Per certi impieghi è innegabile che i motori a due tempi risultino assai più indicati dei 4T. Sembravano destinati a scomparire, forse lo sono, ma ciclicamente e anche di recente si ridesta un certo interesse nei loro confronti…
Dopo aver dominato in campo agonistico per decenni, tanto in velocità quanto in fuoristrada, e dopo essere stato a lungo protagonista indiscusso nelle piccole cilindrate, per quanto riguarda la produzione di serie, il motore a due tempi gradualmente è uscito di scena. Il suo campo di impiego si è ridotto al punto che oggi in pratica solo i ciclomotori, gli scooter di minori dimensioni, qualche 125 e un numero relativamente contenuto di moto da enduro lo adotta ancora.
Per quanto riguarda le competizioni, sono stati i regolamenti a metterlo fuori gioco, ma la cosa è stata inevitabile. Non aveva senso infatti continuare a gareggiare con moto che in comune con quelle di normale produzione avevano ormai solo la ciclistica e non il tipo di motore. Dunque, è opportuno analizzare le ragioni che hanno portato i costruttori a disinteressarsi progressivamente dei 2T per concentrare le loro attenzioni e i loro sforzi, anche nelle piccole cilindrate, sui quattro tempi, nonostante la maggiore complessità meccanica di questi ultimi, per non dire della minore potenza specifica che sono in grado di fornire.
Da sempre i motori a due tempi hanno dalla loro proprio la grande semplicità costruttiva (mancano gli organi della distribuzione, la testa si riduce a un semplice coperchio del cilindro, e non vi è un circuito di lubrificazione), che si traduce in un ingombro e in un peso molto contenuti, in relazione alla cilindrata, e soprattutto in un costo di fabbricazione di gran lunga inferiore, rispetto ai loro cugini a quattro tempi. Per quanto riguarda poi le prestazioni, basta pensare che gli ultimi 125 monocilindrici da GP sono in grado di erogare attorno a 55 cavalli, a un regime superiore ai 13.000 giri/min. Un risultato che i 4T aspirati non sono certamente in grado di avvicinare. Per fornire una potenza vicina a una quarantina di cavalli (cioè in pratica il massimo che oggi potrebbe essere ipotizzabile) dovrebbero girare a più di 20.000 giri/min. Il motivo di questa superiorità, in termini di prestazioni, è duplice. Tanto per cominciare nel 2T in ciascun cilindro si svolge una fase utile ad ogni giro dell’albero, mentre nel 4T ce ne è una ogni due giri. In secondo luogo, da molti anni a questa parte i motori a due tempi possono essere considerati in effetti sovralimentati, mediante un semplice ma efficacissimo dispositivo a onde di pressione, la marmitta a espansione. Grazie ad essa è possibile ottenere delle pressioni medie effettive molto elevate, non tanto lontane da quelle raggiunte dai 4T. E siccome la potenza non è altro che il prodotto della PME per la cilindrata per il numero di fasi utili nell’unità di tempo, ecco spiegate le straordinarie potenze specifiche dei 2T sportivi e da competizione.
Si tratta di motori straordinari dunque, ma esiste un rovescio della medaglia, ed è molto serio. Il motore a due tempi, nella sua esecuzione tradizionale, ossia con alimentazione a carburatore, è un grande sprecone. Oltre il 25 % del carburante che gli viene fornito esce incombusto allo scarico. Questo non solo si traduce in un consumo elevato, ma (e oggi la cosa è di importanza vitale) anche in emissioni di scarico assolutamente inaccettabili, segnatamente per quanto riguarda gli idrocarburi. Insomma, un 2T classico per erogare un cavallo consuma una quantità di carburante di gran lunga superiore, rispetto a un motore a quattro tempi. E non è socialmente accettabile, per via degli inquinanti che immette nell’atmosfera tramite il tubo di scarico. La causa di tutto questo è il cattivo lavaggio. Mentre nei 4T le fasi del ciclo sono separate nettamente (o quasi), nei 2T si sovrappongono ampiamente. In particolare, l’ingresso della miscela aria-carburante nel cilindro ha luogo contemporaneamente alla fase di scarico. I gas combusti iniziano a uscire poco prima che si aprano le luci di travaso, tramite le quali la miscela arriva al cilindro dal carter-pompa. Dopo aver raggiunto il punto morto inferiore, il pistone inizia a risalire. A un certo punto chiude le luci di travaso e poco dopo anche quella di scarico. È quindi inevitabile che una parte considerevole della miscela fresca si perda allo scarico, sia per cortocircuitazione che in quanto miscelatasi con i gas combusti che escono dal cilindro (l’effetto “pistone fluido” in questo caso è una chimera) o in quanto fuoriuscita in coda ad essi. Analogamente, una parte rilevante dei gas bruciati rimane all’interno del cilindro allorché inizia la corsa di compressione.
