Motorsport
Tecnica
Distribuzione
Sistemi di distribuzione
OHV (Overhead Valves): le valvole sono alloggiate nella testata in posizione sospesa. L'albero a camme invece è posto nel basamento. In gergo tali motori vengono chiamati semplicemente ad "aste e bilancieri". (rif. 1)
OHC (Overhead Camshaft): l'albero a camme è posto nella parte superiore della testata. (rif. 2)
DOHC (Double Overhead Camshaft): i due alberi a camme (aspirazione e scarico) sono posti nella parte superiore della testata. (rif. 3)
CIH (Camshaft in Head): l'albero a camme è situato nella parte inferiore della testata. (rif. 4)
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Catena, cinghie e ingranaggi
L'impiego della catena di distribuzione è previsto qualora la distanza tra i due alberi sia notevole. Uno specifico dispositivo chiamato tenditore provvede a tenere la catena tesa al punto giusto. Una tipica catena a rulli è costituita da piastrine opportunamente sagomate unite tra loro da bussole e perni. Sulle bussole vengono installati dei rulli cilindrici tra i quali lavorano i denti delle ruote dentate. La ruota dentata più piccola viene detta pignone, quella più grande corona. Le trasmissioni a catena sono costituite da ottimo rendimento meccanico, funzionamento silenzioso ed economia costruttiva. Le cinghie dentate hanno invece il vantaggio di poter unire organi fasati tra loro vista la loro tramissione regolare del moto. Sono leggere, silenziose e non richiedono alcuna manutenzione. Sono usate per comandare alberi a camme e pompe di iniezione. Una cinghia dentata è costituita da vere e proprie cordicelle di materiale molto resistente come la nota fibra aramidica KEVLAR. Sulla superficie di lavoro della cinghia vengono in genere applicati un paio di strati di protezione costituiti dal tela gommata e teflon. Oggi hanno durate considerevoli ma fondamentale per la loro buona riuscita è il corretto tensionamento. Se sono troppo strette producono un leggero sibilo e troverete molta polvere di gomma nella scatolatura della cinghia stessa; se invece sono troppo lente "scavallano" e permettono che la corona dell'albero a camme se ne vada libera di far battere le valvole sui pistoni. La cascata di ingranaggi viene solitamente usata su motori ad elevatissime potenze. Produce un sibilo tipico che il motorista esperto riconosce a orecchio da 500 metri di distanza. Vanta una precisione eccezzionale nel comandare gli alberi a camme, sui mezzi stradali a ottima affidabilità sui mezzi da corsa prevede una manutenzione non indifferente (del resto è l'unica soluzione per viaggiare a 20.000 giri al minuto dei motori F1). Le cinghie trapezoidali (che nulla hanno a che vedere con la distribuzione) in quasi tutte le auto azionano l'alternatore e, nei motori raffreddati ad aria, la ventola di raffreddamento. Si tratta di organi non adatti a tramettere forti coppie, che non assicurano la regolarità della trasmissione (a causa degli slittamenti) ma che sono estremamente economici. Non richiedono alcuna lubrificazione, non vanno manutentate ma sostituite e sono molto silenziose.
Guarda il video delle distribuzione di un propulsore di Formula 1
Desmodromico
Desmodromico deriva da DESMOS che sisgnifica vincolato e DROMOS che significa corsa. Qundi DESMODROMICO significa a corsa vincolata. Quando a regimi elevatissimi la punteria non rimane a contatto con l'eccentrico, si dice che il motore "sfarfalla". Si tratta di una situazione da eliminare in maniera più assoluta, perché può portare a danneggiamenti meccanici molto gravi. Viene detta desmodromica una distribuzione nella quale non ci sono molle a riportare le valvole in posizione di chiusura, ma un sistema meccanico diretto. Questa soluzione consente un'ottima affidabilità e la capacità di poter raggiungere regimi di rotazione molto elevati. Una soluzione desmodromica (ne esistono di diversi tipi) è quella di avere un doppio albero a camme in testa con un eccentrico di apertura che agisce su una punteria a pattino, mentre quello di chiusura assicura il richiamo della valvola per mezzo di un bilanciere a due bracci disposti a circa 90°.
