Soggetti:
- Generale
- Albero a camme in testa
- Albero a camme sottostante
- Alberi a camme veloci
- Sovrapposizione delle valvole
- Fasatura variabile delle valvole e alzata delle valvole
- lubrificazione
nel complesso:
L'albero a camme è una parte importante del motore. L'albero a camme assicura che il valvole vengono aperti e chiusi consentendo all'aria di fluire dentro e fuori dal cilindro. L'albero a camme ruota in modo che la camma apra la valvola contrastando la forza elastica della molla della valvola. La molla della valvola assicura che la valvola aperta sia chiusa quando la camma continua a ruotare.
L'albero a camme si trova nella parte superiore o inferiore della testata oppure nella parte inferiore del blocco motore. L'albero a camme è azionato dalla cinghia di distribuzione, dalla catena o dai pignoni. Vedi di più su questo nel capitolo distribuzione.
Albero a camme in testa:
L'albero a camme in testa viene utilizzato solo oggi. L'albero a camme viene quindi posizionato nella testata. Il vantaggio dei motori con albero a camme in testa è che possono gestire velocità più elevate rispetto ai motori con albero a camme sottostante.
Nell'immagine a sinistra puoi vedere che la valvola è chiusa perché la molla della valvola la preme per chiuderla e che 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.
Le valvole di un motore a quattro tempi vengono aperte da 1 o 2 alberi a camme. Nella versione con 1 albero a camme comanda sia la valvola di aspirazione che quella di scarico.
Nella versione con 2 alberi a camme, un albero a camme aziona la/e valvola/e di aspirazione, l'altro la/e valvola/e di scarico. I 2 alberi a camme possono essere azionati uno dopo l'altro tramite 1 cinghia di distribuzione, ma esistono anche sistemi in cui un albero a camme aziona l'altro tramite una cinghia o catena separata (vedere le immagini sottostanti)
Le immagini seguenti sono solo esempi della costruzione della cinghia di distribuzione. Il principio è lo stesso con una catena di distribuzione.
L'immagine in alto a sinistra è di un motore dotato di un singolo albero a camme. Questo aziona sia la valvola di aspirazione che quella di scarico. Questo di solito si applica, ad esempio, ai motori a quattro cilindri con 8 o 12 valvole (cioè con 2 o 3 valvole per cilindro).
L'immagine centrale mostra un motore con doppio albero a camme, azionato da due cinghie dentate. La ruota dentata dell'albero a camme (1) viene azionata direttamente dall'albero motore con la cinghia grande. Nella parte posteriore della puleggia della prima marcia c'è un piccolo ingranaggio, sul quale scorre la cinghia posteriore. Questa cinghia posteriore (piccola) aziona la ruota dentata dell'albero a camme (1). La cinghia piccola richiede un tenditore separato. Questo di solito si applica ai motori a quattro cilindri con 2 o più valvole. (quindi 16 o più valvole per cilindro)
L'immagine a destra è di un motore motociclistico con due alberi a camme. Gli alberi a camme sono azionati sia da una cinghia che da una catena. L'albero a camme 1 è azionato dalla cinghia di distribuzione, a sua volta azionata dall'albero motore. L'albero a camme 2 è azionato dalla catena a sua volta azionata dall'albero a camme 1. Questa catena è montata sotto il coperchio della valvola con un tenditore o un meccanismo di regolazione. Questo di solito si applica, ad esempio, ai motori a quattro cilindri con 16 o più valvole. (quattro o più valvole per cilindro)
Albero a camme sottostante:
In passato i motori erano dotati di un albero a camme sottostante. 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.
Alberi a camme veloci:
Se la camma è più ovale e più lunga, la valvola rimarrà aperta più a lungo. Più aria può quindi fluire nel cilindro. Ciò si traduce in plusvalenze. Questo principio viene utilizzato, tra le altre cose, nella messa a punto del motore. Questo si chiama "albero a camme veloce". Se l'estremità è più affilata (più appuntita) la valvola si chiuderà più rapidamente. Inoltre deve essere leggermente convesso, altrimenti la valvola sbatterebbe contro la sede ad una velocità troppo elevata, causando una forte usura delle sedi delle valvole. Durante la progettazione di un motore, anche questo viene testato attentamente, in modo che siano installati alberi a camme ottimali in termini di potenza, consumo di carburante ed emissioni.
