La Moto Guzzi, insieme alla Moto Morini, si è messa
in luce nel panorama mondiale per uno dei rari esempi di applicazione
della camera di tipo Heron su motori motociclistici.
Come molti già sapranno, la camera in parola è quella di combustione,
vale a dire quel piccolo volume che rimane a disposizione dei gas nel
cilindro al momento della loro accensione. La forma di tale volume può
essere disegnata in maniere molto diverse, ma sempre allo scopo di
ottimizzare la combustione e ottenere il massimo rendimento.
Solitamente, il pistone ha il cielo pressoché piatto e sale al PMS
(Punto Morto Superiore) coprendo tutto il volume del cilindro. La camera
è ricavata nella testa e, sui motori a quattro tempi, le sue forme sono
tormentate dalla inevitabile presenza delle valvole e della candela di
accensione.
Fu Sam Heron il primo a proporre una camera ricavata interamente nel
cielo del pistone. Come immediata conseguenza, il piano della testa
risultava completamente piatto e le valvole perfettamente verticali,
cioè orientate secondo l’asse del cilindro. L’artefice del progetto
Guzzi fu l’indimenticato Lino Tonti che, come avvenne per Lambertini in
Casa Morini, fu guidato nelle sue scelte in massima parte da alcune
imposizioni calate “dall’alto”.
Il progetto, infatti, riguardava quella che sarebbe successivamente
stata denominata la “serie piccola” di Moto Guzzi, vale a dire i
bicilindrici trasversali di cilindrata compresa tra i 350 e i 750 cc.
Obiettivo primario erano qui la minimizzazione dei costi di
industrializzazione e produzione, compatibilmente con una buona resa del
prodotto, che doveva allargare verso il basso l’utenza delle moto di
Mandello.
Da questo punto di vista, non si può certo dire che i “piccoli” Guzzi
fossero in grado di eguagliare i motori della concorrenza sul fronte
prestazionale: il tempo però ha reso loro giustizia, dal momento che
tutt’oggi, pur attraverso numerosi aggiornamenti, sono ancora in
produzione, mentre innumerevoli sono le motociclette di quella serie
attualmente in circolazione.
Fu dunque la politica De Tomaso, croce e delizia della Guzzi in quegli
anni, a portare alla scelta della camera Heron, assieme ad altre
numerose modifiche di dettaglio rispetto ai bicilindrici della serie
grossa.
La presenza di un piano testa completamente piatto con valvole
parallele, a quei tempi significava bassi costi d'investimento per le
macchine operatrici e basso costo di produzione, grazie all’enorme
semplificazione geometrica dei componenti.
Le operazioni delle macchine utensili erano notevolmente velocizzate e
non richiedevano particolari requisiti operativi: non dimentichiamoci,
infatti, che al tempo la tecnologia meccanica non godeva di grande
flessibilità e pertanto i macchinari venivano realizzati ad hoc per
ciascun progetto. Oggi come oggi, con le moderne tecniche a controllo
numerico, è chiaro come considerazioni di questo tipo abbiano
progressivamente perso valore. Per contro, una simile architettura
imponeva tutta una serie di limitazioni sullo sviluppo prestazionale del
propulsore, sia a livello meccanico che fluidodinamico.
Anzitutto, la respirazione del motore era fortemente compromessa, dato
che la planarità del piano della testa riduce di fatto la superficie
disponibile per la dislocazione delle valvole e delle candele. A parità
di alesaggio, è evidente come una tradizionale forma a cupola garantisca
maggior spazio per tali organi, mentre la presenza di una camera Heron
riduce la superficie disponibile a quella di un cerchio del diametro del
cilindro.
Risulta quindi limitata in partenza la possibilità di disporre di
valvole di grande diametro e, parallelamente, quella di adottare
proficuamente uno schema plurivalvole. Inoltre, dal momento che i
condotti di ammissione e scarico si trovano ad avere un’estremità
diretta secondo l’asse del cilindro e l’altra praticamente ad esso
ortogonale, il loro andamento è giocoforza condizionato dalla presenza
di una stretta curva a 90°, con tutte le immaginabili conseguenze
negative sul flusso dei gas, freschi ed esausti. I primi motori furono
sviluppati nelle cilindrate classiche per qui tempi di 0,35 e 0,5 litri.
