BMW VANOS e doppio VANOS: come funziona la fasatura variabile

Il BMW VANOS modifica il momento in cui le valvole si aprono e si chiudono rispetto al movimento dei pistoni. L’idea è semplice: una distribuzione adatta a un motore che gira lentamente non è necessariamente quella migliore quando il regime sale. Il variatore permette di correggere questo compromesso durante il funzionamento, senza sostituire le camme.

Per capire il sistema occorre separare tre grandezze spesso confuse: fasatura, durata e alzata. Il VANOS interviene sulla prima. Il doppio VANOS estende il controllo ai due alberi, di aspirazione e di scarico. Valvetronic aggiunge un’altra possibilità, la regolazione dell’alzata delle valvole di aspirazione. Sono funzioni differenti, che possono lavorare insieme.

Perché una fasatura fissa deve accettare un compromesso

In un motore a quattro tempi le valvole devono far entrare la carica fresca e uscire i gas combusti. L’albero motore determina la posizione dei pistoni; gli alberi a camme comandano le valvole. La trasmissione della distribuzione mantiene sincronizzati questi movimenti.

I gas, però, non si comportano come un interruttore: hanno inerzia e incontrano differenze di pressione. L’istante utile per terminare l’aspirazione dipende anche da quanto rapidamente si muove il pistone e dalle condizioni nei condotti. Far coincidere sempre la chiusura con una posizione geometrica scelta una volta per tutte non garantisce il migliore riempimento in ogni situazione.

Una fasatura fissa incorpora una scelta del progettista. La fasatura variabile rende modificabile una parte di quella scelta. Non elimina i limiti del motore e non rende tutte le regolazioni equivalenti: consente alla gestione elettronica di cercare una soluzione più adatta al punto di funzionamento.

Fase, durata e alzata: tre comandi diversi

L’alzata è lo spostamento della valvola dalla propria sede. La durata angolare indica per quanto angolo di rotazione la valvola rimane aperta. La fase colloca quell’evento rispetto al ciclo del pistone. In termini intuitivi, il profilo della camma descrive una finestra: la fasatura ne sposta la posizione nel ciclo, senza necessariamente cambiarne l’ampiezza.

Con un variatore di sola fase, anticipare l’albero a camme anticipa sia l’apertura sia la chiusura delle valvole che comanda. Ritardarlo sposta entrambi gli eventi nella direzione opposta. La forma della camma e la sua alzata geometrica rimangono le stesse. Anche la durata espressa come angolo rimane invariata; la durata in tempo, invece, dipende dal regime del motore.

Come il VANOS cambia il rapporto fra camma e ingranaggio

La ruota della distribuzione continua a ricevere il movimento dall’albero motore. Il variatore introduce una possibilità di rotazione relativa controllata fra quella ruota e l’albero a camme. Non lascia l’albero libero e non salta i denti della catena: modifica il collegamento all’interno del dispositivo previsto per questa funzione.

Nella ricostruzione ufficiale BMW dei sei cilindri, la soluzione introdotta sull’M50 nel 1992 comprende un elemento mobile assialmente e accoppiamenti scanalati, fra cui una dentatura elicoidale. La geometria elicoidale traduce lo spostamento lungo l’asse in una variazione della posizione angolare. L’azionamento idraulico permette così di passare fra le fasature previste.

È un passaggio meccanico importante: l’olio non cambia la forma dei lobi della camma, ma aziona il dispositivo che ne sposta la fase. Le prime applicazioni M50 descritte da BMW adottavano una regolazione fra posizioni definite. Non bisogna estendere questa caratteristica a qualsiasi motore che porti il nome VANOS: la famiglia comprende architetture e possibilità di regolazione differenti.

Che cosa aggiunge il doppio VANOS

Con il comando del solo albero di aspirazione cambia la posizione degli eventi di aspirazione rispetto al pistone e allo scarico. Con il doppio VANOS anche l’albero di scarico può essere regolato. Diventano disponibili due variabili, invece di una sola.

Una conseguenza riguarda l’incrocio: l’intervallo nel quale aspirazione e scarico sono contemporaneamente aperti attorno al passaggio fra scarico e aspirazione. Spostare separatamente i due alberi permette di modificarlo. Il risultato sul ricambio dei gas dipende dalle pressioni e dalle condizioni del motore: più incrocio non significa automaticamente più coppia, né meno incrocio garantisce sempre meno consumi.

