Cleppen

Soggetti:

Generale
Materiale
Valvole riempite di sodio
Guide valvole
Diversi tipi di controllo della valvola
Meccanismo della valvola con controllo indiretto della valvola
Meccanismo della valvola con controllo diretto della valvola
Regolare il gioco delle valvole
Tecnologia multivalvola
Fasatura variabile delle valvole e alzata delle valvole

nel complesso:
Ci sono valvole in ogni motore a combustione. C'è sempre almeno una valvola di ingresso e una di uscita. Queste valvole sono azionate da uno o più alberi a camme attraverso la distribuzione e assicurano che l'aria fresca possa fluire nello spazio di combustione, l'aria viene quindi intrappolata durante la compressione e può quindi lasciare lo spazio di combustione. Il flusso dei gas di aspirazione e di scarico deve avvenire con la minor resistenza possibile.
I materiali sono modellati nel miglior modo possibile per questo scopo.
Le valvole sono montate nella testata. La valvola di aspirazione è spesso più grande della valvola di scarico, perché nel cilindro deve entrare quanta più miscela possibile. La valvola di scarico dovrebbe essere più piccola, perché i gas di scarico bruciati lasciano il cilindro dopo la corsa di scarico, quando il pistone spinge i gas fuori dal cilindro.

Ad esempio, prenderemo il processo a quattro tempi di un motore a benzina. Durante la fase di aspirazione del motore, la valvola di aspirazione si apre e, nel caso di un motore a benzina a iniezione indiretta, viene aspirata una miscela aria-carburante, mentre nel caso di un motore a benzina a iniezione diretta viene aspirata solo aria fresca . L'aria viene aspirata perché il pistone si muove verso il basso. L'aria che entra occupa lo spazio che si rende disponibile. Quando il pistone si muoverà nuovamente verso l'alto, la valvola di ingresso si chiuderà. La miscela di carburante e aria ora non può andare da nessuna parte e viene compressa. Questo è chiamato colpo di compressione. Ecco perché è importante che le valvole si chiudano correttamente. La miscela si accende quando la candela produce la scintilla. Il pistone viene quindi spinto verso il basso con una forza considerevole. Questo è chiamato colpo di potenza.
Durante la corsa di scarico, la valvola di scarico si apre e il pistone si muove verso l'alto. I gas bruciati ora lasciano il cilindro e vanno allo scarico. Quando il pistone è in alto, la valvola di scarico si chiude e quella di aspirazione si apre. Il pistone si abbassa nuovamente e segue la corsa di aspirazione. In realtà, la valvola di ingresso si apre un po' prima, in modo che le valvole di ingresso e di uscita siano aperte contemporaneamente per un breve periodo. Questo si chiama “sovrapposizione delle valvole”. La velocità dei gas combusti che lasciano il cilindro attraverso la valvola di scarico crea una pressione negativa, che attira ulteriormente l'aria aspirata. In questo modo nel cilindro può fluire più aria che se si aprisse solo la valvola di aspirazione e il pistone si spostasse verso il basso. Il livello di riempimento risulta così migliorato.

Per una spiegazione più dettagliata del processo a quattro tempi, consultare la pagina “Funzionamento del motore a benzina".

Materiali:
Le valvole sono molto caricate. Soprattutto le valvole di scarico, perché diventano estremamente calde e non possono essere raffreddate molto bene. Le valvole di aspirazione vengono in parte raffreddate dall'aria fredda aspirata che entra nel cilindro. I gas di scarico bruciati scorrono attraverso le valvole di scarico ad una temperatura fino a 900 gradi Celsius. Ecco perché anche le valvole di scarico sono realizzate in un materiale diverso rispetto alle valvole di aspirazione. Le valvole di aspirazione sono spesso realizzate in acciaio al cromonichel. Le valvole di scarico sono spesso realizzate in acciaio al cromo-silicio. Per limitare l'usura dovuta alle condizioni di alta temperatura, i bordi esterni del disco della valvola (la superficie di tenuta) e gli steli delle valvole sono armati con uno strato di lega di carburo (stellite). Le valvole dissipano la maggior parte del calore attraverso il disco e lo stelo della valvola. Le valvole riempite di sodio hanno una dissipazione del calore ancora migliore.

