Il processo inizia con l’aria che viene aspirata attraverso il filtro frontale, generosamente dimensionato per garantire portate elevate anche in condizioni di forte polverosità. L’aria entra nel compressore volumetrico, il primo elemento attivo della catena. Il volumetrico, essendo meccanicamente collegato all’albero motore, comprime l’aria in modo proporzionale ai giri del motore stesso. E così ha inizio una delle più belle storie tecniche di potenza senza compromessi.

Quando si parla di evoluzione estrema della sovralimentazione, pochi motori hanno lasciato un’impronta così profonda come l’Abarth 233 ATR sviluppato per la Lancia Delta S4. Frutto di un progetto che univa le esperienze maturate da Lampredi e dall’ingegneria sperimentale di Abarth nei prototipi da salita e da circuito, il quattro cilindri S4 rappresenta una delle massime espressioni della termodinamica da competizione degli anni Ottanta, capace di fornire potenze comprese tra 550 e oltre 650 CV da appena 1.759 cm³, grazie a un sistema di sovralimentazione unico nel rally: combinazione di compressore volumetrico e turbocompressore in configurazione “twincharging”.

Uno degli aspetti più affascinanti del motore Abarth della Delta S4 non è soltanto la presenza combinata di un compressore volumetrico e di un turbocompressore, ma il modo in cui i due sistemi vengono orchestrati per ottenere una curva di erogazione che nessun altro motore da rally dell’epoca avrebbe potuto offrire. A differenza di molte soluzioni moderne, nelle quali il compressore viene utilizzato per colmare un vuoto ben preciso, sulla S4 l’intero sistema è pensato come un circuito dinamico in cui i flussi d’aria vengono deviati, compressi, accumulati e modulati in funzione della richiesta di potenza, del regime motore e della pressione di sovralimentazione istantanea.

Quindi, per capire davvero il valore del progetto bisogna osservare la sequenza dei flussi d’aria nel loro percorso completo, e soprattutto comprendere come il sistema riesca a “decidere”, di volta in volta, quale organo debba prevalere nel processo di compressione.

L’aria in ingresso: la base di tutto

Il processo inizia con l’aria che viene aspirata attraverso il filtro frontale, generosamente dimensionato per garantire portate elevate anche in condizioni di forte polverosità. Da qui l’aria entra nel compressore volumetrico, il primo elemento attivo della catena.

Il volumetrico, essendo meccanicamente collegato all’albero motore, comprime l’aria in modo proporzionale ai giri del motore stesso. Questo garantisce che, già a 2.000–3.000 giri/min, il motore disponga di un significativo aumento di densità dell’aria in ingresso. Nei rally, dove le fasi di parzializzazione dell’acceleratore sono continue, questa caratteristica assicura una reattività immediata, specialmente nelle curve strette o in uscita da tornanti.

Interazione tra volumetrico e turbo

Superata la fase iniziale, quando il turbocompressore inizia a ricevere un flusso di gas di scarico sufficiente a generare pressione, avviene la parte più raffinata del progetto. L’aria compressa dal volumetrico non viene semplicemente sostituita da quella del turbo, ma entra in una fase di cooperazione.

In questa zona intermedia del regime motore, il volumetrico continua a spingere aria nel collettore, mentre il turbo comincia a generare le prime pressioni positive. La presenza simultanea dei due sistemi permette di evitare completamente la caduta di coppia tipica delle auto turbo dell’epoca, soprattutto nei transitori tra una marcia e l’altra. Anche se il pilota rilascia l’acceleratore per un istante, la pressione non crolla mai completamente.

Quando il turbo prende il comando

Quando la turbina raggiunge il regime sufficiente ad assicurare una pressione superiore a quella prodotta dal volumetrico (generalmente attorno ai 4.500–5.000 giri/min), entrano in gioco due meccanismi fondamentali:

la valvola by-pass del volumetrico, che devia l’aria attorno alle palette del compressore per ridurre il carico meccanico inutile;
la frizione elettromagnetica montata sull’albero del volumetrico, che ne consente la disconnessione parziale.

A questo punto l’aria compressa proviene quasi interamente dal turbocompressore, che lavora a pressioni fino a oltre 2,5 bar nelle configurazioni da gara e persino di più nelle versioni da qualifica. Questo significa che il volumetrico ha terminato il suo ruolo principale: garantire prontezza. Ora è il turbo a generare l’impulso di potenza necessario per spingere la S4 oltre 200 km/h con una furia degna dei prototipi da pista.

