Vehicle CuEriosity 01×02 – Valvole del motore

Le valvole

Nella scorsa puntata abbiamo trattato il monoblocco e la testata del motore, sottolineando la loro importanza strutturale. Questa volta invece vogliamo analizzare elementi più piccoli, ma ugualmente fondamentali per il funzionamento del motore: le valvole.

Le valvole infatti hanno la funzione di regolare la miscela di aria e benzina durante le varie fasi del motore. In particolare gestiscono l’immissione della miscela durante l’aspirazione, ne prevengono la fuoriuscita durante la compressione e la successiva espansione, e favoriscono infine lo scarico dei gas combusti.

Sostanzialmente sono costituite da due parti, la testa e lo stelo. Affinché sia garantito il corretto movimento di apertura e chiusura (comandati sostanzialmente dalla rotazione dell’albero a camme e dal richiamo della molla) è necessario che lo stelo controlli il movimento delle valvole.

Trovandosi in prossimità della combustione, le valvole devono anche essere pensate per resistere ad elevati stress termici. I materiali di cui sono composte devono rispondere positivamente a temperatura di oltre 800°C. D’altra parte deve anche esser prevista una rapida dispersione del calore, perché temperature eccessivamente elevate potrebbero portare all’involontaria autoaccensione della miscela: assolutamente da evitare!

Le valvole sono fatte di…

Ma con quale materiale vengono prodotte? Uno molto utilizzato è senza dubbio l’acciaio al cromo-silicio: proviamo ad analizzarlo meglio.

Sicuramente l’acciaio non legato presenta già di per sé alte tensioni di snervamento (dell’ordine dei 200 – 250 MPa), ma quando viene trattato è in grado di esprimere performance più elevate.

Il cromo è sfruttato come lega per migliorare la resistenza contro agenti ossidanti. Ma le proprietà anticorrosive hanno effetto soltanto con una percentuale di cromo almeno dell’ 11-12%, ed è per questo che spesso si raggiunge anche un tenore del 17%. Inoltre le valvole, con l’aggiunta di cromo, mostrano anche un aumento significativo di resistenza all’usura e al calore.

Il silicio invece, con una quantità di pochi punti percentuali nell’intera lega, innalza notevolmente il limite di snervamento. Inoltre permette di migliorare il comportamento a fatica, il che è un notevole vantaggio dal momento che le valvole compiono lo stesso ciclo un numero considerevole di volte.

Non mancano però, trattando motori da corsa, soluzioni in lega di Titanio, in lega di Nichel o anche acciai austenitici all’Azoto.

Le dimensioni contano

Le dimensioni medie delle valvole sono le seguenti:

• 30 ÷ 40 mm per il diametro della testa
• 5 ÷ 10 mm per il diametro dello stelo
• Anche oltre 100 mm per la lunghezza complessiva

In generale la potenza del motore è una funzione anche della portata di miscela aria/benzina immessa durante il ciclo di combustione. Appare chiaro che agendo sul diametro della testa è possibile controllare la potenza esprimibile dal motore. Questo però non sempre è possibile dal punto di vista funzionale, dato l’incremento del calore assorbito e dell’inerzia termica e meccanica che si otterrebbe (le valvole restano calde per più tempo). Si può bypassare questo inconveniente predisponendo un numero più elevato di valvole, a fronte di un diametro minore della testa.

Il richiamo delle valvole

L’ultimo aspetto che vogliamo trattare è legato alla rigidezza delle molle di richiamo. Questa deve necessariamente essere precisa e corretta. Infatti delle molle eccessivamente dure favorirebbero l’usura degli organi di distribuzione. Al contrario invece molle molto morbide rischierebbero di compromettere la dinamica delle valvole. Per prevenire questa ulteriore problematica, molti motori usano due molle di diversa taratura per ognuna delle valvole: così facendo si evitano fenomeni di risonanza o di ricaduta nel cilindro in caso di rottura.

Infine, per chi volesse approfondire, segnaliamo questo articolo:

“Free Valve Camless Engine”: Koenigsegg annuncia la fine dell’Albero a Camme

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