Sistema di distribuzione – Alzata valvole

Valvole motore a scoppio

Sistema di distribuzione – Alzata valvole – Dal punto di vista strettamente teorico sarebbe bello poter aprire le valvole di aspirazione e scarico istantaneamente con l’alzata che vogliamo. Nella realtà significherebbe avere accelerazione infinita e di conseguenza forza di apertura infinita. Vediamo invece più concretamente come l’alzata è in grado di influenzare il moto della carica all’interno del cilindro.

Angolo di separazione degli eccentrici.
Angolo di separazione degli eccentrici.

Si possono fare le seguenti considerazioni. In corrispondenza delle alzate minori, e a parità di tutti gli altri parametri di funzionamento, come per esempio il rapporto A/F o la durata di apertura, ciò che si nota è una minore separazione del flusso. Questo significa che il fluido, costituito dalla miscela aria/benzina, aderisce perfettamente alle pareti della sede della valvola e alle pareti della valvola stessa. Questo fatto significa che le sezioni di ingresso, o quelle che a volte vengono impropriamente definite luci di aspirazione e di scarico, sono completamente sfruttate e che quindi il rendimento volumetrico è alto. In altre parole, significa anche che il coefficiente di efflusso attraverso la sezione, inteso come rapporto tra il flusso reale e quello teoricamente ottenibile con quella determinata sezione, è alto. Bisogna inoltre sottolineare un altro aspetto. Nell’area più stretta, invece, il flusso viene accelerato (la pressione locale cala), si ottiene un miglior miscelamento della carica e quindi una combustione più efficiente. Le considerazioni sin qui fatte naturalmente valgono nel caso si consideri il fluido come ideale. In questo caso infatti si dimostra che nel moto permanente il carico totale rimane uniforme sulle singole traiettorie e costante nel tempo. Al variare di una delle grandezze indicate, quindi, ne deve variare almeno una delle altre affinché il carico totale rimanga costante.

Equazione carico totale
Equazione del carico totale con altezza geodetica, altezza piezometrica e altezza cinetica.

É evidente che se si considera pressoché invariata l’altezza geodetica del fluido, ad un aumento della velocità corrisponde una diminuzione della pressione locale. Aumento e diminuzione della velocità sono conseguenze della legge di conservazione della massa per il caso di moto stazionario (ossia non dipendente dal tempo).

Esempio di curve di apertura e chiusura per valvole di aspirazione e di scarico.
Esempio di curve di apertura e chiusura per valvole di aspirazione e di scarico. In rosso il lato di scarico, in blu quello di aspirazione.

Più o meno l’opposto di quello che è stato fin qui detto avviene in corrispondenza di alzate valvola piuttosto spinte. In questo caso infatti la velocità del flusso è alta, le perdite per attrito fluidodinamico crescono e la sezione di ingresso non viene utilizzata completamente perché si assiste a separazione del flusso. Questo è anche il motivo per cui, generalmente, si realizzano valvole più grandi con raggi di curvatura più accentuati e angoli della sede più spinti. L’introduzione dei motori plurivalvole ha poi consentito di incrementare ulteriormente la sezione di ingresso, a parità di grandezza della camera di combustione. Tutto questo per dire che,

Sistema di distribuzione di un motore BMW a sei cilindri. Entrambi i lati, aspirazione e scarico, sono dotati del sistema di fasatura variabile BMW denominato VANOS.
Sistema di distribuzione di un motore BMW a sei cilindri. Entrambi i lati, aspirazione e scarico, sono dotati del sistema di fasatura variabile BMW denominato VANOS.

talvolta, alzate esagerate in corrispondenza dei regimi più elevati si possono trasformare in un vero e proprio boomerang, portando ad un netto peggioramento delle prestazioni rispetto ad una soluzione più soft, ma che guarda con più attenzione ai regimi di flusso. I test su banco di flussaggio rimangono le uniche prove sperimentali in grado di fornire indicazioni precise sulla combinazione tra dimensione valvola, alzata, angolo della sede e tipologia dei raggi di raccordo.

Archivio immagini: Ford, BMW, CompCams.