Guarda l'animazione della distribuzione DESMODROMICA
Distribuzioni variabili
Prima di definire cosa siano esattamente sarebbe corretto chiedersi quanto questo tipo di distribuzione sia utile nei motori da competizione. I motori da corsa sono motori fortemente accordati, significa che i loro flussi e il loro dimensionamento è studiato per elevati regimi di rotazione. Per tale ragione guadagnare qualcosa in basso significa sempre perderlo in alto. La domanda allora è: Quanto è vantaggioso guadagnare in basso perdendo qualcosa in alto? Nel 1990 venne preparata una monoposto di F1 Ferrari per Prost che perdendo 50CV a 13.000 giri/min ne guadagnava ben 100CV a 8000 giri/min. Prost provò a lungo la vettura a Fiorano e quando scese dalla macchina disse: "Proprio un bel risultato, si sente che in alto il motore frena". La telemetria mostrò che non era mai sceso sotto gli 11.000 giri al minuto. In quel caso avere la cosidetta "molta coppia in basso" a nulla servì. Alla fine della frenata il pilota, dopo aver scalato le marce necessarie, si inserisce in curva. Lo fa in rilascio, in modo da imprimere alla vettura quel giusto moviemento di sovrasterzo di rilascio (che può arrivare sino alla derapata) capace di farle assumere quel moto di rotazione controllata che la inserisce "naturalmente " in curva. Per far ciò egli ha bisogno che il motore fornisca alle ruote posteriori la giusta potenza frenante. Se troppo bassa la vettura non sovrasterza a sufficienza, se troppo alta va in testa coda. Dunque la scelta del raporto di ingresso curva è prevalentemente dettata da considerazioni di guida. Normalmente si usa un rapporto più alto di quello previsto dalla massimizzazione della successiva accelerazione. Ottenuto l'inserimento il pilota deve dosare la motricità in modo da percorrere la parte a raggio costante della curva a velocità costante ed in condizioni di massima aderenza trasversale. Di fatto egli mantiene il rapporto inserito all'ingresso e non è neccessaria la tanta coppia in basso (causerebbe solo un testa coda). Al di là del punto di corda, a mano a mano che il raddrizzamento della traiettoria rende disponibile aderenza trasversale, il pilota affonda l'acceleratore mantenendo dapprima la marcia con cui ha percorso la curva, poi via via salendo nella sequenza. Al contrario, per altri tipi di utilizzo come quelli Rallystici, la coppia in basso è fondamentale. Tuttavia non è totalmente esclusa la possibilità di una fasatura variabile in F1 ma tutt'oggi ne frenano l'adozione varie considerazioni tenciche: L'aumento di peso, la maggiore complessità meccanica, l'affidabilità.
V-Tech (Variatore di fase + variatore alzata valvola)
Il V-TECH Honda (figura a lato) funziona variando sia l'alzata delle valvole che la fasatura degli alberi a camme. La prima funzione è ottenuta, come si vede in figura, utilizzando 3 camme con rispettivi bilanceri per comandare le 2 valvole. L'alzata viene aumentata dopo un determinato numero di giri per favorire gli alti regimi, un sistema oleodinamico fa si che l'eccentrico centrale (con una fasatura più spinta) che ai bassi andava a vuoto, diventi solidale con i due lateral obbligando così una maggiore apertura. La fasatura invece viene controllata da 2 pulegge (per ogni albero a camme) una all'interno dell'altra che possono ruotare in modo assoluto o relativamente tra loro; ciò permette durante il tiro della cinghia di distribuzione di correggere di pochi gradi l'albero a camme facendo scorrere una puleggia sull'altra. Un progetto molto ambizioso dell'ingegner Andrea Titolo, prevede alberi a camme scorrevoli assialmente, eccentrici di geometria complessa e punterie a bicchiere con pattini basculanti. Molto famoso anche il sistema Valvetronic (paragrafo successivo) per l'alzata delle valvole e doppio VANOS (foto più in basso) per la correzzione della fasatura ideato da BMW.
Valvetronic
Il capolavoro tecnologico ideato e realizzato da BMW funziona in questo modo: l'innovativa fasatura variabile delle valvole Valvetronic (= valvole variabili ed elettronica) varia l'alzata delle valvole di aspirazione. Il motore è quindi in grado di "respirare" liberamente soprattutto nei regimi transitori e può esprimere tutta la sua potenza con consumi più ridotti. La potenza del motore è controllata dall'alzata delle valvole di aspirazione a regolazione continua, senza l'obbligatoria valvola a farfalla, e viene quindi determinata la quantità di aria riducendo considerevolmente le perdite (controllo di volume). Il vantaggio di questa innovazione consiste nel fatto che, eliminando la valvola a farfalla nel tratto di aspirazione, l'aria necessaria per la combustione affluisce liberamente e senza turbolenze nei canali.
Questo è possibile grazie a una meccanica di altissima precisione con un albero eccentrico azionato da un motorino di controllo. Le valvole di aspirazione svolgono in questo modo la funzione della valvola a farfalla. Quest'ultima è in effetti ancora presente ma viene impiegata solo in poche circostanze come sistema di emergenza. Valvetronic ottimizza inoltre la preparazione della miscela diminuendo anche del 10% il consumo di carburante.* Il motore risponde in modo ancora più spontaneo, poiché il comando impartito dall'acceleratore viene trasmesso direttamente all'interno della camera di combustione. Il consueto ritardo dovuto al riempimento dell'impianto di aspirazione tra valvola a farfalla e camera di combustione scompare. Di seguito il motore elettrico passo passo che varia costantemente l'alzata dalla valvola. Nell'immagine poco sopra (clicca per ingrandire): 1. Attuatore; 2. Vite senza fine; 3. Molla di richiamo; 4. Blocchetto di accesso; 5. Albero a camme di aspirazione; 6. Profilo inclinato; 7. Appoggio del bilancere di aspirazione; 8. Valvola di aspirazione; 9. Valvola di scarico;
10. Bilancere di scarico; 11. Appoggio del bilancere di scarico; 12. Bilancere di aspirazione; 13. Leva intermedia; 14. Albero degli eccentrici; 15. Ruota dentata; 16. Albero a camme di scarico.
