Fasatura di distribuzione nei motori a 4 tempi

 

 

Il riempimento del cilindro nei motori a 4 tempi, benzina o diesel, è controllato dalle valvole. Porte meccaniche ad apertura e chiusura controllata, che hanno il compito di intrappolare nel cilindro quanta più aria o miscela possibile per una efficace combustione.

La differenza tra le valvole di scarico e quelle di aspirazione di un medesimo motore è evidente: le prime sono più piccole o in numero inferiore (Più piccole per 2, 4, valvole. Due di aspirazione e una di scarico per i tre valvole e 3 di aspirazione e 2 di scarico per i 5 valvole).

La loro forma a fungo mette in contatto i condotti di aspirazione e di scarico con la camera di combustione e sono mosse tramite l’albero a camme direttamente o tramite elementi intermediari di rinvio.

Normalmente si è portati a pensare che la valvola di aspirazione si apra quando il pistone comincia la sua discesa nel cilindro e si chiuda quando questo è giunto al termine della sua corsa. Altresì la valvola di scarico si apra quando il pistone comincia a salire e si chiuda quando giunge all’apice della sua corsa.

Le cose non stanno propriamente così.

Per analizzare un ciclo e il funzionamento delle valvole iniziamo dalla combustione.

I gas si espandono velocemente. Il pistone inizia la sua corsa utile ma giunto ad un certo punto non riceve più la spinta dai gas. Questo perché:

1. Hanno terminato la loro espansione
2. lambendo le pareti del cilindro stanno cedendo calore e nel cedere calore diminuiscono il loro volume.
3. Aumentando il volume della camera di combustione diminuisce la pressione, quindi la temperatura, quindi il volume, quindi la spinta.
4. L’onda di pressione è rallentata a tal punto che è diventata più lenta del pistone.

A questo punto del ciclo, dove il pistone non ha ancora raggiunto il punto morto inferiore, si può aprire la valvola di scarico. La pressione residua agevolerà l’uscita e la seguente risalita del pistone farà il resto.

Per consentire una totale pulizia della camera la valvola si chiuderà solo quando il pistone avrà già iniziato la sua discesa.

Può sembrare un controsenso, se il pistone scende vuol dire che aspira e se la valvola di scarico è ancora aperta aspira gas combusti, il che non va bene.

Ma poco prima che il pistone abbia raggiunto il suo culmine si apre la valvola di aspirazione. La depressione che il condotto di scarico crea va ad aspirare gas freschi consentendo un verro e proprio lavaggio della camera.

In questa fase, che dura pochi gradi di rotazione dell’albero motore, tutte le valvole sono aperte. È detta: “fase di incrocio” ed è un momento dove le fasi di aspirazione e scarico si sovrappongono.

Per mettere in movimento la massa di aria all’ingresso è necessario un “tempo”, per questo si usa aprire con un certo anticipo la valvola di aspirazione. Con l’aiuto della depressione allo scarico inizia il riempimento del cilindro e quando la valvola di scarico si chiude è il pistone a creare il vuoto necessario a mantenere e incrementare il moto della colonna d’aria.

Una volta messa in moto la colonna d’aria è un peccato interromperla quando questa sta riempiendo il cilindro. E per non perdere questo enorme vantaggio la si lascia entrare anche mentre il pistone sta iniziando la fase di compressione.

Ogni massa ha un peso, il peso, se messo in movimento genera una forza d’inerzia che rende difficoltoso arrestarne il movimento. Più la massa è veloce più difficoltoso risulterà arrestarla. In base a questo principio, mettendo in moto una massa d’aria all’interno del cilindro, questa tenderà ad accumularsi anche mentre lo spazio nella camera si riduce (aumentando la pressione del fluido). Questo fenomeno consente di chiudere la valvola di aspirazione mentre il pistone ha già iniziato la fase successiva.

I “tempi” di apertura e chiusura della valvole sono dette: “Fasi”, e vengono misurate in gradi di rotazione dell’albero motore. Come possiamo dedurre durano più di centottanta gradi, ossia tutto il movimento della fase più un pezzetto all’inizio e uno alla fine. Questi si chiamano: anticipi di apertura e ritardi di chiusura.

Un esempio di fasatura può essere: 17-43, 57-3

Il che significa che l’aspirazione inizia quando l’albero motore è posizionato 17° prima dell’allineamento con l’asse di biella e pistone, nel momento in cui questo è posizionato nel punto più vicino alla testata. Prosegue per i 180° di rotazione che compongono la fase vera e propria e le valvole si chiudono 43° di rotazione in fase di compressione.

Per conoscere la durata (sempre in gradi di rotazione dell’albero motore) non abbiamo da fare altro che sommare i gradi di anticipo, i gradi di ritardo e i gradi della fase (sempre 180).

Altrettanto per lo scarico, che in questo caso però, inizierà quando l’allineamento con l’asse di biella e il pistone sarà verso il punto più lontano dalla testata.

Quindi: 57° prima di questo punto si aprirà la valvola di scarico, l’albero motore compirà la sua fase per i 180° e 3° dopo l’allineamento a fine fase avremo la chiusura della valvola.

La durata delle fasi sarà quindi di 17+180+43=240° Per l’aspirazione e 57+180+3=240° per lo scarico.

Lo Zingaro