Dal carburatore al ride-by-wire: la rivoluzione della moto

In poco meno di venti anni, la moto è passata dall’omologazione Euro 1 alla Euro 4. Una vera e propria rivoluzione, che ha costretto le case a investire in ricerca e a introdurre innovazioni tecnologiche profonde. Ora si prepara la Euro 5, e per i mezzi a due ruote sarà un altro passaggio epocale. Ne parliamo in una chiacchierata a ruota libera con l’Ing. Francesco Simone, che in Honda Europe si occupa di sviluppo dei veicoli

Euro 1, Euro 2, Euro 3, Euro 4. Nei 19 anni trascorsi da quando ha debuttato il primo protocollo Euro 1, le moto si sono dovute adeguare a limiti delle emissioni inquinanti sempre più severi. Il taglio è stato durissimo, e sono cambiate pure le metodologie di prova, obbligando le case a investire in ricerca, per centrare l’obiettivo dell’omologazione mantenendo buone prestazioni e gradevolezza di guida dei loro mezzi.
Una rivoluzione tecnologica profonda, di cui ci parla l’ing, Francesco Simone, Technical Quality Manager di Honda Europe. A lui abbiamo chiesto di raccontarci come moto e scooter sono cambiati negli anni in funzione dell’evoluzione normativa.
Elettronica, elettronica e ancora elettronica. Certo. Anche con risvolti inaspettati. Ma pure investimenti sul motore, perché il rendimento migliore e la durata nel tempo passano anche attraverso un affinamento della meccanica e lo studio dei materiali. E ora, in preparazione della futura Euro 5, le nostre moto si preparano a cambiare ancora.

Ma partiamo dal principio, e chiedamo all’ing. Simone qual è stata l’evoluzione dei cicli d’omologazione motociclistici negli anni.
“Fino alla Euro 2, il ciclo d’omologazione prevedeva una prima fase di riscaldamento del motore e del sistema di scarico, in particolare del catalizzatore, pari a 400 secondi. I gas emessi in quella fase non venivano presi in considerazione. Per i costruttori era un grosso vantaggio, perché consentiva di ingrassare la miscela aria-benzina, migliorando il funzionamento del motore a freddo; ma emettendo molto ossido di carbonio (CO) e molti idrocarburi incombusti (HC).
Con i nuovi protocolli d’omologazione, il tempo di riscaldamento è stato azzerato: a partire dalla Euro 3 il ciclo di analisi dei gas di scarico prende il via sin dall’avviamento del motore. Non a caso, le prime moto Euro 3, uscite nel 2006, avevano una pessima erogazione, soprattutto a freddo. C’erano infatti tutti quei problemi che fino ad allora in presenza di basse temperature venivano bypassati ingrassando la miscela aria-benzina. Problemi successivamente risolti lavorando sull’elettronica.
A parte questa novità del ciclo che partiva dal motore freddo però, per il resto le modalità della prova con la Euro 3 erano ancora le solite: profili stazionari, fatti a gas e regime costante, con una serie di scalini per salire di velocità. Si partiva da 15, quindi 30, poi 50 km/h. La velocità media del ciclo d’omologazione, per le moto al di sopra dei 150 cc, era di appena 29 km/h, su 12,9 percorsi al banco per ultimare la prova. Solo per un tratto molto breve si raggiungevano i 120″.