Vanos
La logica delle due pulegge che scorrono una nell'altra (per ogni A.C.) è ripresa e modificata da BMW. Il regime giusto per ogni coppia: la fasatura variabile dell'albero a camme, Doppia Vanos, controlla le prestazioni del motore in ogni intervallo di regime. Ad ogni velocità potrete approfittare del grande potenziale del vostro propulsore riducendo i consumi e le emissioni. Vanos o Doppia Vanos significa (doppia) fasatura variabile dell'albero a camme. Il sistema adegua in continuo il momento in cui gli alberi a camme aprono e chiudono le valvole di aspirazione e scarico. Le pulegge che scorrono una nell'altra permettono di anticipare o ritardare di pochi gradi gli alberi a camme. Ai bassi regimi è disponibile una coppia superiore e ai regimi elevati una potenza maggiore. Il funzionamento è il seguente: ad un basso numero di giri le valvole di aspirazione si aprono in ritardo migliorando la qualità del funzionamento al minimo e la rotondità. L'apertura anticipata delle valvole in regime medio aumenta sensibilmente la coppia e determina il ricircolo dei gas di scarico all'interno del motore, riducendo così consumi ed emissioni. Per la piena potenza al regime superiore, le valvole verranno aperte nuovamente in ritardo. Grazie alla minore quantità di gas residui non combusti migliora il funzionamento al minimo. Speciali diagrammi per la fase di riscaldamento aumentano l'efficacia del catalizzatore. La gestione avviene grazie all'elettronica digitale del motore (DME). La Vanos, che controllava solo l'albero a camme in aspirazione è stata installata per la prima volta nelle BMW nel 1992, la doppia Vanos nel 1997.
Uniair
Descrizione in preparazione
Multiair
Descrizione in preparazione
VVA
Descrizione in preparazione
VVT
Descrizione in preparazione
Controllo attivo della distribuzione - Lotus AVT (Active Valve Train)
Il sistema AVT di Lotus sostituisce i tradizionali alberi a camme con degli attuatori comandati idraulicamente e delle valvole elettroidrauliche proporzionali. L'attuatore idraulico a doppio effetto è fissato alla testa del cilindro; esso è coassiale con la valvola del motore. Il pistoncino di ogni attuatore idraulico è direttamente collegato alla valvola del motore. Un apposito trasduttore è collegato alla parte superiore del pistoncino e consente di monitorare accuratamente la posizione della valvola. Il sistema AVT utilizza un controller PID (Proportional Integral Derivative) per rilevare e correggere in automatico lo spostamento effettivo di ogni valvola con il valore di spostamento desiderato. Il funzionamento del sistema è perennemente monitorato per individuare eventuali malfunzionamenti quali ad esempio la perdita di pressione dell'olio o la perdita del segnale della posizione dell'albero motore o delle valvole, o ancora per evitare il contatto tra pistoni e valvole o tra le valvole stesse.
Tra le peculiarità del sistema Lotus Active Valve Train va sottolineato:
- AVT elimina la necessità di cambiare una moltitudine di componenti del motore, accelerando notevolmente i tempi di sviluppo del motore stesso e riducendone i costi del lavoro e della produzione. AVT è un sistema che offre la possibilità di effettuare una ricerca piuttosto flessibile.
- AVT ha la capacità di controllare indipendentemente ogni valvola con variazioni ad ogni ciclo e velocità operartive oltre i 5.000 giri/min.
- AVT è uno strumento che può essere adattato ad una grande varietà di motori a fini di ricerca e sviluppo. La Lotus conduce una moltitudine di prove tecniche specialmente su appositi motori monocilindrici realizzati dalla stessa Lotus a fini di ricerca.
- AVT controlla l'apertura e la sincronizzazione delle valvole mantenendo le accelerazioni di apertura e chiusura delle tradizionali valvole.
- AVT può controllare cicli a due e quattro tempi ed, in fase di ricerca, anche cicli a 6 ed 8 tempi.
- AVT permette all'utente di specificare fino a 128 profili di apertura/chiusura delle valvole.
Il sistema Active Valve Train è stato sviluppato per ricercare su avanzate tecniche di combustione:
- Combustione a bassa temperatura
- Sincronizzazione ottimizzata delle valvole
- Leggi di apertura/chiusura delle valvole ottimizzate
- Funzionamento del motore a 2 - 4 - 6 - 8 tempi (multi stroke operation)
- Controlled Auto Ignition (CAI)
- Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI)
AVT research system package:
- Adattatore di collegamento sistema AVT al motore (inclusa progettazione e produzione)
- Quattro attuatori (inclusi i trasduttori)
- Componenti idrauliche (inclusi organi di tenuta)
- Hydraulic Power Pack (HPP)
- PC ed interfaccia
- Centralina AVT, controllo attuatori AVT, cablaggio e software
- Installazione sistema AVT
- Training per il cliente e manuale d'uso
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