Intercooler e gestione termica

Indipendentemente dall’origine della sovralimentazione, tutta l’aria compressa deve attraversare l’intercooler, posizionato nella parte posteriore della vettura per sfruttare al meglio i flussi d’aria convogliati dalle aperture laterali e dal cofano motore.

L’intercooler svolge un ruolo cruciale:

riduce la temperatura dell’aria compressa,
aumenta ulteriormente la densità dell’ossigeno,
contribuisce a stabilizzare la combustione nei regimi elevati,
riduce il rischio di detonazione, particolarmente elevato in un motore con pressioni di picco così alte.

La gestione termica della S4 era uno degli aspetti più critici per la sopravvivenza del motore: pressioni e temperature così elevate richiedevano pistoni forgiati con canali di raffreddamento, valvole speciali, leghe ad alta resistenza per i collettori e circuiti di lubrificazione ridondanti.

La fase finale del ciclo

Una volta raffreddata, l’aria viene convogliata nel plenum e da qui nei condotti della testata Abarth, progettata per minimizzare le perdite di carico anche nelle fasi a massima portata. I condotti sono lucidati e sagomati per ottenere una velocità uniforme del flusso verso le quattro valvole per cilindro. L’intero sistema è costruito affinché l’aria mantenga una spinta costante, evitando ristagni anche nei cambi repentini di carico.

La camera di combustione, dalla forma emisferica, riceve così una quantità d’aria estremamente superiore a quella di un motore aspirato: ciò consente di bruciare una grande massa di carburante e generare la pressione interna che caratterizzava l’esplosività del 233 ATR.

Schema rivoluzionario

La combinazione tra compressore volumetrico e turbocompressore non era una semplice soluzione per eliminare il turbo-lag. Era un sistema globale di gestione dei flussi, un modo per garantire che la pressione di sovralimentazione fosse sempre presente, in qualunque condizione.

Il volumetrico:

dava immediata risposta,
manteneva stabili le pressioni basse e medie,
compensava i transitori.

Il turbo:

garantiva la potenza massima,
permetteva pressioni impossibili per un volumetrico,
sfruttava al meglio i gas di scarico senza penalizzare la guidabilità.

Insieme, creavano un equilibrio che nessun’altra vettura del Gruppo B riuscì a replicare con pari efficacia. Il risultato fu un motore dalla coppia immediata, dal comportamento violento e al tempo stesso sorprendentemente gestibile, progettato per sfruttare ogni millimetro dei regolamenti del Gruppo B.

Architettura meccanica di base della S4

Basamento e configurazione

Il 233 ATR è un:

4 cilindri in linea
1.759 cm³, alesaggio 88 mm e corsa 82,4 mm
monoblocco in lega leggera rinforzata con canne riportate
doppio albero a camme in testa

L’architettura deriva dal Lampredi 1.6 e 2.0, ma è stata ridisegnata in profondità:

zone dei supporti di banco irrobustite,
travature interne di irrigidimento,
prigionieri passanti di grande diametro,
sedi dei cuscinetti sovradimensionate per sopportare pressioni interne oltre 120 bar.

Testata

La testata è una fusione Abarth dedicata:

4 valvole per cilindro, 16 valvole totali
camere di combustione emisferiche
condotti di aspirazione ridisegnati per minimizzare perdite di carico
valvole in materiali speciali per resistere alle temperature dello scarico turbo + volumetrico

Il disegno della testata non è ancora il Triflux della successiva ECV, ma è una sua “antenata concettuale”: già si nota l’attenzione alla simmetria dei flussi e alla riduzione della contropressione di scarico.

Distribuzione

doppia cinghia dentata rinforzata,
tendicinghia idraulici,
profili di camma molto spinti per ottimizzare il riempimento ai regimi medio-alti,
fasatura variabile di fatto “meccanica” grazie a giochi calibrati e incroci studiati per trarre vantaggio dalla doppia sovralimentazione.

Sovralimentazione: il sistema “twincharging”

La configurazione di sovralimentazione della S4 è una delle più complesse mai adottate in un’auto da rally:

1) Compressore volumetrico (volumetrico Abarth/Rotrex)

montato alla parte frontale del motore,
attivato tramite frizione elettromagnetica,
fornisce boost immediato già ai bassi regimi,
garantisce coppia piena anche sotto i 3.000 giri/min,
mantiene la pressione stabile nelle fasi on/off tipiche del rally.

