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Dimensionamento testata: diametro valvole di aspirazione (2 valvole)

Prima di procedere al dimensionamento della testata è necessario definire il diametro della camera di combustione (in stretta relazione con l’alesaggio dei cilindri), è necessario sapere che le valvole di aspirazione sono più grandi delle valvole di scarico, ed è necessario sapere che le valvole, ovviamente, andranno a muoversi all’interno del volume della camera di combustione e in parte della sezione circolare di ingombro del cilindro.

Scelta del numero valvole

Si tratta di una scelta che dipende dalle specifiche esigenze di progettazione. Lo scopo è quello di avere le sezioni più grandi possibili per poter impiegare condotti altrettanto larghi. Questi parametri influenzano largamente le prestazioni di un motore. Un esempio fu il motore F7P realizzato dalla Renault per le Clio 1.8 - 16v e Williams: un motore inizialmente contestato proprio per le sue abbondanti dimensioni dei condotti. Poco dopo ci si rese conto che questo tipo di scelta favoriva la risposta in ripresa anche con le marce più alte e garantiva una più elevata potenza specifica della categoria…

Due valvole per cilindro

Per definire l'area della valvola di aspirazione si procede come segue:

Ava = Area valvola aspirazione
Vcil = Volume cilindro
n = numero di giri del motore
t = è un parametro che vale 2 per un motore a 4 tempi e 1 per un motore a 2 tempi

Dall’area della valvola di aspirazione se ne può ricavare il diametro attraverso la formula:

Il valore che si ottiene è generalmente troppo grande e non lascia posto né alla candela che deve essere per forza di cose posizionata in camera di scoppio in zona centrale, né alla valvola di scarico.

 

Dimensionamento testata: diametro valvole di aspirazione (4 valvole)

Abbiamo detto che nella progettazione si cerca di realizzare valvole di aspirazione più grandi possibili, tuttavia il valore del diametro che i progettisti ricavano, dalla formula mensionata nel precedente paragrafo, per la valvola di aspirazione, risulta essere tale da impedire il corretto posizionamento della candela in zona centrale ed il giusto dimensionamento della valvola di scarico. Un modo piuttosto vantaggioso per porre rimedio a questi ostacoli risulta l’adozione delle 4 valvole per cilindro. In tal caso i diametri delle valvole di aspirazione saranno ottenuti tramite la relazione:

Ricordiamo che "dv" è il diametro che otteniamo per le valvole di aspirazione  in una camera di scoppio con 4 valvole (due di aspirazione e due di scarico); mentre "dva" è il diametro che avevamo ricavato, nel precedente  paragrafo, per il diametro della valvola di aspirazione ottimale per un motore con due valvole per cilindro (una di aspirazione e una di scarico). Frazionare il numero delle valvole dà quindi un vantaggio geometrico in quanto si riesce ad ottenere un maggiore passaggio di fluido sia per l’aspirazione che per lo scarico ed allo stesso tempo non si ha alcun impedimento nel posizionare al centro della camera di combustione la candela o le candele nel caso di motori Twin Spark (ossia a doppia accensione).

 

Dimensionamento testata: diametro condotti

Ricavato il valore del diametro della valvola di aspirazione possiamo ricavare il diametro del relativo condotto. Questo avrà un andamento inizialmente convergente, successivamente costante ed infine, nei pressi della valvola (ovvero a fine condotto) esso sarà divergente. Il tratto costante avrà un diametro che si ricava grazie ad un coefficiente empirico pari a 1,7. La formula seguente offre il miglior compromesso per una curva di potenza. Con valori maggiori si otterrebbero senz’altro maggiori picchi di potenza ma altrettanti vuoti ai bassi che penalizzaziono la progressione nell’erogazione della potenza. Il condotto deve avere un andamento più rettilineo possibile onde evitare perdite di pressione.

 

Dimensionamento testata: inclinazione condotti di aspirazione

Il progettista deve cercare di tenere l’asse del condotto di aspirazione il più possibile rettilineo. Il motivo risiede nel fatto che importanti curvature causano altrettanto importanti perdite di pressione con conseguenze non da poco per il riempimento dei cilindri e per il relativo rendimento volumetrico del motore. L’angolo di inclinazione dei condotti di aspirazione rispetto al cielo del pistone (ovvero la superficie piana nella parte superiore del pistone) dovrebbe idealmente essere zero. Tuttavia non essendo questo possibile, per ragioni geometrico-costruttive, si prende in considerazione un angolo tra l’asse della valvola e l’asse del condotto quanto più possibile vicino a 8°÷9°. Una volta dimensionate le valvole di aspirazione ed i relativi condotti (vedi i precedenti paragrafi) si passa alle valvole di scarico ed infine alle opportune verifiche che vedremo più avanti.

 

Dimensionamento testata: valvole di scarico

Nei precedenti paragrafi abbiamo visto il lato aspirazione con le relative valvole ed i condotti. Per dimensionare le valvole di scarico sarà sufficiente ridurre i valori ottenuti per le valvole di aspirazione di circa il 10÷15%. Una volta ottenute le dimensioni di tutte le valvole è fondamentale verificare che non siano troppo vicine tra loro né troppo vicine al bordo della camera di scoppio onde evitare dannose interferenze. Lasciare un margine, ovviamente, è opportuno per evitare rotture indesiderate.