Quand’è che sono cambiate le cose?
“Il 01 Luglio 2007. Fu allora che la direttiva 2006/72/EC, ha dato ai costruttori la possibilità di omologare secondo un altro ciclo di emissione, l’ECE TRANS 180, detto anche WMTC (World Motorcycle Test Cycle). Si tratta di un ciclo di prova armonizzato per i veicoli a due ruote, molto più approfondito rispetto al precedente. Le moto con questo protocollo sono divise in 3 classi, a seconda di cilindrata e velocità massima. E ci sono pure delle sottoclassi, sempre riferite alla velocità massima del veicolo.
La cosa più importante è che con il WMTC si è simulato un percorso di guida molto più reale, rispetto al precedente ECE R47. Non ci sono più infatti velocità costanti intervallate da accelerazioni e decelerazioni; piuttosto una serie di continue accelerazioni e decelerazioni, quasi in assenza di velocità costante. E le accelerazioni sono molto più forti, con aperture pronunciate dell’acceleratore.
Questo ha significato l’esigenza di ottimizzare in funzione delle emissioni la mappa di funzionamento del motore su un range più alto. E, ovviamente, gli inquinanti emessi sono per forza di cose maggiori. Tanto che i valori limite sono stati leggermente aumentati. Con il vecchio protocollo il CO era 2, l’HC a 0.3 e il NOx a 0.15; ora tali valori sono stati portati rispettivamente a 2.62, 0.36 e 0.22.
Honda ha adottato tale ciclo dal 2010. La prima moto omologata con il WMTC è stata il CBF1000F, quello con una sola marmitta a destra. La nostra casa si era autoimposta l’adozione di questo ciclo, anche se ci è costato una più severa mappatura motore. Ma per Honda è importante l’attenzione alle emissioni”.

Quindi la novità è nelle variazioni frequenti di regime e velocità?
“Non solo. Con la precedente ECE R47 il motore veniva testato in una range fra il 10 e il 20% della sua mappatura di funzionamento, a seconda del tipo di veicolo e di altri parametri. Con il WMTC, si va dal 35 al 60%. Quindi il nuovo protocollo va a verificare il funzionamento del veicolo su un ben più ampio range d’utilizzo”.

È stato impegnativo l’adeguamento al nuovo ciclo per i costruttori?
“Assolutamente si: i costi di sviluppo sono aumentati vertiginosamente. Fare un veicolo che rispetti le norme antinquinamento e vada anche bene dal punto di vista della guidabilità, costa tantissimo in ricerca e sviluppo.
Costa dal punto di vista dei test, ma prima ancora costa tanto per la potenza di calcolo necessaria. Il problema d’erogazione dei primi Euro 3 è stato risolto investendo in ricerca e sviluppo, migliorando il controllo della massa di combustibile introdotta con ECU sempre più potenti e con sistemi aggiuntivi di abbattimento degli inquinanti.
Noi come Honda ci stiamo dentro senza problemi. Abbiamo veicoli che emettono anche meno della metà di quanto consentito dalle norme d’omologazione. Perché la nostra casa come policy preferisce investire sulle superfici catalizzanti e sul controllo veicolo.
Si è dunque aumentato il volume del catalizzatore, ottimizzata l’iniezione, ma questo ha aumentato il costo del veicolo. E uno dei costi maggiori, anche se si stenta a crederlo, è proprio il catalizzatore, perché contiene metalli nobili come il rodio e il palladio”.

È cambiato qualcosa anche nella progettazione dei motori?
“Certamente. Quando si progetta un nuovo propulsore ormai si debbono fare investimenti importanti, per garantirsi la possibilità di poterlo facilmente adeguare alle future normative d’omologazione. Le emissioni inquinanti non sono infatti generate e controllabili solo con iniezione e catalizzazione. Di base serve anche un buon motore.
Quindi si studiano i pistoni, le fasce, i raschiaolio, la lavorazione delle canne cilindro. Si fa la differenza sviluppando il profilo giusto per una fascia, e posizionandola nella maniera migliore. La nostra casa preferisce spingere al massimo sulla tecnologia interna, per ridurre al minimo gli attriti. Una strada che percorriamo con materiali, lavorazioni e trattamenti; piuttosto che con riporti superficiali. Perché il materiale riportato si può staccare, mentre se un pezzo è realizzato di suo con materiale pregiato, sicuramente avrà un’affidabilità e una durata nel tempo superiori. Ovviamente si tratta di una scelta filosofica che comporta costi maggiori.
Però il risultato è che oggi abbiamo ancora motori a catalogo che sono partiti come Euro 2 e che adesso sono Euro 4. Come succede con il VFR 800 V-Tec, un propulsore nato nel 2001. Abbiamo dovuto fare piccoli miglioramenti interni, ma di base il motore è quello”.