Successivamente, si ebbero gli incrementi che
portarono alla V65 e alla V75. La V35 (346 cc) aveva misure
caratteristiche di 66 x 50,6 mm, vale a dire una superficie utile sulla
testa di circa 34 cmq. Nella prima versione, le valvole di aspirazione e
scarico avevano diametro di 30,6 e 27,6 mm.
La V50 (490 cc) misurava invece 75 x 57 mm, con una superficie utile
sulla testa di circa 44 cmq. Le valvole, in questo caso, avevano un
diametro di 32,6 e 27,6 mm (un incremento del 6% circa). Dal momento che
la posizione delle valvole era disassata dalla mezzeria del cilindro è
evidente come la camera Heron condizionasse pesantemente la dimensione
delle valvole. Tale posizione era subordinata alla necessità di
alloggiare la candela il più vicino possibile al centro della testa,
favorendo così l'innesco della combustione.
In pratica, occorreva scegliere il giusto compromesso tra maggiore
dimensione delle valvole e centraggio della candela.
Ma perché sono tanto importanti la posizione della candela e la
conformazione della camera di combustione?
Al termine della compressione, nel volume residuo del cilindro non si ha
altro che una reazione chimica, dove una miscela di aria e benzina viene
“accesa” da un piccolo arco elettrico, fatto scoccare fra gli elettrodi
della candela, che quindi costituisce l’inizio della combustione. La
differenza con ciò che avviene in aria libera, e che siamo abituati a
constatare quotidianamente, è che la combustione non si realizza in
maniera percepibile e progressiva, ma in maniera pressoché istantanea.
In particolare, se la vaporizzazione è molto fine e si impone alla
miscela un forte rimescolamento, la propagazione del fronte di fiamma,
dal punto di innesco verso la periferia, avviene a velocità superiori di
oltre un ordine di grandezza rispetto a quanto si verifica a pressione
atmosferica.
La perizia dei progettisti è appunto nell’ottimizzare tale processo,
affinché il combustibile venga bruciato integralmente e nel minor tempo
possibile, in particolar modo prima dell’apertura della valvola di
scarico.
Per sopperire a una conformazione della camera non ottimale, come nel
nostro caso, si deve intervenire sulla velocità e sulla turbolenza del
flusso della miscela all’interno della camera nella fase di accensione.
Infatti, la velocità di propagazione del fronte di fiamma è direttamente
proporzionale alle velocità di turbolenza della miscela.
Da questo punto di vista, almeno, la camera Heron ha un innegabile
vantaggio: non è scorretto definirla una camera “mobile”, dal momento
che segue le vicende del pistone e per sua stessa costituzione imprime
un movimento ascensionale alla carica.
Lo “swirl” (movimento spiraliforme circolare dall’alto verso il basso) e
lo “squish” (moto radiale diretto dalla periferia del cilindro verso il
centro) vengono dunque facilitati, previa opportuna configurazione della
cava nel pistone.
La camera Heron permise a Tonti di adottare un rapporto di compressione
piuttosto elevato rispetto agli standard contemporanei, senza incorrere
nelle classiche condizioni critiche della detonazione. Tuttavia, una
simile scelta progettuale tarpava le ali all’eventuale sviluppo del
propulsore, anche per le scarse possibilità di elaborazione e per
l’elevato peso dei pistoni: vale a dire maggiore inerzia delle masse in
moto alterno e vibrazioni cospicue.
Inoltre, dato che la superficie dello stantuffo esposta al fronte di
fiamma era maggiore rispetto a una camera tradizionale, la temperatura
d’esercizio del cielo del pistone risultava assai elevata, da cui la
necessità di maggiori tolleranze a freddo, dunque minor rendimento e
maggiore rumorosità.
Non per nulla, al momento dello sviluppo delle versioni plurivalvole dei
motori “piccoli”, la geometria della camera di scoppio fu totalmente
rivista.
Ma questa è un’altra storia...
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