio di pochi micron, l’evaporazione richiede tempi tanto lunghi da superare il tempo di residenza della carica fresca in camera di combustione e questa viene espulsa direttamente dallo scarico. Questo perchè le reazioni di combustione possono avvenire solo se il combustibile si trova in fase gassosa.
Chiarito che tutti questi inconvenienti sono causati dalla miscelazione del combustibile all’aria prima che quest’ultima penetri nella camera di combustione, le soluzioni studiate da tutti i tecnici per tentare di “ripulire” il 2T sono state indirizzate verso un’immissione “forzata” di combustibile direttamente nella camera di combustione.
Tra le soluzioni più recenti ricordiamo il sistema della Orbital Engine, adottato da Aprilia su alcuni suoi scooter da 50 cc., basato su una tecnica di iniezione assistita da aria compressa, in grado di incrementare l’atomizzazione del combustibile. Il sistema ha dimostrato di poter rudurre notevolmente consumi ed emissioni inquinanti, ma al prezzo di una notevole complicazione meccanica. Basti pensare alla necessità di dover adottare un compressore volumetrico per la produzione di aria compressa su di un motore da 50 cc. e alla presenza di ben due “iniettori”, quello vero e proprio per l’iniezione della benzina in una precamera di miscelazione ed uno che mette in comunicazione la camera di miscelazione con la camera di combustione. Entrambi gestiti con una centralina di comando. Questo mostra il notevole livello di complicazione e il conseguente aggravio dei costi di produzione e manutenzione.
Soluzione puramente meccanica, quella proposta invece dalla Piaggio, tra l’altro con scarsissimo successo commerciale. Il sistema prevede la produzione, mediante un sistema pistone-cilindro secondario, di una miscela “ricca” di carburante da immettere nel cilindro principale, durante la fase di compressione, in cui viene compressa una miscela “povera”. Il corretto funzionamento è limitato dal rigidità della fasatura del sistema e dall’accumulo dei residui carboniosi della combustione, sulla valvola automatica di comunicazione tra i due cilindri.
Altra soluzione, adottata su alcuni motori marini, è costituita dal sistema FICCH che basandosi sull’accumulo di combustibile in un condotto e sul successivo rapido scarico, genera un “colpo di ariete” tale da produrre spray ad una pressione relativamente elevata e sufficiente ad atomizzare il combustibile. Anche questo sistema presenta rigidità di regolazione, causate soprattutto dalla difficoltà di mantenere pressioni di iniezione controllate al variare del carico soprattutto per motori con piccola cilindrata unitaria.



A seguito di queste considerazioni, e tenendo presente che per motivi economici, non è possibile adottare componentistica appositamente sviluppata, i progettisti della LucanEngine hanno cercato nuove soluzioni.
Appurato che i flussi interni a bassissima velocità, difficilmente possono deviare o disperdere il getto di combustibile immesso, si è innazitutto deciso per un posizionamento innovativo dell’iniettore. Infatti se il getto non viene frenato dalla carica fresca ed è iniettato (come in tutte le applicazioni già viste) verso il pistone, esso si troverà ad interagire, durante la parte finale della fase di lavaggio, con il flusso dei gas di scarico con elevate probabilità di essere trascinato con esso. Questo è causato dal fatto che, a causa della sua posizione, la luce di scarico è quella che viene ostruita per ultima dal movimento del pistone e dovendo necessariamente adottare degli anticipi di iniezione abbastanza elevati, si finirebbe per spruzzare combustibile verso il pistone quando lo scarico è ancora aperto. Considerando che le “goccioline” hanno una penetrazione inversamente proporzionale alle loro dimensioni medie ecco che getti grossolani finirebbero parzialmente allo scarico. Un ulteriore considerazione è quella che anche se il montaggio del sistema di iniezione sulla testa richiede minori modifiche soprattutto su propulsori esistenti, tipicamente la testa dei motori endotermici è uno dei componenti che raggiunge le maggiori temperature di funzionamento. Le sollecitazioni termiche della testa escludono la possibilità di utilizzare elettroiniettori sviluppati per il mercato automobilistico, dato che questi funzionano nel collettore di aspirazione dove le temperature sono decisamente più basse. D’altra parte richiedere lo sviluppo di iniettori speciali è praticamente impossibile a causa degli alti costi. Inoltre le elevate temperature potrebbero portare a fenomeni di vaporizzazione del combustibile direttamente nell’iniettore con conseguenti mal funzionamenti.
Ed ecco allora la soluzione: un elettroiniettore per uso automobilistico inserito direttamente sulla parete del cilindro, con lo spruzzo orientato verso la testa. In questo modo si ottiene il duplice vantaggio di posizionare l’iniettore in una zona a bassa temperatura e di proteggerlo dal fronte di fiamma dato che durante la combustione il pistone si trova davanti all’iniettore stesso, schermandolo dai gas caldi. L’orientamento verso la testa elimina il problema precedentemente ricordato della possibilità di incanalare parte del combustibile stesso direttamente nello scarico, ma il problema causato dal fatto che la polverizzazione prodotta dagli elettroiniettori commerciali non è molto fine e che l’angolo di apertura dello “spruzzo” stesso è limitato.
Questo comporta un elevata penetrazione dello spray tanto da portarlo ad impattare sulle pareti della camera di combustione. Questa circostanza che ad un primo esame sembrava insormontabile, tanto da far prendere in considerazione l’abbandono del progetto, è stata sfruttata mediante un capovolgimento della normale visione sul funzionamento di un motore alternativo ad accensione comandata.