Al di là di minori emissioni e di costi più alti delle moto, le nuove normative hanno portato altro?
“L’effetto più grande è stato sicuramente il grande investimento sullo sviluppo delle centraline elettroniche. Fino all’Euro 2 c’era ancora qualche carburatore. Da lì in poi, l’evoluzione dei sistemi elettronici di controllo è stata enorme. Ormai siamo quasi tutti al ride-by-wire, con sistemi che migliorano anche l’efficienza globale della moto. Sia dal punto di vista prestazionale che ambientale”.

Perché il Ride-by-Wire è così importante?
“Perché rende la combustione efficiente al massimo in qualsiasi condizione di marcia. L’esempio più facile è quello dell’utente che guida con una marcia alta a basso regime di giri e vuole accelerare più forte possibile. In questa situazione può fare l’errore di aprire subito al massimo il comando dell’acceleratore, cosa che, con i sistemi tradizionali a comando meccanico del corpo farfallato, può generare una cattiva combustione, e un’accelerazione meno efficace.
Aprire “troppo” l’acceleratore a basso regime può infatti causare riempimenti non corretti e scarse performance. In questa situazione il rendimento migliore si ha aprendo gradualmente l’acceleratore.
Con l’elettronica moderna e il ride-by-wire, il sistema legge la richiesta di coppia del guidatore, e regola l’apertura delle farfalle e tutti i parametri del motore per garantire la migliore accelerazione possibile, salvaguardando anche la migliore prestazione ambientale.
Oltre questo, collegati alle centraline attuali ci sono tutti i sistemi di controllo e sicurezza. Perché, avendo dovuto investire soldi sull’iniezione, oggi quell’elettronica può essere sfruttata per fare anche altro, come i controlli di sicurezza. Se ci pensate successe la stessa cosa nelle auto, solo con qualche anno d’anticipo”.

Quindi alla fine il giudizio sulla Euro 4 con protocollo WMTC è positivo.
“Si. Ed è interessante che la nuova normativa Euro 4 preveda anche il controllo delle emissioni di inquinanti non derivati dai processi di combustione.
C’è ad esempio la prova evaporativa, che misura l’emissione di idrocarburi incombusti dal serbatoio e che ha costretto tutte le case a montare il Canister, uno strumento che impedisce il rilascio in atmosfera dei vapori usciti dal serbatoio. Ancora, la prova di emissione dei basamenti, per il controllo dell’emissione dei vapori che si hanno dall’interno dei motori.
Positivo anche che sia stata inserita la prova di durability del livello di emissioni del motore a 30mila km. E il fatto che con i nuovi cicli riusciamo a testare il 60% del range d’utilizzo di un propulsore. Con un solo neo: se per una turistica quel range probabilmente sarà quello di più frequente utilizzo, per la supersportiva siamo fuori”.

Vale a dire?
“Che il range d’utilizzazione non controllato nel ciclo d’omologazione, quel 40% che resta fuori, probabilmente è proprio quello nel quale più frequentemente si utilizzano le moto supersportive. Gli alti regimi, le marce tirate”.

Come saranno i motori del futuro?
“Lo studio che stiamo facendo è sull’applicazione dell’iniezione diretta, una tecnologia che potrebbe rappresentare un grosso salto in avanti. Con questa infatti si dovrebbero riuscire a creare zone più o meno stratificate di carica nella camera di combustione; zone dove la combustione è magra e zone dove invece è stechiometrica. Servirebbe a ridurre i consumi, perché se hai un motore da 1000 cc e a ogni ciclo ci immetti un litro d’aria, oggi per una combustione uniforme devo introdurci una determinata quantità di carburante –il rapporto stechiometrico ideale è 14,7:1-. Con l’iniezione diretta c’è la possibilità, se non serve la prestazione, di introdurre una quantità ridotta di benzina, per ottenere solo la prestazione che si desidera. Perché si può localizzare il punto di combustione e creare lo stechiometrico solo in quel punto. Però abbiamo un problema ancora da risolvere, quello degli ossidi d’azoto, i NOx. Si tratta dell’inquinante di cui oggi si parla di più, e si forma quando nel motore ci sono temperature elevate e grandi quantità d’aria. Il motore a benzina, paradossalmente, produce molti NOx quando deve rispettare le norme sulle emissioni, perché si tende a farlo funzionare magro”.