2) Turbocompressore KKK K27

montato lateralmente,
dimensionato per pressioni altissime (oltre 2 bar),
in grado di spingere il motore oltre 8.000 giri/min.

3) Funzionamento coordinato

Il compressore volumetrico opera:

sempre nelle prime fasi di accelerazione,
insieme al turbo a carichi medi,
viene escluso sopra un certo regime da una valvola by-pass e dalla frizione sul suo albero.

Il risultato è:

quasi zero turbo-lag,
curva di coppia costante,
progressione violentissima oltre i 4.500 giri,
transizioni fluide tra le due forme di sovralimentazione.

Il twincharging rimane una delle architetture più raffinate della storia del motorsport.

Alimentazione ed elettronica

Iniezione

Sistema:

iniezione elettronica multipoint
centralina Weber-Marelli di prima generazione
logica mappature su parametri pressione turbo / apertura farfalla / temperatura

La pressione di alimentazione carburante veniva modulata in base alla pressione di sovralimentazione tramite regolatore a risposta dinamica.

Accensione

Accensione elettronica integrata, anch’essa Marelli:

anticipo variabile basato su sensore battito (knock sensor),
correzioni in tempo reale per compensare pressioni e temperature elevate.

Intercooling

L’aria compressa passava in un grande intercooler aria-aria posteriormente, con canalizzazioni specifiche studiate per massimizzare il flusso d’aria proveniente dal cofano e dalle prese laterali di raffreddamento.

Potenze e prestazioni

Le versioni effettivamente impiegate nelle competizioni fornivano:

Versione da gara

500–550 CV a 8.000–8.500 giri/min
49–55 kgm di coppia (490–540 Nm)

Versione da qualifica

pressioni turbo molto più elevate,
volumetrico sempre attivo,
benzina speciale ad altissimo numero di ottano.

Potenze comprese tra:

600 e 650+ CV

Si trattava di valori paragonabili ai migliori prototipi Gruppo C dell’epoca, su una vettura a trazione integrale sotto la tonnellata.

Comportamento termodinamico

Riempimento ottimizzato

Il twincharging aumenta drasticamente la densità dell’aria a qualsiasi regime:

volumetrico = pressioni immediate a basso flow-rate
turbo = pressioni massime ad alto flow-rate

Il motore opera quasi sempre in condizioni di sovralimentazione costante, migliorando l’efficienza volumetrica.

Temperature e raffreddamento

Per fronteggiare pressioni così elevate:

camera di combustione rinforzata,
pistoni forgiati con canalicoli di raffreddamento interno,
passaggi acqua ridisegnati,
lubrificazione con pompe ad alta portata e scambiatore olio-acqua dedicato.

Il tutto per evitare cedimenti dovuti al carico termico impressionante.

Materiali e soluzioni strutturali

Pistoni e bielle

pistoni forgiati Mahle con cielo spesso e trattamento termico multiplo,
fasce elastiche rinforzate,
bielle in acciaio speciale ad alta resistenza,
perni di banco e di biella oversize.

Albero motore

in acciaio nitrurato,
bilanciato per regimi fino a 9.500 giri/min,
contrappesi pieni per resistere alle vibrazioni del 4 cilindri sovralimentato.

Scarico

collettori in acciaio Inconel per resistere a temperature oltre 950°C,
design a flussi bilanciati per alimentare la turbina con pressione stabile.

Il motore che definì la Delta S4

Il 233 ATR era progettato per adattarsi al telaio tubolare e alla trazione integrale della S4, formando un complesso meccanico di assoluta eccellenza.

I suoi punti chiave:

risposta immediata grazie al volumetrico,
potenza devastante oltre i 5.000 giri,
gestibilità sorprendente nei tratti lenti e nelle riprese,
elasticità superiore a qualsiasi motore turbo puro dell’epoca.

Era un motore concepito per vincere ovunque:

rally veloci,
salite,
prove speciali tecniche,
condizioni di grip variabile,
alte quote (dove i turbo convenzionali soffrivano maggiormente).

Eredità tecnica

Il 233 ATR è considerato ancora oggi:

uno dei motori da rally più complessi mai realizzati,
il miglior esempio storico di twincharging applicato a un motore da competizione,
la base da cui nacque la successiva serie di ricerca ingegneristica sfociata nel motore Triflux delle ECV.

Ogni elemento del suo progetto era orientato a massimizzare la potenza specifica con un livello di risposta del tutto ineguagliato all’epoca.