Valvole riempite di sodio:
Le valvole di scarico sono cave all'interno. Lo spazio vuoto è riempito per circa il 60% di sodio. Il sodio è un metallo che diventa liquido ad alta temperatura (da circa 100 gradi Celsius). Quando il motore è in funzione, la valvola spesso si alza e si abbassa. Il sodio nella valvola viene costantemente sballottato avanti e indietro e trasporta così il calore. Il sodio assorbe il calore dal disco della valvola e lo rilascia allo stelo della valvola. Con le valvole riempite di sodio è possibile ottenere un calo di temperatura da 80 a 100 gradi rispetto alle valvole non riempite di sodio.
Le valvole di aspirazione non ne hanno bisogno, perché sono già raffreddate dall'aria in entrata.

Nella figura la superficie grigia rappresenta il materiale e la parte rossa rappresenta la cavità riempita di sodio.

Guide delle valvole:
Le valvole si muovono su e giù nella testata. Deve esserci una buona tenuta tra la valvola e la testata, in modo che l'olio non possa fluire dalla testata, lungo lo stelo della valvola fino a un passaggio di ingresso o di scarico. C'è sempre un piccolo film d'olio tra la valvola e la guida della valvola per la lubrificazione. La guida della valvola è mostrata in arancione in figura.

Se dallo scarico esce fumo blu, potrebbe essere il risultato di guide delle valvole difettose. È possibile che le guide delle valvole siano diventate più larghe (vedi immagine sotto) in modo che la valvola abbia gioco anche nella testata. In questa situazione, l'olio può fuoriuscire dalla valvola nel passaggio di ingresso o di scarico. Nella parte superiore della guida della valvola è presente la pressione dell'aria esterna o talvolta anche una sovrapressione dovuta ad una maggiore pressione del basamento. Nella parte inferiore della guida della valvola, i gas fluiscono verso il collettore di scarico, che fornisce un effetto di vuoto. Ciò aumenta la perdita perché l'olio viene, per così dire, risucchiato lungo lo stelo della valvola. Quando l'olio entra nel collettore di scarico, non viene bruciato. L'olio viene riscaldato, facendolo evaporare parzialmente. Ciò potrebbe provocare la fuoriuscita di fumo blu dallo scarico.

Le guide delle valvole possono spesso essere sostituite separatamente. Per fare ciò, è necessario smontare la testata e rimuovere la valvola dalla testata. Le guide delle valvole possono quindi essere sostituite. Le guide delle valvole non possono essere sostituite separatamente su tutte le testate. Le aziende di rigenerazione spesso hanno una soluzione a questo problema. Chiedi informazioni sulle opzioni per la sostituzione delle guide delle valvole presso un'azienda di revisione apprezzata.

Diversi tipi di controllo della valvola:
Le valvole possono essere azionate in diversi modi. L'immagine sotto mostra cinque diverse versioni. Queste diverse versioni e i metodi di regolazione sono discussi più avanti in questa pagina.

A: Controllo indiretto delle valvole con bilancieri.
B: Controllo diretto della valvola con bilancieri a trascinamento.
C: Controllo diretto della valvola con regolatori idraulici della valvola.
D: Controllo diretto delle valvole con bilancieri e valvole multiple per cilindro.
E: Controllo diretto delle valvole con alzavalvole idrauliche e valvole multiple per cilindro.

Per i motori senza punterie idrauliche (A, B e D), è necessario controllare periodicamente il gioco delle valvole. Maggiori informazioni al riguardo nel capitolo “Regolazione del gioco delle valvole” in questa pagina. Sui motori dotati di alzavalvole idrauliche la regolazione del gioco delle valvole non è né necessaria né possibile; i pistoni idraulici sono riempiti di olio che elimina il gioco in eccesso.

