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Tuning del motore auto

In Motori
8 feb, 2014

Il tuning del motore consiste nella personalizzazione o sostituzione di una serie di componenti di un sistema a combustione interna, per ottenerne maggiori performance e potenza. Questa pratica ha una storia lunga, poiché è nata assieme alle prime auto da corsa e ha trovato nuova vita, con il movimento Hot Rod dopo la Prima Guerra Mondiale.

Caratteristiche

Il tuning comprende una vasta gamma di modifiche e sostituzioni, dalla semplice modifica del carburatore e del sistema di iniezione a modifiche più radicali. Al contrario, talvolta è possibile migliorare le performance di un motore rivisitando soluzioni adottate in una fase precoce del suo sviluppo. Sui vecchi motori era necessario intervenire per regolare la velocità, la miscela aria/carburante, l’equilibrio del carburatore, candele e tempi di iniezione, elementi essenziali per ottimizzare un motore da corsa.

Sui motori moderni a iniezione elettronica alcune o la totalità di queste operazioni sono automatiche, anche se richiedono ancora una calibrazione periodica.Il termine messa a punto si riferisce alla routine di procedure effettuate sul motore per mantenerlo nelle condizioni di fabbrica. Le messe a punto sono necessarie periodicamente, con una cadenza indicata dal produttore, per essere sicuri che un’auto funzioni nella maniera corretta. In 10 anni o 250.000 km, i veicoli moderni richiedono soltanto alcune messe a punto. Una messa a punto può includere le seguenti operazioni:

  • Rimontaggio guarnizioni della testata.
  • Regolazione della velocità del carburatore e della miscela aria-carburante.
  • Controllo e possibile sostituzione delle componenti del sistema di iniezione quali ruttore, calotta dello spinterogeno e rotore dello spinterogeno.
  • Sostituzione del filtro dell’aria o di altri filtri.
  • Controllo delle emissioni.
  • Regolazione delle valvole.
  • Sostituzione delle candele.

Anni fa, quando i meccanici terminavano la messa a punto di un’auto da corsa come una Ferrari, la portavano su un circuito per compiere parecchi giri e bruciare del tutto i residui di carburante. Questa operazione era nota come tuneup Italiano.

Centralina

I motori moderni sono controllati da una centralina elettrnica che può essere modificata eseguendo la sua rimappatura, ottenendo diversi livelli di performance. I produttori spesso realizzano pochi tipi di motori che possono essere installati su una vasta gamma di auto, e questo consente loro di vendere auto su mercati che hanno regolamentazioni diverse, senza spendere molto per sviluppare e ideare motori differenti per soddisfare le leggi. Questo permette anche di utilizzare un singolo motore su modelli di auto di marche diverse, per conquistare un particolare mercato.

Performance

Il tuning della performance è rivolto soprattutto ai motori delle auto sportive, anche se molte di queste auto non vengono mai utilizzate per partecipare a delle corse ma sono semplicemente messe in mostra o utilizzate per il piacere di guida. In questo ambito la potenza, la coppia motore e la risposta del motore sono di estrema importanza, ma anche l’affidabilità e i consumi di carburante sono rilevanti. Nelle corse, il motore deve essere abbastanza resistente da sopportare lo stress aggiuntivo al quale viene sottoposto, spesso è molto più resistente rispetto ai modelli di massa ai quali può essere ispirato, e inoltre il veicolo deve avere un serbatoio abbastanza capiente. E’ possibile che sia necessario modificare la trasmissione, il cambio e altri componenti dell’apparato propulsore per reggere il carico che deriva dall’aumentata potenza.

Nella maggior parte dei casi, le persone sono interessate ad aumentare la potenza del proprio motore. Esistono diverse tecniche, sulle quali molti meccanici esperti non sempre sono concordi, ma essenzialmente tutti operano per aumentare il tasso di combustione (e in misura minore l’efficienza della combustione) nel motore. Questo risultato si può raggiungere immettendo nel motore una maggiore quantità di miscela aria-carburante, utilizzando un carburante con maggiore contenuto di energia, bruciandolo più rapidamente ed eliminando in maniera più rapida i prodotti di scarto – questo aumenta l’efficienza volumetrica. Per controllare la quantità di miscela aria/carburante, si utilizzano spesso misuratori del rapporto aria-carburante. Il peso del carburante influenza la performance generale dell’auto, perciò l’efficienza dei consumi è un vantaggio importante.

Significa anche che il tuning della performance di un motore dovrebbe essere effettuato nel contesto dello sviluppo dell’intero veicolo. I modi per aumentare la potenza includono:

  • Aumentare la cilindrata del motore con uno o entrambi i seguenti metodi: aumentando il diametro dei cilindri e dei pistoni o usando un albero a gomiti con un gomito più grande.
  • Utilizzare carburatori più grandi o multipli per creare una miscela aria-carburante maggiormente controllabile e che entri nel motore in maniera più fluida. I motori moderni, comunemente a iniezione, possono essere modificati in maniera simile.
  • Aumentare le dimensioni delle valvole del motore, riducendo l’ostacolo all’ingresso della miscela aria-carburante e la fuoriuscita dei gas di scarico dal cilindro. L’utilizzo di più valvole per cilindro può avere lo stesso risultato, tuttavia spesso è più difficile allocare molte valvole piccole piuttosto che singole valvole grandi. E’ anche difficile trovare spazio per una grande valvola d’aspirazione e una grande valvola di scarico. Talvolta è possibile associare una grande valvola di scarico a due piccole valvole di aspirazione per migliorare il flusso. Dal momento che la pressione generata nel corso della combustione genera più forza per allontanare i gas di scarico rispetto alla forza disponibile per l’aspirazione, due piccole valvole d’aspirazione migliorano il flusso. Il volume di due piccole valvole d’aspirazione è maggiore rispetto a quello di una singola valvola di scarico e questo migliora il flusso in entrata. Ecco perché le valvole di scarico sono tipicamente più piccole delle valvole di aspirazione.
  • Usare alesaggi maggiori e collettori d’aspirazione e di scarico meno contorti aiuta a mantenere costante la velocità dei gas. Similmente, le porte del cilindro possono essere allargate e rese lisce. Le modifiche della testata del motore in genere vengono effettuate con l’ausilio di un flussometro, per verificarne l’efficacia. Collettori con bruschi cambiamenti di direzione forzano la miscela a separarsi ad alta velocità, poiché la benzina è più pesante dell’aria. Un alesaggio più grande può estendersi a tutto il sistema di scarico, utilizzando condotti dal diametro maggiore e silenziatori a bassa pressione, e al sistema d’aspirazione, con air box più grandi e filtri dell’aria ad alto flusso e alta efficienza. Le modifiche dei silenziatori aumenteranno il rumore del motore di un’auto; per alcuni questo è un effetto desiderabile.
  • Aumentare l’apertura delle valvole, cambiando i profili delle camme sull’albero a camme, o il rapporto di leva dei bilancieri delle valvole (motori OHV), o il pattino delle camme (motori OHC).
  • Ottimizzare il timing delle valvole per aumentare l’efficienza della combustione – in genere questo aumenta la potenza a un certo regime di rotazione ma la diminuisce agli altri regimi di rotazione. Per molti questo compromesso è accettabile. In genere questo risultato si può raggiungere utilizzando un albero a camme dal profilo diverso.
  • Aumentare il rapporto di compressione, riducendo le dimensioni della camera di combustione, consente un uso più efficiente della pressione sviluppata nel cilindro e permette di bruciare il combustibile più rapidamente, utilizzando pistoni con una maggiore altezza di compressione o guarnizioni della testata del cilindro più sottili, o fresando il piano della testa del cilindro. Alti rapporti di compressione possono far inceppare il motore, a meno che non vengano utilizzati carburanti ad alto numero di ottani.
  • Induzione forzata: aggiungere un turbocompressore o un supercompressore. La quantità della miscela aria-carburante che entra nel cilindro viene aumentata comprimendo l’aria.
  • Un ulteriore guadagno può derivare dal raffreddamento dell’aria in aspirazione che è compressa (e quindi calda) con un intercooler aria/aria o aria/acqua.
  • Utilizzare un carburante con più alto contenuto di ottani aggiungendo un ossidante come l’ossido nitroso.
  • Ridurre le perdite di energia dovute all’attrito modificando o sostituendo le parti che si muovono, in modo che lavorino a una soglia di tolleranza più bassa di quella che sarebbe accettabile. Un esempio comune, nei motori OHV, è la sostituzione dei bilancieri di fabbrica con altri dotati di cuscinetti nel rullo di contatto con la valvola.
  • Ridurre la massa rotante, che comprende l’albero a gomiti, bielle, pistoni e volano. In questo modo è possibile migliorare la risposta della valvola a farfalla per via della minore inerzia, nonché ridurre il peso complessivo del veicolo. Questo obiettivo può essere ottenuto utilizzando parti in alluminio anziché in acciaio, tuttavia un albero a gomiti pesante può rendere inutile l’utilizzo di un volano (comune su motori V6).
  • Rimappare la centralina, sostituendo il firmware del sistema di controllo del motore (EMS). La regolazione del chip spesso funziona, perché i motori moderni sono progettati per produrre più energia di quanto richiesto, energia che viene ridotta dall’EMS per permettere al motore di funzionare correttamente su una gamma più ampia di regimi di rotazione e con emissioni più basse. Questa regolazione si chiama de-tuning, produce motori a lunga durata e con la capacità di aumentare la potenza successivamente per i modelli più elaborati. Recentemente le emissioni hanno avuto un ruolo importante nella scelta del de-tuning e in futuro probabilmente verrà eseguito sempre più spesso, per ridurre le emissioni di carbonio per motivi fiscali.
  • Abbassare la temperatura sottocofano, con l’effetto di abbassare la temperatura di aspirazione del motore, aumentando quindi la potenza. Questa operazione viene spesso eseguita installando un tipo di isolamento termico (normalmente uno scudo termico, un rivestimento termico o un altro tipo di gestione del sistema di scarico del calore) sopra o attorno il collettore di scarico. In questo modo, una maggiore quantità di calore viene allontanata dalla zona sottocofano. La scelta della modifica dipende molto dal livello di miglioramento delle prestazioni desiderato, dal budget e dalle caratteristiche del motore da modificare.

Le modifiche del sistema di aspirazione, del sistema di scarico e dei chip di solito sono tra le prime modifiche ad essere effettuate, dato che sono tra le più economiche e danno miglioramenti generali ragionevoli, laddove invece la sostituzione dell’albero a camme, per esempio, determina un peggioramento della scorrevolezza a bassi regimi del motore, in cambio di miglioramenti a regimi elevati. Infine, grazie a strumenti moderni, chi effettua queste modifiche può utilizzare strumenti di analisi per valutare e prevedere l’effetto che le modifiche avranno sulle prestazioni del veicolo.