A tutto questo esiste comunque un rimedio (tutto sta a metterlo in pratica); si tratta della iniezione diretta. Se il carburante viene immesso nel cilindro dopo che il pistone ha chiuso la luce di scarico, da quest’ultima assieme ai gas combusti esce solo aria pura. In altre parole, il lavaggio viene effettuato con aria e viene ad essere eliminata la perdita di benzina, fonte di consumo elevato e di inquinamento! Ovviamente questa soluzione non poteva sfuggire ai tecnici del settore, che hanno iniziato a lavorare in questo senso già molti anni fa.
Nella prima metà degli anni Cinquanta le moto di piccola cilindrata erano popolarissime (non c’erano le auto utilitarie e le condizioni economiche erano depresse, anche se stava iniziando la ripresa dopo i disastrosi eventi bellici) e la maggior parte di loro aveva un motore a due tempi. Come al solito, da quando esistono la metallurgia e la meccanica, i tedeschi erano più avanti. I loro motori erano copiati da quasi tutte le altre nazioni. Un classico esempio è il monocilindrico DKW RT 125, che è stato copiato dalla BSA (Bantam, il modello prodotto in maggior numero di esemplari nella storia del motociclismo britannico), dalla Harley-Davidson, dalla Yamaha per il suo primo modello, da non si sa bene quante aziende italiane (per fortuna con qualche variazione sul tema, in genere) e addirittura in milioni di esemplari, per decenni, dalle industrie di stato russe e cinesi. Durante la seconda guerra mondiale i motori d’aviazione tedeschi, a differenza di tutti gli altri, erano a iniezione diretta. Dunque in Germania esisteva una tecnologia evoluta e consolidata in questo settore, ed è stato logico che alcuni costruttori di motori a due tempi per motoleggere (NSU) e per minivetture (Goliath, Gutbrod) si siano interessati a questo sistema di alimentazione con l’obiettivo di ridurre drasticamente i consumi. Già nel 1950 sono state effettuate le prime esperienze in questo senso, con sistemi completamente meccanici, e l’anno successivo sono entrati in produzione due motori di serie a iniezione diretta; si trattava del bicilindrico Gutbrod di 600 cm3 e del Goliath di 700 cm3 che, grazie al nuovo sistema di alimentazione, hanno visto il loro consumo specifico diminuire drasticamente. La NSU ha continuato le sperimentazioni, senza però passare alla produzione di serie, per via del costo del sistema di iniezione, ritenuto eccessivo per delle moto di tipo utilitario. I risultati ottenuti con il monocilindrico Lux di 200 cm3 meritano comunque di essere segnalati; il consumo specifico infatti era diminuito del 20 % circa.
Per vedere altri sviluppi nel settore della iniezione diretta si sono dovuti attendere i primi anni Settanta, quando già si cominciava a parlare di limiti di emissione, almeno sull’importantissimo mercato americano. Vanno qui segnalate le ricerche compiute dai tecnici della Fuji Heavy Industries, uno dei più importanti gruppi industriali giapponesi. In particolare, risale al 1972 uno studio relativo alla migliore posizione dell’iniettore, con prove effettuate disponendolo nella testa (con getto rivolto verso il cielo del pistone), all’interno di un travaso e nel cilindro, dal lato opposto allo scarico, con getto rivolto verso la testa.
