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Valve-train nei motori a combustione interna

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neropaco:
In un motore a combustione interna , aria e/o miscela aria-carburante devono essere introdotti nel sistema ed i relativi prodotti di ‘scarico’ devono essere espulsi .
E’ un ciclo ripetitivo, durante il quale gli elementi  atti alla “respirazione” del motore :
-   condotti di aspirazione (intake ports)
-   condotti di scarico (exhaust ports)
sono periodicamente aperti e chiusi grazie alle valvole di aspirazione e scarico (dette anche valvole a fungo ‘ poppet valve ’ )

Queste valvole devono soddisfare determinati requisiti, tra i quali:
-   assicurare una ben precisa sezione trasversale di apertura
-   forma ottimizzata affinché il flusso avvenga minimizzando il più possibile le perdite di pressione
-   garantire la perfetta ‘tenuta’ in chiusura

L’alzata della valvola (valve lift) , la durata e la sequenza della stessa sono determinati dall’ asse a camme (camshaft).
 Il meccanismo che trasferisce l’alzata della camma alla valvola è chiamato in gergo ‘Treno-valvole’ (Valve-train).

fig.1Componenti del Valve-train:
1-   Asse a camme (Camshaft)
2-   Guida punteria (Bucket tappet guide)
3-   Testa cilindri (Cylinder Head)
4-   Punteria idraulica (Hydraulic Bucket tappet)
5-   Paraolio valvola (Valve stem seal)
6-   Molla valvola (Valve Spring)
7-   Valvola (Valve)
8-   Sede valvola (Valve Seat Insert)

Il valve-train è soggetto a repentini cambiamenti di  accelerazione e velocità, le forze di inerzia corrispondenti aumentano con l’aumentare del regime motore ed infine, ma non meno onerosa, l’influenza delle alte temperature dovuta alla presenza dei gas di scarico.
Questo impone che alla base della progettazione di un Valve-train ci siano delle condizioni di progetto molto severe, che tengano conto di tutto quanto sopra esposto e non da ultimo del seguente requisito:
- bisogna sempre assicurare che i componenti del valve-train non inducano impulsi/risonanze nel sistema nonché perdite di contatto tra i vari componenti il treno valvole.

I criteri che si utilizzano per differenziare i vari tipi di Valve-train , tutti accomunati dal fatto di essere guidati da un asse a camme , sono legati al :
-   numero di valvole attuate
-   numero e posizione degli assi a camme

La posizione dell’asse a camme rispetto alla linea divisoria tra testa cilindri e blocco cilindri (che chiameremo per semplicità TC/BC ) determina il tipo di soluzione adottata:

-   all’interno del basamento al di sotto della TC/BC (block-mounted camshaft)
        OverHead Valvetrain (OHV)
-   nella testa cilindri  al di sopra della TC/BC
o   OverHead Camshaft  (OHC )  se è presente un solo asse a camme
o   Double OverHead Camshaft (DOHC) se vi sono 2 assi a camme (è il caso delle nostre CB..fig.1)


Negli U.S. la soluzine OHV continua a dominare , specie se si parla di grosse cilindrate e di motori a V come nella tradizione statunitense.
In Europa così come in Asia , e principalmente in Giappone, la soluzione più adottata è la OHC o DOHC. Soluzione che permette di ottenere alte prestazioni , maggior precisione di attuazione specie alle alte velocità di rotazione, grazie alla maggior ‘rigidezza’ di questo tipo di soluzione, che ha meno componenti elastici delle altre soluzioni.

Treno-valvole a comando diretto  - Direct Drive ValveTrain ( DDV )
Soluzione caratterizzata da elevata rigidezza del sistema e basso numero di componenti in movimento, ottimo requisito per avere un buon comportamento ad alti regimi.
L’asse a camme e la punteria , che può essere :
-   Meccanica (Mechanical Bucket/Tappet)  , detta anche ‘punteria a tazza’ o bicchierino
        o   con ‘pastiglia’ o disco superiore per il recupero del gioco (TopShim)
        o   con disco sottostante (Bottom Shim)
        o   con spessore graduato
-   Idraulica (Hydraulic Bucket/Tappet/Lifter)

, sono a diretto contatto fra di loro.


Treno-valvole a comando indiretto  - Roller Finger Followers (RFF )
Rispetto alla soluzione precedente , qui compaiono elementi aggiuntivi per la trasmissione della forza e quindi del movimento dall’asse a camme alla valvola.
Si tratta del sistema di comando con Bilanciere a dito (Finger Follower) e punteria idraulica (Hydraulic Pivot Element)
Una estremità del bilanciere è a contatto con la punteria idraulica, mentre l’altra estremità è direttamente a contatto con il Tip dello stelo della valvola .
La camma invece agisce sul ‘rullino’ (roller) , mentre l’alzata sulla valvola è determinata dal rapporto delle ‘leve’ e dagli angoli di funzionamento.



Meccanismi di regolazione del gioco  - Valve lash adjustmentTutti i Valve-train hanno un gioco di funzionamento ben definito (valve lash).
Parametro importantissimo che serve principalmente per compensare le variazioni in lunghezza risultanti dalle variazioni di temperatura nonché dall’usura dei componenti.
Se il gioco è troppo piccolo , la valvola non chiude completamente non garantendo quindi la tenuta dei gas. D’altra parte se il gioco valvole è troppo alto, la rumorosità aumenta.


Componenti per la REGOLAZIONE MECCANICA DEL GIOCO
-   Punteria a tazza meccanica:
o   TOP-SHIM : il gioco viene regolato attraverso l’opportuna sostituzione dei dischi/pastiglie di regolazione, disponibili in vari spessori.

o   BOTTOM-SHIM: lo spessore di regolazione è installato all’interno della punteria nell’apposità cavità ed anche qui il gioco viene regolato disponendo dei vari dischetti spessorati. Ha il vantaggio di avere massa minore della Topshim, ma anche lo svantaggio operativo di dover smontare l'asse a camme per effettuare una eventuale sostituzione .

o   PUNTERIE GRADUATE: in pratica sono punterie in cui non ci sono piattelli da sostituire, lo spessore di regolazione è ricavato dalla stessa punteria. Anche qui ovviamento c'è lo svantaggio in caso di sostituzione/regolazione periodica, ma di contro abbassa di molto i costi e la massa, con benefici ovvi sull' attrito in quanto è possibile così abbassare i carichi molla .






-   Bilanciere a rullo meccanico:
o    il gioco viene regolato attraverso una vite con un controdado; a questa vite di solito si ha facile accesso grazie ad appositi tappetti filettati removibili posizionati sul coperchio distribuzione (vedi Honda Four).Dall’altro capo della vite la superficie è bombata ed è in contatto diretto con il ‘TIP’ valvola.
o   Il rullo permette una riduzione nelle perdite per attrito da contatto tra camma e bilanciere.
o   A seconda della forma del bilanciere è possibile azionare anche 2 valvole contemporaneamente.

Sotto una serie di vari tipi di Rocker Arm prodotti da una azienda cinese per molte case automobilistiche europee..
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