Meccanismo della valvola con controllo indiretto della valvola:
In passato i motori erano dotati di un sottostante albero a camme. Al giorno d'oggi, i motori delle autovetture sono dotati solo di un albero a camme in testa. La costruzione con l'albero a camme sottostante sta scomparendo. Lo svantaggio di questa costruzione è che questi motori non possono sopportare velocità elevate perché c'è molta massa tra l'albero a camme e la valvola. A velocità elevate si verificherà un gioco eccessivo e la valvola non si aprirà e chiuderà più nei tempi corretti.
L'albero motore si muove tramite una piccola catena di distribuzione o cinghia all'albero a camme sottostante (vedi immagine sotto). L'albero a camme spinge la punteria della valvola e l'asta di spinta verso l'alto. Il lato destro del bilanciere è sollevato. Il bilanciere "rotola" attorno all'asse del bilanciere, spingendo il lato sinistro verso il basso. Ciò spinge la valvola verso il basso contrastando la forza della molla della valvola. Quando l'albero a camme viene ruotato ulteriormente, la molla della valvola chiude la valvola e il bilanciere ritorna nella posizione iniziale.

Meccanismo della valvola con controllo diretto della valvola:
Oggigiorno l'albero a camme in testa viene utilizzato solo nelle autovetture. L'albero a camme viene quindi posizionato nella testata. Il vantaggio dei motori con albero a camme in testa è che possono sopportare velocità più elevate rispetto a quelli con albero a camme sottostante.

Nell'immagine sopra a sinistra puoi vedere che la valvola è chiusa perché la molla della valvola preme la valvola chiusa e l'albero a camme ruota in senso orario. Nell'immagine a destra, l'albero a camme è ruotato, facendo sì che la camma spinga la valvola verso il basso. La molla è ora compressa, spingendo la valvola verso il basso. Dopo aver ruotato ulteriormente l'albero a camme, la molla della valvola spingerà nuovamente la valvola verso l'alto. La molla della valvola esercita una contropressione di circa 20 kg.

L'immagine mostra una rappresentazione schematica di una valvola con molla valvola. Qui è possibile vedere chiaramente su quale parte poggia la valvola sulla superficie di chiusura della sede della valvola. Nella parte superiore si trova la sede della molla (la parte in cui la camma dell'albero a camme spinge la valvola verso il basso) con la chiave della valvola e la molla della valvola sotto. La chiave della valvola funge da supporto per la valvola. Per rimuovere la valvola dalla testata è necessario rimuovere le chiavi della valvola. Durante lo smontaggio la sede della molla deve essere spinta verso il basso contro la forza della molla della valvola (a questo scopo sono disponibili attrezzi speciali). La valvola sarà quindi libera di muoversi. Rimuovendo le due chiavi della valvola con un magnete tra la sede della molla e lo stelo della valvola, la valvola può essere rimossa dalla testata dal basso.
Durante l'installazione, è necessario prestare attenzione per garantire che la valvola corretta sia reinstallata nella posizione corretta. Questi non possono essere scambiati. Quando viene installata una nuova valvola, dovrà essere levigata con una pasta abrasiva speciale. Dopo la levigatura, la valvola sigillerà bene. La nuova valvola può quindi essere fatta scorrere attraverso la guida dello stelo della valvola e le chiavi della valvola possono essere rimesse in posizione. La molla della valvola può quindi essere nuovamente rilassata.

Regolare il gioco delle valvole:
Deve esserci sempre un certo gioco tra l'albero a camme e il bilanciere o la parte superiore della valvola. Questa distanza dà al materiale l'opportunità di espandersi. Il gioco non dovrebbe essere troppo grande; la valvola allora si apre meno di tanto e per un tempo più breve. Se il gioco è troppo grande, l'albero a camme impiegherà più tempo per aprire la valvola e la valvola si chiuderà prima. Anche il gioco non dovrebbe essere troppo piccolo; la valvola viene quindi aperta prima e chiusa dopo. Quindi la valvola rimane aperta ogni volta troppo a lungo. Il tempo di chiusura della valvola è quindi più breve; esiste la possibilità che la valvola non riesca a dissipare il calore nella sede della valvola della testata e quindi si surriscaldi. La valvola può quindi bruciare.