In pratica il getto di combustibile viene fatto impattare sulle pareti della camera di combustione, ricavata sulla testa, è vi si deposita in quantità elevata. Infatti, poiché lo spruzzo prodotto non è sufficiente ad atomizzare completamente il liquido nel tragitto tra il foro di uscita e la superficie di impatto (solo una piccola frazione del getto viene atomizzato, il 20% circa), la parte liquida bagna la parete, riceve energia termica dalla parete stessa e vaporizza. Dato che le velocità dell’aria sono molto basse, i vapori del combustibile, non si disperdono in tutta la camera, ma formano una miscela particolarmente ricca proprio in prossimità degli elettrodi della candela consentendo l’accensione.
Il tutto è stato realizzato utilizzando un comune iniettore multiforo (quattro fori) mediante il quale si è allargata l’area di impatto del getto sulle pareti della camera di combustione. Tale camera è stata ridisegnata al fine di ottenere un comportamento ancora più quiescente e in grado di “guidare” l’impatto del getto di combustibile. Il disegno della camera ha completamente eliminato le cosiddette zone di “squish” normalmente presenti. In tale modo è stato ottenuto un funzionamento completamente “stratificato” del motore tanto da poter eliminare la farfalla (o saracinesca) di strozzamento tipica dei motori carburati, realizzando a pieno gli obiettivi posti all’inizio della progettazione. Quindi, poichè l’immissione di combustibile avviene durante la fase di compressione della carica fresca aspirata (aria), quando il pistone ha chiuso ormai sia le luci di travaso che di scarico, la combustione avviene sempre in eccesso di ossigeno, quindi oltre al minore consumo, si otiiene una notevole quantità di ossigeno allo scarico che aiuta il convertitore catalitico ad ossidare gli idrocarburi incombusti e l’ossido di carbonio con maggiore efficacia rispetto ai normali 2T.
Lo sviluppo del sistema è in continua evoluzione. Dopo i positivi riscontri ottenuti sui piccoli motori da 50 cc., il D.I.C.C. è stato applicato ad un motore Rotax 123 montato su un Aprilia 125. Il motore è stato sottoposto a numerosi test al banco a rulli frenato. Il dato più saliente è il raggiungimento di una potenza massima alla ruota di circa 21 CV (quasi 2 CV in più del motore a carburatore), il tutto garantendo notevoli riduzioni delle emissioni inquinanti e dei consumi di combustibile.
L’ultimo progetto, attualmente in fase di realizzazione alla LucanEngine, prevede l’applicazione del sistema ad un monocilindrico da 250 cc su base Husqvarna. E, udite udite, tale propulsore, nel caso dovesse fornire prestazioni interessanti potrebbe essere usato come base per un bicilindrico da 500 cc.
Insomma, appassionati del 2T non demordete, c’è ancora chi pensa a voi!


Luca Bedin
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