Come se ne viene fuori?
“In realtà con le moto abbiamo meno problemi che con altri veicoli, e riusciamo a tenere il rapporto stechiometrico corretto, senza dover smagrire troppo. Perché per avere buone prestazioni, soprattutto in accelerazione, bisogna ingrassare anche oltre il rapporto stechiometrico. Cosa che aumenta la velocità del fronte di fiamma. Diciamo di più: se metto ancora più benzina, non riesco a bruciarla tutta, perché non c’è aria a sufficienza, ma quella che esce senza bruciare raffredda le valvole di scarico, preservandole da danni. In questo modo però aumentano CO e HC.
Il risultato è che questi inquinanti, CO, HC e NOx, alla fine escono nei gas di scarico, e vengono ridotti dal catalizzatore, che li scompone. E dalle reazioni chimiche nello scarico esce CO2, che non è un veleno, ma è comunque un gas serra”.

Un problema irrisolvibile
“Forse si. Se vuoi il motore ad alte prestazioni, per farlo funzionare devi ingrassare la miscela aria-benzina, con il risultato di produrre inquinanti che il catalizzatore poi tramuta in CO2. Altrimenti meno prestazioni.
Dipende anche dalla progettazione. Per i motori più sportivi, ovviamente a basso regime di rotazione, proprio la zona dove si fa il test d’omologazione, il rendimento non sarà ottimale. Perché sono pensati per funzionare al meglio ai regimi più alti. Ecco perché un nostro CBR1000RR 2017, emette nominalmente 132 g/km di CO2, mentre l’Africa Twin è già a quota 109. Entrambi sono da 1000 cc, ma il secondo è progettato per funzionare a regimi inferiori. Poi c’è la NC 750, che fa addirittura 81 g/km. Quel bicilindrico è il motore che si avvicina di più a quello di un’auto, perché è un corsa lunga, gira piano. E rende bene anche ai regimi del ciclo d’omologazione”.

È per questo che alcune moto hanno valori di CO2 emessa analoghi a quelli di molte auto?
“Non solo. Il ciclo d’omologazione più severo che noi abbiamo adottato nel 2010, il WMTC, per le auto sta debuttando ora, con l’acronimo WLTP. Quindi, fino a oggi i valori di CO2 emessi non erano neanche confrontabili. Ora si prevede che con il nuovo ciclo d’omologazione i costruttori di vetture dovranno dichiarare valori del 20-25% più alti”.

E con l’Euro 5, cosa succederà?
“Scenderanno ancora le emissioni inquinanti, e la misurazione degli HC prevederà il controllo di quelli non metanici, che sono una frazione degli HC totali. La vera novità però sarà l’OBD2, la seconda fase dell’On Board Diagnostic, vale a dire dei controlli elettronici dei parametri di funzionamento del motore e dei suoi sistemi antinquinanti. In pratica la moto dovrà accorgersi da sola se le emissioni sono per qualche motivo peggiorate, o se qualche componente non funziona correttamente, dovrà avvisare il guidatore con apposita spia e ridurre la prestazione, consentendo di andare immediatamente a un centro di assistenza.
Per implementare queste funzionalità serviranno più sensori e di migliore qualità, e centraline più potenti. Le auto già ce l’hanno”.

Questo articolo è stato completato da una seconda puntata, pubblicata sulla rivista InMoto e ripresa su Netbikers: Rivoluzione Euro 5 in arrivo

Qui il video ufficiale Honda sul sito produttivo di Atessa