LE variabili da considerare nella scelta del motore
Questa settimana ci occupiamo di un argomento di dibattito che trova estimatori e detrattori forse in ugual misura: approfondiremo le differenze fra i motori Rotax con alimentazione a carburatore e i motori con alimentazione ad iniezione elettronica. Già le parole suggeriscono che quest’ultima tecnologia sia il più all’avanguardia e offra numerosi passi avanti rispetto al classico carburatore che, però, ha ancora le sue carte vincenti da giocare.
Rotax 912 ULS a carburatori
È il motore in assoluto più di successo nella storia dell’aviazione leggera e pensiamo non servano particolari presentazioni: 1352cc per 100Hp di potenza, 4 cilindri contrapposti, raffreddamento misto a liquido/aria, lubrificazione separata a carter secco e riduttore con rapporto di circa 2,4:1. La massima potenza si sviluppa a 5800 giri, ovvero più del doppio rispetto ai motori aeronautici tradizionali in presa diretta. Questi ultimi per ottenere gli stessi cavalli necessitano di cilindrate due volte superiori e sviluppano valori di coppia all’elica in ogni caso inferiori al Rotax ridotto.
La maggiore coppia sviluppata permette di installare eliche di diametro superiore e generare una spinta statica più vigorosa, scaricando i cavalli fin dai primi metri della corsa di decollo. La compattezza generale del motore e il raffreddamento a liquido hanno anche modificato profondamente le geometrie dei cofani motore dei velivoli leggeri, non più schiavi di una circolazione generosa e delicata dell’aria di raffreddamento tramite grandi prese frontali, baffles e flabelli vari.
Nato nel 1989 inizialmente nella versione 80Hp da 1211cc è stato continuamente evoluto ad esempio attraverso l’adozione della frizione fra elica e riduttore oppure l’aumento di cilindrata per raggiungere i 100Hp e infinite migliorie in ogni dettaglio costruttivo apportate grazie a milioni di ore volate in tutte le condizioni. Un 912 degli anni ‘90 varia praticamente in ogni sua parte rispetto all’equivalente in produzione nel 2021. Ad eccezione dei carburatori.
L’alimentazione del Rotax 912 ULS è affidata a due carburatori BING 64 di derivazione motociclistica, in produzione “da sempre” e di comprovata affidabilità. Il Bing 64 è dotato della compensazione automatica del rapporto di miscela al variare della quota, che agisce tramite una membrana di gomma che si sposta verticalmente all’aumentare della differenza tra la pressione all’interno della membrana e la pressione atmosferica. A questa membrana sono vincolati gli spilli di regolazione della miscela aria/benzina così da smagrire/ingrassare automaticamente la carburazione.
I vantaggi del motore a carburatori sono:
· L’alimentazione è composta da un sistema semplice e affidabile, completamente meccanico e in uso da sempre;
· Chiunque con un minimo di manualità e pochi attrezzi, in qualunque posto del mondo può risolvere un eventuale problema (in genere di sporcizia o rotture meccaniche di parti semplici come una molla tranciata ecc.)
I carburatori non sono molto efficienti sotto svariati aspetti:
· La carburazione è fissa, ovvero stabilite le varie posizioni dei tre spilli (massimo, intermedio e minimo) non è modificabile e risente dei cambi di temperatura e umidità fra estate e inverno;
· La correzione della carburazione con la quota è lineare e non “a controllo attivo” ovvero in base alla lettura dei dati in tempo reale;
· A motore freddo o caldo si ha un funzionamento più ruvido e irregolare;
· I consumi sono superiori a causa della scarsa accuratezza della carburazione: la regolazione dei carburatori è precisa ma sensibile ai cambiamenti climatici e giocoforza non “ottimizzata” per quella condizione specifica.
Rotax 912 iS
Già poco dopo il 2000 svariati costruttori ed elaboratori di motori stavano sviluppando in proprio un’iniezione elettronica da applicare all’ottima base 912 ULS, ottenendo risultati anche buoni. La Rotax è arrivata solo successivamente a proporre la versione ufficiale in quanto un colosso non può avere la rapidità di sviluppo che ha un’azienda terza né tantomeno può permettersi di proporre ufficialmente un sistema non collaudato secondo i rigidi iter che impone il blasone. Ma qualcosa bolliva in pentola e infatti nel 2012 viene presentato il nuovo 912 iS che apre definitivamente la serie 912 all’iniezione.
In foto il gruppo motore completo. Rispetto all’ULS si notano gli iniettori (sotto alle cover verdi), le ECU, la scatola fusibili e le pompe benzina (nella scatola inox).
Per iniezione elettronica si intende un sistema in cui l’iniezione e la regolazione della quantità di combustibile viene regolato da una centralina elettronica (ECU). Nel caso del 912 iS si tratta di iniezione indiretta in quanto gli iniettori (due per cilindro, nel cerchio rosso) sono alloggiati sul condotto di aspirazione invece che direttamente nella camera di combustione.