Sovrapposizione delle valvole:
Durante la sovrapposizione delle valvole, le valvole di ingresso e di uscita vengono aperte brevemente contemporaneamente. Alla fine della corsa di scarico, quando il pistone è quasi al PMS, la valvola di aspirazione si apre prima che quella di scarico venga chiusa. In questa situazione la velocità dei gas di scarico in uscita dalla camera di combustione è così elevata che l'aria aspirata viene già aspirata per effetto del vuoto. Dopo che la valvola di scarico è stata chiusa e il pistone si è spostato verso l'ODP, la valvola di aspirazione si apre completamente. L'aria aspirata riempirà così lo spazio di combustione.
Il vantaggio della sovrapposizione delle valvole è che la velocità dell'aria in entrata aumenta quando la valvola di ingresso si apre, determinando un grado di riempimento più elevato.
La figura mostra la situazione in cui la valvola di ingresso (a sinistra) e la valvola di scarico (a destra) sono aperte contemporaneamente.
Lo schema mostra l'apertura e la chiusura delle valvole di scarico e aspirazione. Mentre l'albero a camme ruota, la valvola di scarico si apre e si chiude nuovamente (le linee blu). La sovrapposizione della valvola si verifica al centro del grafico. Questo è mostrato in rosso. Qui la valvola di ingresso (mostrata con linee verdi) è già stata leggermente aperta.
La sovrapposizione della valvola è ottenuta grazie alla forma della camma. Nell'immagine sotto puoi vedere che sull'albero a camme superiore le camme più alte sono distanti 114 gradi. Al centro della figura la sovrapposizione delle valvole avviene perché l'estremità della camma di aspirazione e l'inizio della camma di scarico sono più alte della parte rotonda dell'albero a camme. Questa è la parte in cui le valvole di aspirazione e scarico sono aperte contemporaneamente.
Più le alette sono posizionate l'una vicino all'altra, maggiore sarà la sovrapposizione. Ciò può essere visto nella differenza tra l'albero a camme superiore e quello inferiore, con le camme nell'albero a camme inferiore distanti 108 gradi.
La sovrapposizione delle valvole quindi avviene sempre e non può essere modificata a causa della forma fissa della camma sull'albero a camme. La quantità di sovrapposizione delle valvole è determinata dal produttore del motore.
Fasatura variabile delle valvole e alzata delle valvole:
La potenza del motore dipende in gran parte dall'albero a camme. Se ha camme lunghe e ovali, le valvole rimarranno aperte più a lungo. Ciò significa che più aria può entrare ed uscire dal motore, producendo più potenza. Se le camme sono più corte e più appuntite, la valvola si aprirà di meno e si chiuderà prima, consentendo l'ingresso e l'uscita di meno aria, quindi producendo anche meno potenza. Il vantaggio è che questo può ridurre il consumo di carburante.
I bassi regimi del motore con carichi bassi richiedono:
- Le valvole di aspirazione si aprono tardi e si chiudono presto.
- Le valvole di scarico si aprono tardi e si chiudono presto.
Gli alti regimi del motore con carichi elevati richiedono:
- Aprire le valvole di aspirazione presto e chiuderle tardi.
- Aprire presto le valvole di scarico e chiuderle tardi.
Le case automobilistiche cercano sempre una via di mezzo. La fasatura variabile della valvola regola l'albero a camme nella posizione richiesta alla velocità di funzionamento del motore. L'alzata variabile della valvola è anche una tecnica per ottenere vari vantaggi modificando la distanza alla quale la valvola si apre.
A fasatura variabile delle valvole gira l'albero a camme rispetto al pignone albero a camme regolabile (vedi immagine). Con questo sistema è possibile far sì che le valvole si aprano prima o dopo, ma non è possibile far sì che le valvole restino aperte più a lungo. Se la valvola si apre prima, si chiuderà anche prima, perché la forma dell'albero a camme rimane la stessa. Sulla pagina fasatura variabile delle valvole verranno fornite ulteriori spiegazioni al riguardo.
Alzata valvola variabile è una tecnica che garantisce che l'altezza di sollevamento della valvola sia regolabile. Questo controlla quanto si apre la valvola. Ciò è vantaggioso sia per il consumo di carburante che per la potenza del motore. L'immagine qui sotto ne è un esempio. Questo è il Valvetronic della BMW.
L'alzata variabile della valvola viene applicata solo all'albero a camme di aspirazione. Esistono diverse tecniche utilizzate da diversi produttori. A pag alzata variabile delle valvole le diverse tecniche sono descritte in dettaglio.
Lubrificazione:
L'albero a camme deve essere lubrificato, così come tutti gli altri componenti mobili del motore. L'albero a camme viene alimentato con olio nei punti giusti tramite tubi con fori o ugelli. Il funzionamento dell'intero sistema di lubrificazione è descritto a pagina sistema di lubrificazione.
