Che cos’è la fasatura variabile delle valvole? Per motivi di efficienza, il motore della tua auto avanza automaticamente e ritarda i tempi di accensione in base al carico e all’accelerazione. Un tempo, questo veniva fatto tramite un controllo del vuoto, cambiando fisicamente la curva del distributore, ma ora il computer del motore gestisce i tempi.
Per decenni, gli ingegneri hanno saputo che essere in grado di controllare le valvole di aspirazione e scarico in modo simile aumenterebbe la potenza, ridurrebbe le emissioni e aumenterebbe il risparmio di carburante. La fasatura variabile delle valvole è un concetto che è stato utilizzato decenni fa nei motori degli aerei, con esperimenti sugli alberi a camme scorrevoli e altri concetti.
Che cos’è la fasatura variabile delle valvole?
SISTEMI DI FASATURA VARIABILE DELLE VALVOLE (VVT)
I lobi sull’albero a camme sono a forma di uovo e fanno contatto con il sollevatore o il bilanciere per un determinato periodo di tempo (durata). Ogni lobo è inoltre progettato per aprire le valvole di una determinata quantità (sollevamento). Poiché le valvole si aprono due volte in ogni ciclo di aspirazione / compressione / potenza / scarico, l’albero a camme gira a metà della velocità dell’albero motore, in altre parole, le valvole sono chiuse per la compressione e le corse di potenza.
Una camma progettata per una maggiore durata e un sollevamento più elevato (cioè una camma da corsa) funzionerà molto bene sopra i 3.500 giri / min circa, ma non così bene a regimi inferiori. Ecco perché i veicoli messi a punto da gara tendono a girare al minimo e ad essere capricciosi nella guida in città. Una levigatura a camme ad alte prestazioni per un camper sarebbe migliorata per la coppia a regimi inferiori e avrebbe un minimo ruvido e uno scarso vuoto al minimo. Mentre una camma da pista sarebbe adatta per un intervallo di giri elevato ma sarebbe paludosa a regimi inferiori . La situazione ideale sarebbe un valvetrain che potrebbe essere regolato per durata e sollevamento in base al regime del motore e al carico.
Negli anni ’60, gli ingegneri iniziarono a sperimentare con le configurazioni di fasatura variabile delle valvole (vvt). Ma fu solo alla fine degli anni ’80 – e con l’avvento del sistema VTEC Honda – che una configurazione vvt funzionante arrivò sul mercato. Esistono diversi tipi di vvt:
COMMUTAZIONE CAMME
Il concetto alla base della commutazione della camma è di influenzare effettivamente la portanza e la durata con un diverso profilo della camma. Il motore VTEC di Honda utilizza quattro valvole per cilindro: due di aspirazione e due di scarico. Ogni valvola ha il proprio bilanciere e lobo dell’albero a camme, ma c’è un terzo lobo e un bilanciere tra questi. Quando il computer del motore rileva che il motore ha superato un determinato intervallo di giri, quei due bilancieri vengono “bloccati” con il terzo bilanciere e il lobo della camma per maggiore portanza e durata. In effetti, questo è come avere due alberi a camme separati in base al regime del motore.
LOBO DELLA CAMMA TRIDIMENSIONALE
Immagina un lobo dell’albero a camme che, anziché essere a forma di uovo, è più lungo e si assottiglia lungo la sua lunghezza. L’idea è quella di poter muovere l’albero a camme avanti e indietro nella testata in modo che diverse aree dei lobi delle camme siano a contatto con i bilancieri per variazioni di portanza e durata. Il vantaggio principale di questo design è un profilo della camma a regolazione continua, piuttosto che un profilo per regimi inferiori e uno per velocità più elevate. Il suo svantaggio sono i problemi nel mantenere l’usura al minimo lungo le aree di contatto della camma e del bilanciere o del sollevatore.
CAMMA ECCENTRICA
In questo sistema, l’albero a camme viene effettivamente rallentato o accelerato in base alla velocità del motore. La velocità dell’albero a camme più lenta equivale ad aumentare la durata dell’albero a camme (sebbene l’alzata non sia influenzata). I sistemi di trasmissione a camme eccentriche sono costosi e complessi da produrre. È necessaria una trasmissione eccentrica separata per gli alberi a camme di aspirazione e di scarico (in un motore a doppia camma in testa).
ALBERO A CAMME A FASI
Una configurazione dell’albero a camme in fase utilizza un collegamento meccanico per avanzare o ritardare il tempo in cui le valvole si aprono e si chiudono. Può coinvolgere un ingranaggio elicoidale, lobi o palette in cui sono montati i cuscinetti della camma o nella puleggia per la catena di distribuzione o la cinghia, che vengono quindi azionati dalla pressione dell’olio per modificare la velocità di rotazione della camma. Una molla riporta quindi il fasatore a camma nella sua posizione normale quando il numero di giri diminuisce.
CONTROLLI PER FASATURA VARIABILE DELLE VALVOLE
Niente di tutto ciò potrebbe accadere senza decisioni dal computer del motore. Il tutto si basa sulle letture del sensore di posizione dell’albero motore e del sensore di posizione della camma che informano il computer sui giri motore e sul carico. L’attivazione della configurazione vvt stessa, indipendentemente dal sistema, viene eseguita dalle variazioni della pressione dell’olio attraverso piccole cambuse dell’olio, solenoidi e interruttori.
A proposito di olio: questi sistemi sono complessi ed è essenziale cambiare l’olio motore agli intervalli raccomandati. Ricordandosi di utilizzare il peso e la viscosità indicati nelle raccomandazioni del produttore. I solenoidi che controllano i sistemi vvt possono essere facilmente danneggiati da una lubrificazione impropria.
I sistemi Vvt sono più complessi e aumentano i costi di progettazione e costruzione del motore. Ma come con la maggior parte delle tecnologie emergenti, ogni generazione ha dimostrato di essere più affidabile ed economica. Una cosa è certa: ripaga con miglioramenti nel controllo delle emissioni, nel risparmio di carburnte e nella potenza
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