Dell’iniezione diretta si è tornati a parlare una quindicina di anni dopo, con lo sviluppo dapprima di sistemi pneumoassistiti (Orbital) e quindi del tipo a onde di pressione (Ficht). Il primo sistema è stato valutato a lungo anche da alcuni costruttori automobilistici, mentre il secondo ha trovato impiego di serie su alcuni motori fuoribordo. Giova ricordare che questi ultimi non raggiungono velocità di rotazione elevate e non sono certo soggetti a variazioni repentine e continue di carico e di regime come quelli delle moto, il che ha sicuramente semplificato le cose in misura assai sensibile. Inoltre questi motori dalla potenza specifica relativamente modesta non sono neanche destinati ad avere una durata particolarmente elevata. Poi l’iniezione è arrivata finalmente sulle moto di serie per merito del sistema Ditech sviluppato dall’Aprilia. Il funzionamento dei motori dotati di questo tipo di iniezione diretta, con iniettore nella testa (come nei sistemi Orbital e Ficht) si è rivelato eccellente, ma i costi di produzione aumentavano, anche se non in misura cospicua. Soprattutto, il sistema non risultava adatto all’impiego su motori molto veloci. Il fatto è che nei 2T i tempi a disposizione per ogni singola iniezione sono ridottissimi. Inoltre, il numero di iniezioni nell’unità di tempo risulta doppio rispetto a quello che si ha in un 4T, a parità di regime di rotazione. L’ideale sarebbe stato impiegare un iniettore automobilistico, del tipo a bassa pressione, a solenoide o piezoelettrico, con comando elettronico, dal costo contenuto e dal funzionamento ultracollaudato. In questo caso, però, l’estremità dell’iniettore avrebbe dovuto essere protetta dai gas in combustione. E poi rimaneva il problema del tempo ridottissimo a disposizione (cosa che ha portato alcuni tecnici a sviluppare sistemi pneumoassistiti) e dell’elevatissimo numero di iniezioni nell’unità di tempo.
La Piaggio ha realizzato, attorno alla metà degli anni Novanta, un motore sperimentale dotato di due elettroiniettori di tipo automobilistico, a bassa pressione, collocati nel cilindro, che spruzzavano il carburante sopra la luce di scarico. Questa soluzione consentiva di disporre di un tempo maggiore per l’iniezione, dato che questa poteva avvenire anche con un sensibile anticipo rispetto al momento di chiusura della luce di scarico (per uscire attraverso di essa il carburante doveva compiere un considerevole tragitto ed essere trasportato da una corrente d’aria riflessa dalla parete e dalla testa). I risultati sono stati incoraggianti, con una riduzione del consumo dell’ordine del 30% e una diminuzione delle emissioni di idrocarburi che in certe zone del campo di funzionamento arrivava quasi al 60%! Le estremità degli iniettori che si affacciavano nel cilindro erano protette dalle alte pressioni e dalle alte temperature che si raggiungevano durante la combustione dallo stesso pistone, quando saliva verso il punto morto superiore. La durata dell’iniezione era leggermente inferiore a 2,5 millisecondi, corrispondenti a 90° di rotazione dell’albero a gomito, a un regime di 6000 giri/min.
I tempi non erano ancora maturi però, e le caratteristiche degli iniettori non erano ancora all’altezza delle esigenze.
Oggi la situazione è cambiata e proprio la disponibilità di iniettori di ultima generazione, in grado di fornire prestazioni straordinarie ma reperibili a costi contenuti, nonché quelle di sensori sempre più sofisticati e di una gestione elettronica sempre più accurata consentono di realizzare sistemi di iniezione diretta finalmente semplici ed efficienti, in grado di funzionare anche a regimi di rotazione superiori ai 10.000 giri/min. Recenti prove condotte su motori monocilindrici dotati di un elettroiniettore a bassa pressione piazzato nel cilindro, di fronte alla luce di scarico, con una forte inclinazione verso l’alto (il getto di carburante viene indirizzato verso la testa), cioè con una delle disposizioni studiate dalla Fuji all’inizio degli anni Settanta, hanno dimostrato questo. Rimane il fatto che nei motori a due tempi la lubrificazione è a tutta perdita. Questo significa che l’olio non circola ma finisce in parte con l’essere bruciato nella camera di combustione e in parte col fuoriuscire incombusto allo scarico. Le percentuali in gioco sono modeste ma non trascurabili, per quanto riguarda gli effetti, ovvero le emissioni di idrocarburi da parte del motore. Staremo a vedere se queste nuove possibilità saranno sufficienti a rilanciare il due tempi, almeno in certi settori del panorama motociclistico.
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