L’avviamento a caldo dei motori ad iniezione

E’ risaputo che i motori a iniezione sono più efficienti dei motori a carburatore perché garantiscono una migliore distribuzione delia miscela nei cilindri.
Inoltre, i motori a iniezione riducono praticamente a zero le probabilità di fare ghiaccio, dato che il carburante viene iniettato nelle luci di aspirazione immediatamente a monte delle valvole.
Per contro, i motori a iniezione costano di più dei motori a carburatore, richiedono più manutenzione e a volte mettono i piloti in serie difficoltà quando si tratta di effettuare delle messe in moto a motore caldo.
E proprio di questo problema che ci vogliamo occupare nel presente articolo.
I motori a iniezione che equipaggiano i moderni aerei leggeri sono praticamente tutti di costruzione Lycoming o Continental e differiscono fra di loro in alcuni dispositivi particolari impiegati nell'impianto di iniezione.
Le procedure di avviamento vengono però studiate e suggerite ai piloti non dai costruttori dei motori, bensì dai costruttori degli aerei tramite i manuali di impiego e sono in genere diverse da aereo ad aereo anche quando il motore installato è lo stesso.
Ciò è dovuto al fatto che ogni tipo di aereo viene equipaggiato con impianti del carburante, impianti di aspirazione, e impianti di raffreddamento di volta in volta diversi, a seconda delle esigenze di costruzione e di impiego.
Nonostante le istruzioni e i consigli dei costruttori, per moltissimi piloti l'avviamento a caldo di un motore a iniezione rimane però sempre un fatto misterioso e la buona riuscita dell'operazione viene in parte attribuita a magia e in parte a fortuna.
I casi di batterie scaricate e di motorini di avviamento bruciati durante i ripetuti e vani tentativi di avviamento sono numerosissimi.
Noi non vogliamo qui sostituirci ai costruttori elaborando procedure particolari di avviamento: vorremmo solo cercare di far capire ai piloti perché l'avviamento a caldo di un motore a iniezione possa risultare tanto difficile.

La figura 1 illustra schematicamente gli elementi che costituiscono un impianto di iniezione e il percorso seguito dall'aria e dal carburante che dovranno miscelarsi nei cilindri.
Il carburante in arrivo dai serbatoi viene prima fatto passare attraverso una pompa elettrica ausiliaria e quindi attraverso la pompa meccanica azionata dal motore, la quale provvede a inviarlo sotto pressione all'iniettore.
L'iniettore è il cuore dell'impianto: esso provvede infatti a inviare al motore l'appropriata quantità di carburante e di aria, in funzione della posizione della manetta e del correttore di miscela a esso collegati.
Il carburante che arriva in eccesso all'iniettore viene spesso rimandato ai serbatoi tramite un apposito condotto.
Una volta dosato dall'iniettore, il carburante viene inviato a un distributore che provvede a suddividerlo in tante parti uguali fra loro quanti sono i cilindri del motore.
Dal distributore, generalmente installato nella parte alta del motore, partono quindi i condotti che portano il carburante agli ugelli di iniezione montati nelle teste dei cilindri (fig. 2).
Qui il carburante si miscela con l’aria, in arrivo attraverso il collettore di aspirazione, dopo essere stata dosata dalla valvola a farfalla ubicata nell'iniettore.