Al giorno d'oggi quasi tutte le autovetture sono dotate di alzavalvole idrauliche. Tuttavia, ci sono ancora produttori che sviluppano motori che richiedono la regolazione del gioco delle valvole. Nelle auto degli anni '90 l'uso delle punterie idrauliche non era affatto ovvio. Quindi ci sono ancora molti veicoli in giro dove il gioco delle valvole deve essere controllato periodicamente e regolato se necessario. I dati di fabbrica spesso elencano il chilometraggio al quale questa operazione dovrebbe essere eseguita (spesso ogni tagliando di manutenzione importante). Esistono due diverse costruzioni per la regolazione del gioco delle valvole; mediante spessori e regolazione di bulloni eccentrici. Entrambi sono descritti di seguito.
Quando si regolano le valvole, non si dovrebbe iniziare da un momento all'altro. Bisogna prestare molta attenzione al punto in cui le valvole sono impostate su “tumble”. Il rotolamento significa che l'albero a camme ha appena chiuso le valvole di scarico e sta per aprire le valvole di aspirazione. Quando il cilindro 1 è in rotazione significa che si trova all'inizio della corsa di aspirazione. Il pistone del cilindro 1 si trova quindi in alto. I cilindri 1 e 4 sono sempre alla stessa altezza in termini di altezza (proprio come 2 e 3 sono alla stessa altezza, vedi immagine sotto). Poiché l'ordine di accensione è 1-3-4-2 (ricordate lo schema di lavoro), significa che il cilindro 4 è all'inizio della corsa di potenza. Dopo il cilindro 4 è la volta del cilindro 2 e poi del cilindro 3.

L'immagine sotto mostra il pistone del cilindro 1 nel BPD. Le anse sono rivolte verso il basso; le valvole di aspirazione si sono appena chiuse e le valvole di scarico stanno per aprirsi. In quel momento si possono regolare le valvole del cilindro 4; le camme lì sono rivolte verso l'alto.

Il gioco delle valvole viene misurato con il cosiddetto “spessimetro“. Lo spessimetro contiene strisce metalliche di varie dimensioni, ciascuna con un valore di 0,05 mm più spessa dell'altra. Facendo scorrere alcuni listelli tra l'albero a camme e la valvola è possibile verificare il gioco presente. La striscia in questione non deve essere fatta passare con troppa facilità; il gioco delle valvole risulta quindi maggiore del valore del listello. Se la striscia non si adatta o è molto pesante e si incastra, significa che è troppo spessa. Si può avvertire resistenza quando la striscia viene spostata tra di loro.

Regolazione del gioco delle valvole mediante spessori:
Lo spessore dello spessore, chiamato anche “shim”, determina in questo caso il gioco delle valvole. Nell'immagine sotto lo spessore è indicato in rosso. Sostituendo lo spessore con uno più spesso, il gioco delle valvole diminuirà. Quindi c'è meno spazio tra l'albero a camme e lo spessore. Sotto l'immagine è spiegato come regolare il gioco delle valvole. Per regolare le valvole, la camma della valvola in questione deve essere rivolta verso l'alto, come mostrato nella figura seguente. Quando la camma viene ruotata, vengono effettuate misurazioni errate. Quando si regolano le valvole di un motore a quattro cilindri, è necessario eseguire le seguenti azioni:

Commuta cilindro 1 = regola le valvole del cilindro 4.
Commuta cilindro 2 = regola le valvole del cilindro 3.
Commuta cilindro 3 = regola le valvole del cilindro 2.
Commuta cilindro 4 = regola le valvole del cilindro 1.

Ad esempio, il valore di fabbrica del gioco delle valvole sopra indicato potrebbe essere 0,35 mm. Tra lo spessore e l'albero a camme deve quindi esserci uno spazio di 0,35 mm quando la camma è rivolta verso l'alto. Lo spazio tra le due parti può essere misurato con lo spessimetro. Se la striscia da 0,35 mm passa molto facilmente senza sentire alcuna resistenza, significa che la distanza tra la valvola e l'albero a camme è maggiore di 0,35 mm. In tal caso il gioco delle valvole è troppo grande. Se una striscia di spessimetro da 0,45 mm difficilmente si inserisce nel mezzo perché è necessario esercitare molta forza per inserirla, questa striscia è troppo spessa. Il gioco effettivo è quindi compreso tra 0,35 e 0,45 mm. Per sicurezza è possibile inserire nel mezzo una striscia da 0,40 mm. Se si avvia, ma può essere spostato avanti e indietro (si potrebbe avvertire resistenza), allora puoi esserne sicuro; il gioco delle valvole è di 0,40 mm invece dei 0,35 mm prescritti.