Il controllo dei gas residui e del riempimento diventa quindi più flessibile. La regolazione non segue soltanto i giri: anche carico richiesto e condizioni di funzionamento contribuiscono alla scelta. La fasatura è parte della gestione complessiva del propulsore, insieme ad alimentazione, accensione e, quando presente, sovralimentazione.

Dall’M50 alla M3 e alla Serie 3: le date da distinguere

Il 1992 è un riferimento centrale nelle ricostruzioni storiche BMW: il VANOS compare sui sei cilindri M50 e sulla M3 E36, il cui propulsore appartiene però alla famiglia S50. Stesso nome commerciale non significa identico sistema di attuazione o identica strategia.

La M3 E36 aggiornata nell’autunno 1995 adotta il motore S50B32. La cronologia ufficiale BMW colloca il doppio VANOS già nel 1995. Diverso è il passaggio dei sei cilindri di grande serie M52: la documentazione storica ne descrive la revisione con regolazione continua dei due alberi nel 1998, con la nuova Serie 3. Queste date riguardano famiglie differenti; non sono due date alternative per un unico aggiornamento esteso a tutta la gamma.

Per questo non è corretto ricavare il tipo di VANOS soltanto dalla cilindrata, dalla scritta sul cofano o dal decennio. Occorre identificare codice motore e versione. Anche le applicazioni M destinate a mercati diversi non vanno automaticamente sovrapposte alle versioni europee.

Olio, elettrovalvole e controllo della posizione

Un comando elettronico diventa utile solo se il meccanismo raggiunge effettivamente la posizione richiesta. Nei sistemi di variazione continua, il controllo confronta il riferimento desiderato con la posizione ricavata dai sensori degli alberi. Le elettrovalvole dosano l’azione idraulica per correggere lo scostamento.

La documentazione tecnica Schaeffler descrive anche variatori a palette: un rotore collegato alla camma si muove rispetto allo statore azionato dalla distribuzione, grazie all’olio nelle camere. È un’altra realizzazione del principio di variazione della fase, da non scambiare con il cinematismo elicoidale storico. La soluzione costruttiva va verificata sul motore specifico.

Pressione disponibile, viscosità e perdite interne influenzano la risposta di un attuatore idraulico. Avviamento e condizioni transitorie richiedono accorgimenti dedicati. Questo spiega perché l’olio sia parte funzionale del sistema, ma non autorizza una diagnosi a distanza: rumori o irregolarità non identificano da soli un guasto al VANOS. Specifiche del lubrificante, procedure e tolleranze devono provenire dalla documentazione del veicolo interessato.

VANOS e Valvetronic non sono sinonimi

BMW introduce Valvetronic nella produzione di serie nel 2001. Il suo compito caratteristico è variare l’alzata delle valvole di aspirazione mediante un cinematismo con elemento intermedio e albero eccentrico. Il dossier della 745i del model year 2003 descrive questa regolazione insieme alla variazione di fase.

La distinzione è concreta: VANOS decide dove nel ciclo si colloca il profilo; Valvetronic modifica quanto si apre la valvola. L’integrazione amplia il controllo della carica e può ridurre le perdite di pompaggio. Non significa che qualsiasi BMW con VANOS possieda anche Valvetronic, né che la farfalla sia fisicamente assente da ogni motore che lo adotta.

Un esempio già affrontato su GommeBlog è il report sulla BMW M5 del 2011, nel quale i due sistemi compaiono nello stesso propulsore. Qui il punto è il principio: adattare la respirazione del motore, conservando un riferimento meccanico preciso fra pistoni e valvole. Non esiste una percentuale di guadagno valida per l’intera storia del VANOS; un confronto quantitativo richiederebbe motori, tarature e condizioni di prova compatibili.

Fonti e documentazione tecnica

• BMW — storia dei sei cilindri in linea: M50, principio elicoidale e revisione M52 del 1998.
• BMW — 80 anni di produzione automobilistica: cronologia VANOS, doppio VANOS e Valvetronic.
• BMW M — ritratto della M3 E36: S50 e aggiornamento dell’autunno 1995.
• BMW — cinque generazioni di Serie 3: E36, E46 e introduzione Valvetronic.
• BMW USA — dossier 745i e 745Li, model year 2003: distinzione fra variazione di fase e di alzata.
• Schaeffler — Smart Phasing, simposio 2014, pp. 160–163: attuatori e regolazione idraulica.

La figura nel testo è uno schema qualitativo originale, senza dati dimensionali o curve sperimentali. La copertina è un’illustrazione concettuale generata con AI di una testata bialbero: non documenta un componente BMW specifico e non è una sezione costruttiva certificata.