Il sistema di recupero dei vapori d'olio associato al turbocompressore e al motore è un aspetto fondamentale ma spesso poco conosciuto della meccanica automobilistica moderna. Nato principalmente per rispondere a esigenze ecologiche, questo circuito ha subito evoluzioni significative, influenzando direttamente la pulizia dei componenti del motore e la sua efficienza complessiva. Comprendere il suo funzionamento significa addentrarsi nel fenomeno del "blow-by" e nelle strategie ingegneristiche adottate per gestirlo.
Comprendere il Fenomeno del Blow-By
Il "blow-by" letteralmente significa "soffiare attraverso". Si manifesta quando i gas di combustione, nella fase di massima pressione all'interno della camera di scoppio, riescono ad attraversare le fasce elastiche dei pistoni e a raggiungere la parte inferiore del monoblocco, il basamento. Questo fenomeno causa un inevitabile aumento della pressione sotto il cielo del pistone e in tutto il basamento.
Nei motori a due tempi, il blow-by non rappresenta un problema critico, poiché viene persino sfruttato per spingere la miscela aspirata nel carter verso la camera di scoppio attraverso i travasi. Al contrario, nei motori a quattro tempi, il fenomeno è considerato più deleterio. Il principale problema del blow-by è rappresentato dall'aumento di pressione sotto il cielo del pistone, che genera un ostacolo durante la discesa del pistone stesso. Le pressioni potrebbero salire a un punto tale da spegnere il motore, ma prima di raggiungere tale estremo, si potrebbero verificare cedimenti delle guarnizioni di tenuta. Da qui nasce la necessità impellente di far sfogare questi gas in eccesso.
Agli albori dell'industria automobilistica, la pressione generata dal blow-by veniva semplicemente scaricata nell'aria. Tuttavia, il problema principale di questa pratica era che i gas, passando attraverso l'olio, erano ricchi di idrocarburi (HC) e quindi altamente inquinanti.
L'Evoluzione dei Sistemi di Recupero: Dallo Scarico Libero alla Reimmissione
L'inquinamento generato dal blow-by ha obbligato tutti i costruttori ad adottare una soluzione comune: la reimmissione dei vapori nella camera di combustione. Questa operazione viene solitamente effettuata iniettando i vapori nei condotti di aspirazione, prelevandoli dal coperchio delle valvole, ma anche direttamente dal monoblocco.
I primi sistemi di recupero dei vapori di olio furono introdotti in America, dove le normative ambientali imponevano il recupero attraverso l'utilizzo di una valvola PCV (Positive Crankcase Ventilation). Questa valvola aveva il compito di gestire l'immissione dei vapori in base alla pressione presente nel monoblocco e al carico del motore.
In Europa, la valvola PCV non è stata utilizzata con la stessa frequenza. Solitamente, è presente un "disoliatore", ovvero un percorso obbligato che i vapori devono seguire. In questo percorso, i vapori cedono le loro goccioline d'olio per effetto della condensa, soprattutto durante le fasi di resa medio-alta del motore, con l'obiettivo di ridurre l'aspirazione di olio. Inoltre, il disoliatore funge da rompi-fiamma, prevenendo la creazione di esplosioni indesiderate nel condotto di aspirazione.
Tutti noi siamo consapevoli dell'importanza che questo circuito di ricircolo riveste, specialmente quando non funziona correttamente. La sua pulizia e il suo perfetto funzionamento sono cruciali per evitare effetti negativi sul motore. Tuttavia, non tutti forse hanno notato i diversi tipi di sistemi adottati dai vari costruttori automobilistici e per le diverse tipologie di motore. Cerchiamo di analizzare quelli più comuni, tralasciando i vecchi modelli a carburatore, per i quali le informazioni sono più limitate.
Sistemi di Aspirazione Vapori nei Motori Aspirati
Nei motori aspirati, non di ultimissima generazione, si possono generalmente trovare due tipi principali di sistemi, a seconda del punto in cui vengono immessi i vapori d'olio nel circuito di aspirazione.
Immissione a Monte del Corpo Farfallato: In questi sistemi, l'immissione dei vapori avviene prima del corpo farfallato. Sfruttano il flusso d'aria in ingresso al motore, e il riciclo dei vapori è proporzionale all'apertura della farfalla e al regime di rotazione del motore. Questo tipo di funzionamento può portare alla formazione di numerose incrostazioni attorno alla farfalla di aspirazione, compromettendone il corretto funzionamento.
Immissione a Valle del Corpo Farfallato o Depressurizzazione del Basamento: Esistono sistemi che utilizzano sia un'aspirazione a monte che a valle del corpo farfallato. Un esempio sono i motori come i 900 Kat delle Fiat, dove un tubo con un foro calibrato sfrutta la forte depressione presente nel collettore di aspirazione per aspirare i vapori. Con l'avvento dei motori di ultima generazione, come i Multiair, i Valvetronic di BMW, PSA, o quelli che utilizzano l'iniezione diretta e la carburazione stratificata, la farfalla nel condotto di aspirazione non viene più sfruttata per diminuire le perdite di pompaggio. Questo crea un nuovo problema: la depressione nel collettore è quasi nulla, rendendo difficile l'aspirazione dei vapori. Nei motori che utilizzano il Valvetronic, ad esempio, la farfalla motorizzata viene mantenuta chiusa di soli 6 gradi per generare almeno -50 mbar. In questo modo si ottiene un collegamento diretto con il basamento del motore, che lavorerà non più in pressione ma in depressione, attestandosi attorno a -20 mbar. È possibile trovare anche altri motori che operano con il monoblocco in depressione, come alcuni VW di piccola cilindrata (ad esempio, i 1400 16V), la cui depressione si aggira sui -15 mbar. In questi sistemi, la perfetta tenuta di guarnizioni e gommini è di fondamentale importanza; altrimenti, l'aspirazione di aria esterna finirebbe per alterare la carburazione.
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Vapori d'Olio nei Motori Turbo: Una Sfida Specifica
Nei motori turbo, si presenta un problema molto evidente: dalla turbina in poi, le tubazioni si trovano in pressione. Questo rende impossibile immettere i vapori d'olio dopo la turbina. Pertanto, in tutti i sistemi osservati, i vapori vengono aspirati prima del turbo. È importante notare che grossi flussi d'olio miscelati ai vapori possono danneggiare o distruggere la turbina, soprattutto ad alti regimi di rotazione.
La Funzione del Recupero Vapori e la Condensazione
Il principio alla base del recupero dei vapori d'olio è quello di gestire l'espansione dei gas combusti che trafilano attraverso le fasce elastiche all'interno del basamento e della coppa dell'olio. L'olio, riscaldandosi durante il funzionamento del motore, aumenta di volume e conseguentemente la pressione all'interno di questa camera chiusa cresce. Quando il pistone scende al punto morto inferiore (PMI), incontra questa pressione che può "frenarlo", riducendo lo sfruttamento della combustione. Inoltre, il movimento alternato dei pistoni crea delle "onde" d'aria che si spostano tra le varie parti del motore, generando compressioni e decompressioni molto dannose per il funzionamento. Queste oscillazioni di pressione possono frenare i pistoni e deviare i getti d'olio diretti ai mantelli dei pistoni, vanificando così il loro potere di raffreddamento.
Inoltre, una piccola quantità di gas combusti trafila sempre dai segmenti, il che porterebbe a un aumento molto elevato della pressione nel basamento, potendo persino causare l'espulsione dei paraoli dell'albero motore. Per evitare questi inconvenienti, si fa in modo che l'aria possa spostarsi liberamente da sotto un pistone all'altro, senza subire compressioni e decompressioni. Questo avviene passando attraverso apposite finestrature che conducono alla testa del motore, dove i vapori vengono "aspirati" dal circuito di aspirazione. L'obiettivo è mantenere il motore in depressione, evitando gli inconvenienti sopra elencati e aumentando la capacità di getto degli spruzzatori d'olio dei pistoni.
I vapori e i gas del motore sono inevitabilmente sporchi di olio, e questo imbratta i condotti di aspirazione, l'intercooler e infine entra in combustione. Per evitare questo inconveniente, si possono montare dispositivi come un serbatoio di decantazione dell'olio (comunemente chiamato "catch can" o "barilotto" di recupero) che separa l'olio dall'aria. Questo dispositivo non influisce negativamente sul funzionamento del sistema di aspirazione. L'olio raccolto può essere fatto scaricare direttamente in coppa (ma sono necessarie apposite valvole di non ritorno) oppure scaricato manualmente. L'olio decantato è olio pulito, non uno scarto.
In alcuni motori da competizione, vengono utilizzate pompe di "vuoto" dedicate che aspirano attivamente l'aria dal motore.
La Costruzione di un Sistema di Recupero Fai-da-Te
È possibile immaginare di utilizzare una latta, del tipo di quelle che si usavano un tempo per gli oli (in metallo è l’ideale, ma anche una buona plastica resistente al calore va bene), a cui faremo tre fori. Uno in cima, che sarà collegato all’aspirazione per produrre il vuoto, e in cui inseriremo una prolunga del tubo per almeno 4 o 5 centimetri. All'atto dell'avviamento, inizierà ad esserci un vuoto all'interno del contenitore. I vapori d'olio saranno aspirati, ma provenendo da un condotto stretto e inserendosi in un condotto largo, si abbasserà la loro velocità. Questo permetterà ai vapori di rallentare, e le particelle più pesanti non saranno più soggette alla corrente di depressione, andando a cadere verso il fondo. Una parte rimarrà imprigionata nel sifone e l'eccedenza si riverserà automaticamente in coppa. Principalmente, ha una funzione anti-inquinamento, ma diciamo che serve anche a non "zozzare" il corpo farfallato. Il filtrino si mette su quello a monte.
Controllo e Manutenzione: Indicazioni sulla Salute del Motore
Lo studio attento delle pressioni nel monoblocco può fornire indicazioni preziose sullo stato di salute di un motore e sui suoi punti di sfiato. Le misurazioni si possono effettuare attraverso il passaggio dell'astina dell'olio, inserendo un tubo e collegandolo a un manometro preciso o a un sensore di pressione, rilevando il segnale con un oscilloscopio.
Controllo degli Sfiati:Si accende il motore e si misura la pressione nel monoblocco attraverso l'astina dell'olio. Al minimo, la pressione deve essere attorno a 0 mbar. Accelerando, non deve andare oltre i 30-40 mbar. Se le pressioni sono più alte, è probabile che gli sfiati dell'olio non lavorino a dovere. Attenzione, le pressioni possono salire oltre 1 bar, il che giustificherebbe grosse perdite d'olio dagli anelli di tenuta o consumi anomali di olio a causa di picchi di pressione che immettono molto olio nel circuito di riciclo. Nei motori in cui il monoblocco viene mantenuto in depressione, il valore deve essere negativo; se è a 0 mbar, c'è un'aspirazione di aria, mentre se è in positivo, c'è sicuramente qualche ostruzione nel circuito.
Controllo della Tenuta delle Fasce Elastiche:Questa prova è particolarmente interessante. Utilizzando un sensore di pressione turbo collegato a un oscilloscopio, è possibile visualizzare le onde di pressione generate in ogni singolo cilindro. Se una fascia elastica non lavora correttamente, si avrà un picco di pressione facilmente visualizzabile. Il picco positivo (aumento della pressione nel monoblocco) corrisponde al Punto Morto Inferiore (PMI) del pistone. Quando un pistone ha fasce usurate, si registrerà una pressione più elevata al suo PMI, indice che molti gas sono passati rispetto agli altri pistoni.
Diverse prove indicano che le pressioni rilevate non dipendono tanto dalla combustione avvenuta, quanto dall'aria aspirata. Infatti, se in un cilindro non avviene la combustione per cause diverse (come problemi di accensione o iniettore), le curve di pressione nel monoblocco rimangono le stesse. Questo rende la prova molto attendibile per escludere rapidamente problemi a pistoni e fasce elastiche in caso di motore che gira "a tre" o a tre e mezzo. La bontà di questa prova risiede anche nella rapidità con cui si effettua, a differenza di una prova di compressione con manometro che può richiedere più tempo, specialmente nei moderni motori diesel.
Problemi Comuni e Soluzioni Alternative
Un problema ricorrente nei sistemi di recupero vapori olio è la formazione di morchia, che tende a riempire il corpo farfallato e il motorino del minimo, compromettendone il funzionamento. Alcuni utenti scelgono di rimuovere il sistema originale e deviarlo verso un contenitore di recupero olio fatto in casa. L'obiettivo è far sì che farfalla e motorino del minimo rimangano puliti più a lungo.
Tuttavia, eliminare completamente il circuito di recupero può portare a problemi per le pressioni nel basamento. Il motore, infatti, deve lavorare in vuoto, e per questo motivo il circuito è collegato all'aspirazione. Collegare il tubo di sfiato direttamente all'aria aperta senza un sistema di filtraggio o condensazione è sconsigliato, poiché può causare problemi ambientali e potenzialmente l'ingresso di polvere, fango o acqua nel motore.
Una soluzione intermedia consiste nel montare un filtro specifico nel tubo di sfiato, come un filtrino in bronzo, per diminuire ma non eliminare del tutto il risucchio dal corpo farfallato. In alcuni casi, questo può risolvere problemi di sibili o altri disturbi legati a una eccessiva depressione o a una mancata compensazione della pressione nel carter.
La scelta di installare un sistema di decantazione (catch can) è spesso la più raccomandata. Esso raccoglie l'olio e permette ai "vapori puliti" di rientrare nel sistema di aspirazione, mantenendo il motore in depressione ma riducendo drasticamente l'imbrattamento di intercooler e condotti. Un condensatore di vapori olio, se ben progettato, può risolvere il problema senza inquinare e favorendo il corretto funzionamento del motore, mantenendo la depressione necessaria.
È fondamentale ricordare che tutti i motori hanno un sistema di recupero vapori. La sua mancata manutenzione, come l'otturazione del barilotto o delle tubazioni, può portare a danni significativi. Se il livello dell'olio raggiunge il punto da chiudere il circuito, il motore può andare in sovrapressione, con il rischio di "sparare" i paraoli. Inoltre, alla prima salita, se l'olio inizia a travasarsi in aspirazione, si rischia di ritrovarsi con una significativa quantità di olio nella turbina o nella camera di scoppio.
La Condensa: Acqua e Vapori nel Basamento
Una domanda che spesso sorge riguarda la composizione della condensa che si raccoglie nei sistemi di recupero. È comune trovare una miscela di olio e acqua. L'acqua presente non deriva solo dalla condensa dell'umidità dell'aria ambientale che entra nel motore, ma anche dai prodotti della combustione. I vapori del basamento non sono solo vapori d'olio, ma anche ciò che passa dalle fasce elastiche, composto principalmente da anidride carbonica e acqua, derivanti dalla combustione del carburante. L'aria calda del motore, contenendo più umidità dell'aria fredda, quando si raffredda può produrre condensa. Questo fenomeno avverrebbe anche se non entrasse ulteriore umidità con l'aria che riempie il motore in fase di raffreddamento. I vapori del basamento sono, in parte, il prodotto della combustione del carburante, ovvero anidride carbonica e acqua.
In Sintesi: Un Sistema Cruciale per Efficienza ed Ecologia
Il sistema di recupero dei vapori d'olio, comunemente associato ai turbocompressori e ai motori moderni, è un ingranaggio essenziale nel complesso meccanismo di gestione delle emissioni e della salute del motore. Nato per rispondere alle crescenti esigenze ambientali, questo circuito si è evoluto da semplici sfoghi in atmosfera a sofisticati sistemi di ricircolo e condensazione. La sua corretta funzionalità garantisce non solo il rispetto delle normative antinquinamento, ma contribuisce attivamente a mantenere puliti componenti critici come il corpo farfallato e l'intercooler, e a preservare l'integrità delle guarnizioni e dei paraoli, prolungando la vita utile del propulsore. Una corretta manutenzione e, se necessario, l'adozione di soluzioni migliorative come i catch can, sono pertanto fondamentali per assicurare prestazioni ottimali e longevità al motore.