Due pompe parallele installate entrambe in un unico box in acciaio forniscono la benzina agli iniettori. Ogni pompa è indipendente e lavora ad una pressione di 3 bar (45 psi), ovvero circa dieci volte superiore alla pressione di alimentazione verso i carburatori. Sono fornite di serie con ogni 912 iS, a differenza del precedente 912 ULS nel quale la pompa elettrica è solo un optional di ausilio alla pompa meccanica ed è a cura dell’installatore.
Le due centraline ECU sono fornite dalla Rockwell Collins e sono installate entrambe nello stesso box a chiusura stagna (n.1) dal quale escono la linea A e la linea B corrispondenti a ogni centralina. Le due linee di alimentazione, dal serbatoio all’iniettore, sono indipendenti per avere la massima ridondanza: con una sola delle due linee il motore funziona regolarmente.
Su queste due linee convergono tutti i sensori che governano in tempo reale la carburazione e l’accensione del motore. Dalle ECU vengono quindi lette e analizzate la MAP e i giri motore, tutte le temperature come CHT, OIL T, EGT, OAT e ovviamente le pressioni della benzina e dell’olio, insieme alla posizione della manetta motore e la tensione del sistema.
Le centraline sfruttano i dati provenienti da tutti i sensori per governare gli iniettori e calibrare il rapporto aria/benzina in modo che rimanga sempre al livello desiderato, che può essere più o meno magro in base alle necessità. Sotto al 77% della potenza il motore passa alla modalità ECO con una carburazione vicina al rapporto stechiometrico 14.7:1 mentre sopra a tale percentuale si passa alla modalità POWER e la miscela viene leggermente ingrassata: parte della benzina rimane incombusta e viene sfruttata per ridurre le temperature come in qualunque motore aspirato, ma in quantità estremamente calibrata consentendo un grande risparmio di carburante.
L’interfaccia di diagnostica in cui si evidenziano tutti i dati in ingresso alle ECU.
I clienti sono stati da subito soddisfatti dell’affidabilità generale ma lamentavano soprattutto un deficit prestazionale rispetto alla versione ULS, che dopo varie comparazioni sia interne che indipendenti è risultato abbastanza evidente. Nel 2014 infatti la Rotax ha presentato la versione iS Sport con una nuova mappatura più aggressiva, un airbox più grande e una maggiore lunghezza dei collettori di aspirazione per portare le prestazioni dei due motori in un range di parità.
L’installazione del motore iS deve tenere conto del corretto posizionamento delle nuove centraline che governano l’iniezione e va posta cura assoluta alla posizione dei sensori. Un’errata installazione ad esempio delle sonde EGT può fornire alla centralina dei dati non corretti e di fatto può indurla a dei calcoli fuorvianti, ottenendo carburazioni inefficienti.
Se l’iniezione introduce nuove accortezze di cui tenere conto per l’installatore, per i piloti altri aspetti si semplificano:
· Sparisce il bowden del gas sdoppiato verso i carburatori che di sovente crea disallineamenti e ruvidità di funzionamento;
· Un nuovo airbox standard rimpiazza il classico airbox a comando manuale in quanto non è più necessaria l’aria calda al carburatore;
· La procedura di avviamento (incredibilmente soft) sostituisce automaticamente il choke manuale per la chiusura dell’aria al carburatore allo start;
· Non è più possibile montare pompe elettriche “esotiche” per la benzina in quanto è mandatory usare quelle di serie adatte all’iniezione, già fornite nella scatola in acciaio inox;
· Non è possibile utilizzare i classici sei strumenti motore analogici ma occorre un EMS compatibile con la ECU Rotax, da cui legge gli stessi dati utilizzati per l’iniezione;
· Le candele non si imbrattano o incrostano a causa di carburazioni troppo grasse o magre.
Dal punto di vista pratico i vantaggi sono molteplici e anche a livello di confort il passo avanti è tangibile.
Quale scegliere?
Come sempre, la decisione implica anche delle preferenze personali e deve tener conto dei vari campi di applicazione.
Il Rotax ULS è ancora molto apprezzato su mezzi semplici in cui la differenza di prezzo fra le due soluzioni (iS installato è più costoso di circa 5.000€ + IVA) influenza una scelta rispetto all’altra, mentre l’iS è largamente utilizzato (insieme al nuovo 915iS 141Hp) sui velivoli più costosi ed evoluti.
Come detto l’ULS offre i vantaggi di una manutenzione e gestione più a misura d’uomo grazie a componenti meccanici facilmente manutenibili, mentre l’iniezione grazie al doppio circuito ECU indipendente e la storia operativa ormai decennale dei motori iS Rotax conferma che si tratti di un sistema più che affidabile che offre numerosi vantaggi in termini di confort ed efficienza.
I vantaggi sui consumi “si ripagano” in base a quante ore vengono volate e a come, quindi ognuno può trarre le proprie conclusioni considerando agilmente un risparmio di carburante di circa il 20% a favore dell’iS.
La tabella ufficiale Rotax dei consumi del iS rispetto al ULS e ai principali concorrenti.
L’appuntamento è alla prossima settimana dove parleremo di un altro eterno dilemma: elica a passo fisso o variabile? Nel frattempo, fateci sapere che motore preferite!