Le bolle di vapore

Il problema dell'avviamento a caldo deriva dalla vicinanza dei condotti del carburante ai cilindri e alle altre parti calde del motore quando questo non riceve più il flusso d'aria di raffreddamento generato dall'elica e dal moto dell'aereo durante il funzionamento (fig. 3).
Una volta spento il motore, pertanto, i condotti del carburante si surriscaldano per conduzione, per irraggiamento e per mancanza di raffreddamento.
La conseguenza è l'ebollizione del carburante in essi contenuto, e la formazione di bolle di vapore che espandendosi spingono sempre più a monte verso i serbatoi il carburante rimasto allo stato liquido.
Poiché per l'avviamento è necessario che il motore riceva un flusso continuo di carburante liquido, ecco che finché le bolle di vapore non vengono eliminate, nei cilindri non può avere luogo la combustione, per il semplice motivo che la benzina non può arrivare.
L'evaporazione del carburante comincia alcuni minuti dopo lo spegnimento del motore e continua per un periodo di tempo variabile da 30 a 60 minuti, a seconda della temperatura esterna.
Qualora si prevedesse di dover riavviare il motore entro un'ora dallo spegnimento, si potrebbe evitare di far evaporare il carburante disponendo l'aereo col muso rivolto verso il vento, e aprendo le cappottature superiori del vano motore.
In questo modo il calore del motore si disperde nell'atmosfera per irraggiamento, e il processo viene favorito dalla corrente d'aria fredda richiamata dal basso dal moto convettivo che viene innescato. Un altro problema che può complicare l'avviamento a caldo di un motore a iniezione è quello del posizionamento da parte del pilota della manetta e del correttore di miscela, così da far arrivare ai cilindri una miscela aria-benzina di titolo appropriato.
Il problema non si presenta per i motori a carburatore, dato che quest'organo provvede più o meno automaticamente a miscelare le due sostanze.
Il produrre la giusta miscela in un motore a iniezione caldo, invece, specialmente d'estate, può risultare particolarmente difficile per la minor density dell'aria di alimentazione, per cui molte volte si finisce per "smanettare" in modo errato, col risultato di ingolfare il motore, o di fargli arrivare una miscela troppo povera: in entrambi i casi la combustione non può aver luogo.
L'avviamento a caldo viene ulteriormente aggravato da due fatti:
- dopo lo spegnimento le parti del motore cominciano a raffreddarsi e quindi a contrarsi.
I cilindri si raffreddano più rapidamente dei pistoni situati al loro interno, col risultato che il gioco fra i due organi si riduce e provoca un maggior attrito quando i pistoni si devono muovere.
- Questo maggior attrito deve essere vinto dal motorino di avviamento, il quale si trova già in condizioni sfavorevoli dato che la sua temperatura è pure molto alta per la vicinanza ai tubi di scarico e alle altre parti calde del motore.
(A questo proposito i piloti dovrebbero ricordare che il motorino di avviamento non va in genere azionato in continuazione per più di 30 secondi, e fra un'applicazione e la successiva bisogna lasciarlo raffreddare per almeno 4 o 5 minuti.
Le sollecitazioni prolungate del motorino causano un suo surriscaldamento interno che può portare alla fusione dell'avvolgimento elettrico e quindi all'avaria totale, che si può manifestare immediatamente o durante un intervento successivo.
Inoltre, se un motore non è andato in moto dopo 30 secondi di tentato avviamento, è probabile che in moto non ci vada neanche prima di aver scaricato la batteria e fuso il motorino.)

Con la pompa ausiliaria
Il più delle volte il motore va in moto dopo aver a lungo insistito col motorino di avviamento.
Ciò avviene perché mentre il motore gira, azionato dallo starter, la sua pompa meccanica riesce a liberare i condotti dal vapore e a farli riempire di carburante liquido richiamato dai serbatoi.
Lo stesso risultato si può ottenere, senza sollecitare inutilmente lo starter, semplicemente servendosi della pompa elettrica ausiliaria.
La procedura è la seguente:
1) manetta tutta avanti;
2) correttore di miscela tutto indietro;
3) pompa elettrica ausiliaria azionata per una ventina di secondi.
Durante questo tempo, la pompa elettrica richiama carburante liquido dai serbatoi e lo spinge lungo i condotti surriscaldati e intasati di vapore.
Il passaggio del carburante fresco, oltre a spurgare i condotti dal vapore, ne raffredda le pareti ed evita cosi il continuarsi del fenomeno di evaporazione.
La manetta va tenuta tutta avanti perché alcuni aerei monomotore incorporano nell'impianto di iniezione degli interruttori che impediscono alla pompa ausiliaria di sviluppare la sua mandata massima quando la farfalla è parzialmente chiusa.
Il correttore va tenuto tutto indietro per impedire al carburante di arrivare ai cilindri e di ingolfare il motore.
Trascorsi i circa venti secondi, si può procedere alla messa in moto nel modo seguente:
1) pompa elettrica esclusa;
2) manetta indietro (cosi da lasciare la farfalla solo parzialmente aperta);
3) correttore tutto avanti;
4) azionare lo starter coi magneti inseriti.

Un caso frequente
Dato che, durante l'operazione di spurgo, una piccola quantità di carburante sarà riuscita a giungere agli ugelli nonostante il correttore in posizione chiusa, i cilindri contengono già il carburante necessario per la combustione, e il motore dovrebbe partire immediatamente.
L'avviamento a caldo di un motore a iniezione non è però una scienza esatta e può benissimo succedere che, nonostante tutto, il motore non parta.
A questo punto i casi sono due:
il motore si è ingolfato;
l'impianto di iniezione è ancora pieno di vapore che fa cavitare le pompe e non permette al carburante liquido di giungere ai cilindri.
Il primo caso è generalmente il più frequente, e per risolvere il problema basta applicare la procedura di avviamento col motore ingolfato, che prevede i seguenti passi:
1) manetta tutta avanti per far arrivare ai cilindri la maggior quantità di aria possible, necessaria per smagrire la miscela eccessivamente ricca;
2) correttore chiuso per impedire che altro carburante raggiunga i cilindri prima della messa in moto; 3) azionare lo starter coi magneti inseriti.
Mentre il motore gira sotto l'azione dello starter, il carburante presente nei cilindri viene espulso attraverso le valvole di scarico.
A forza di eliminare carburante e far arrivare aria, giunge il momento in cui la miscela raggiunge il titolo perfetto per la combustione e il motore comincia a dare segni di vita.
A questo punto, la manetta va riportata indietro per non mandare il motore a un numero di giri troppo elevato, senza peraltro chiudere completamente la farfalla, e il correttore va portato gradualmente tutto avanti per consentire al motore di ricevere un flusso costante di carburante liquido.
Se, ad avviamento avvenuto, il motore dà segni di funzionamento irregolare, vuol dire che c'è ancora qualche bolla di vapore nei condotti.
In tal caso, è bene inserire la pompa elettrica per favorire lo spurgo.

Lavoro da meccanico
Nel caso meno frequente in cui il motore non si avvia perché le pompe cavitano (il fenomeno è in genere segnalato dal manometro della pressione del carburante che non sale nell'arco verde) non resta altro da fare che aprire il cofano del motore per favorire il raffreddamento e aspettare almeno un paio d'ore che il vapore presente nei condotti torni a condensare.
Chi invece avesse estrema urgenza di ripartire e avesse la fortuna di trovarsi su un aeroporto dove è reperibile un meccanico specializzato, potrebbe risolvere il problema facendo eseguire al meccanico lo spurgo dell'impianto.
E’ un lavoro che va eseguito scollegando il condotto del carburante fra la pompa meccanica e l'iniettore e azionando la pompa elettrica finché il tubo non smette di sputare bolle di vapore e non si vede uscire un getto continuo di carburante liquido.
Far eseguire questo lavoro da un profano è sconsigliabile: perciò, prima di improvvisarsi meccanici, è bene pensarci due volte.
Molti si chiederanno come mai il problema dell'avviamento a caldo, che a volte esaspera i piloti, si manifesta solo per i motori a iniezione aeronautici e non si verifica invece per i motori a iniezione automobilistici.
Ci sono diverse ragioni che rendono diverso il comportamento dei due tipi di motore.
Innanzi tutto nel vano motore di un'automobile non si accumula tanto calore quanto invece se ne accumula in quello di un aeroplano:
il motore dell'automobile è infatti raffreddato a liquido, lo spazio del vano motore è maggiore, e la sua parte inferiore è quasi completamente aperta.
Secondariamente molti motori automobilistici sono a iniezione diretta, cioè il carburante viene iniettato direttamente nei cilindri anziché nel collettore di aspirazione.
Infine i motori automobilistici, per i quali qualche chilogrammo in più o in meno ha scarsa importanza, sono equipaggiati con pompe molto più potenti di quelle dei motori aeronautici, le quali spurgano rapidamente l'impianto dalle eventuali bolle di vapore.
Indicativamente, le pompe automobilistiche generano pressioni dell'ordine dei 1.500 p.s.i. (pounds square inch = libbre per pollice quadrato), mentre quelle aeronautiche generano 50 p.s.i.
Con quanto abbiamo detto più sopra non pretendiamo certo di aver inventato la formula magica per l'avviamento a caldo dei motori a iniezione, i quali continueranno a comportarsi come prime donne e a fare capricci.
Ma siamo convinti che la conoscenza di ciò che accade nei motore e di ciò che si dovrebbe fare per riuscire a ottenere un avviamento a caldo, potrà far risparmiare qualche batteria e qualche motorino di avviamento (e molte dosi di imprecazioni inutili).

Rizzardo Trebbi
Volare, Ottobre 1990