Poiché il gioco delle valvole è troppo grande, è necessario installare uno spessore più spesso. Le dimensioni sono spesso indicate sugli spessori. In tal caso leggere il valore dello spessore troppo sottile. Cioè, ad esempio, 2,75 mm.
Il gioco delle valvole è troppo grande; lo spessore deve essere 0,05mm più spesso di quello montato cioè 2,75mm. Quando è installato uno spessore di (2,75 + 0,05) = 2,80 mm, il gioco delle valvole è corretto. In tal caso, installare lo spessore da 2,80 mm, ruotare l'albero motore di due giri in modo che le valvole corrette oscillino nuovamente e controllare nuovamente il gioco delle valvole.

Spesso esistono strumenti di smontaggio speciali per sostituire facilmente gli spessori. Un esempio di questo può essere visto nell'immagine.

Regolazione del gioco delle valvole mediante eccentrici regolabili:
Un sistema frequentemente utilizzato è l'eccentrico regolabile. La vite di regolazione può essere girata solo dopo aver allentato il dado di bloccaggio di un quarto di giro. Quando si gira la vite di regolazione, lo spazio tra lo stelo della valvola e il bilanciere aumenterà o diminuirà immediatamente. Stringendo poi il controdado la vite di regolazione viene nuovamente bloccata.

Anche in questo caso, ovviamente, le valvole del cilindro corretto devono prima essere impostate su ginocchiera! Tastando tra lo stelo della valvola e il bilanciere con uno spessimetro dello spessore corretto (cioè dello stesso valore di quello di fabbrica), è possibile determinare se il gioco delle valvole è troppo grande, troppo piccolo o corretto. Ruotando la vite di regolazione e spostando costantemente lo spessimetro tra di essa, è possibile trovare la posizione corretta della vite di regolazione dove il gioco delle valvole è corretto. Stringere quindi il controdado e verificare che il gioco sia sempre lo stesso. C'è una buona probabilità che la vite di regolazione venga leggermente ruotata quando si stringe il dado di bloccaggio, a meno che non venga utilizzato uno strumento speciale specificato dal produttore.

Tecnologia multivalvola:
Ogni motore a quattro tempi ha almeno 1 valvola di aspirazione e 1 valvola di scarico. I motori più potenti ed economici hanno spesso 2 valvole di aspirazione e 2 valvole di scarico. Alcuni tipi hanno 2 valvole di aspirazione e 1 valvola di scarico oppure 3 valvole di aspirazione e 1 valvola di scarico.
Ci sono due vantaggi principali nell’utilizzare più valvole, vale a dire:

Le valvole avranno un diametro leggermente più piccolo, il che comporta una massa inferiore (meno peso) per valvola. Il più grande vantaggio è che le valvole non fluttuano a regimi elevati del motore. Le valvole flottanti significano che quando il motore funziona ad alta velocità (ad esempio 5000 giri/min) le valvole si aprono e si chiudono così rapidamente che le molle delle valvole non hanno più il tempo di chiudere la valvola. La valvola quindi non si chiude completamente sulla sede della valvola. Ciò può far sì che il pistone colpisca la valvola o che la valvola si surriscaldi perché non può più trasferire calore alla sede della valvola. Le valvole multiple rendono le valvole più leggere e danno alle molle della valvola abbastanza tempo per chiudere la valvola.
La massa inferiore per valvola consente alle valvole di chiudersi più rapidamente. Ciò rende possibile applicare la fasatura variabile delle valvole, per cui la posizione dell'albero a camme viene modificata a un determinato regime o carico del motore.

Fasatura variabile delle valvole e alzata delle valvole:
I motori moderni utilizzano spesso la fasatura variabile delle valvole. Alcuni produttori di motori utilizzano anche l'alzata variabile delle valvole (inclusa BMW). Questi capitoli sono descritti separatamente nelle pagine: