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MOTO PERPETUO
La vita infernale delle valvole
di Roberto Maurelli (Feb.2009)
 Le valvole sono quei componenti meccanici
di un motore che controllano il passaggio dei gas che entrano ed escono
dai cilindri. Per comprendere il ruolo essenziale ed incredibilmente
faticoso che esse svolgono basti pensare che, 6000 giri/min, devono
aprirsi e richiudersi circa 50 volte al secondo (in un motore di Formula
1 si superano le 130 volte al secondo). Inoltre, a causa degli elevati
picchi di pressione dei motori moderni, esse devono sopportare dei
carichi estremamente gravosi: nei motori a benzina ad alte prestazioni,
sulle valvole agiscono forze nell’ordine degli 800 kg mentre nei più
moderni turbodiesel si possono addirittura superare i 1500 kg! Il
panorama viene completato dalle mostruose sollecitazioni termiche alle
quali sono sottoposte: ormai non sono infrequenti temperature oltre gli
800°C…
Ma come funzionano effettivamente le valvole? Cominciamo col dire che
esse sono comandate dall’albero a camme, il quale, a seconda della
fasatura adottata, determinerà il momento di apertura e di chiusura nei
momenti opportuni del ciclo di funzionamento del propulsore. Le valvole
di aspirazione sono quelle attraverso cui vengono immessi nel cilindro i
gas freschi che, insieme all’iniezione di carburante, permetteranno la
combustione allo scoccare della scintilla repentina; le valvole di
scarico, invece, sono quelle attraverso cui vengono espulsi i gas già
combusti, in modo da consentire l’ingresso della nuova miscela nella
fase successiva. Sia le valvole di aspirazione che di scarico, infatti,
sono chiuse durante la fase di compressione e quella successiva, di
espansione; terminata quest’ultima si aprono le valvole di scarico per
consentire l’uscita dei gas combusti.
Segue la fase di aspirazione, durante la quale è la valvola di
aspirazione ad aprirsi per far entrare nel cilindro i gas freschi
richiamati dalla depressione che il pistone crea spostandosi verso il
punto morto inferiore.
Vediamo ora quali sono gli elementi strutturali di una valvola.
Partendo dall’alto, il corpo lungo ed affusolato è definito “stelo”;
esso si congiunge, senza soluzione di continuità, al “fungo”, ossia alla
zona più esposta alle alte temperature; infine, il fungo presenta a
margine una “superficie di tenuta” che consente, al momento della
chiusura, di mantenere perfettamente separati il cilindro e i condotti
di aspirazione e di scarico.
La necessità di garantire ottime prestazioni, unità a quella di
preservare organi così stressati dalla rapida usura, ha spinto verso
l’utilizzo di materiali sempre più evoluti per la loro costruzione.
Normalmente si utilizzano sempre leghe di acciaio, ma con composizione
diversa per le valvole di scarico, che sono sottoposte alle
sollecitazioni maggiori (essendo lambite dai gas incandescenti frutto
della combustione). La ricerca di prestazioni di eccellenza nei motori
ad alte prestazioni ha portato, in un primo momento, alla realizzazione
di valvole in superleghe a base di nichel e, infine, all’utilizzo di
leghe di titanio, attualmente lo “stato dell’arte” per i motori da
competizione.
Il numero delle valvole influenza notevolmente le sezioni di
passaggio a disposizione dei gas e, quindi, la respirazione del motore.
Tendenzialmente, un numero maggiore di valvole permette di sfruttare
meglio lo spazio a disposizione ai fini della circolazione dei gas,
consentendo nel contempo di realizzare valvole più piccole, quindi più
leggere. Non è un caso che i motori a quattro valvole per cilindro, i
più frequenti, possano raggiungere, a parità di cilindrata, potenze
molto più elevate di quelli a due valvole. Sono state studiate anche
soluzioni intermedie che prevedono l’impiego di tre o cinque valvole per
cilindro, ma i risultati non sono stati particolarmente incoraggianti;
sebbene le sezioni a disposizione dei gas freschi fossero maggiori,
infatti, i flussi uscenti dai condotti di immissione sembrano
disturbarsi; inoltre, anche la forma della camera di combustione diventa
meno lineare rispetto a quella, più geometrica, con numero pari di
valvole. 
Un’ultima notazione
tecnica riguarda il comando di distribuzione. Gli alberi a camme,
infatti, non agiscono direttamente sulle valvole, bensì su degli organi
intermedi, detti “cedenti”, che assorbono la loro spinta e la
trasmettono allo stelo della valvola. I cedenti sono detti punterie se
hanno un movimento rettilineo alternato e bilancieri se, invece, sono
fulcrati, muovendosi in tal caso secondo un arco di cerchio. I
bilancieri possono essere a due bracci se il fulcro è posto al centro,
oppure a dito, se il fulcro si trova ad un’estremità della struttura. Il
movimento repentino dei cedenti viene smorzato da molle che, a seconda
della fase, provvedono a far aprire la valvola oppure a farla
richiudere, richiamandola gradualmente in posizione. Nei motori da
competizione si impiegano delle molle particolari, dette pneumatiche,
grazie alle quali è possibile raggiungere regimi elevatissimi senza
avere problemi di affidabilità.
A voi la scelta…
Roberto Maurelli |
