Officina: l'importanza delle valvole

Officina: l'importanza delle valvole

Per massimizzare le prestazioni, servono le valvole più grandi possibili, ottimizzando il flussaggio

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18.08.2021 ( Aggiornata il 18.08.2021 17:46 )

Utilizzare al meglio ciò che è disponibile è uno dei principali obiettivi dei progettisti. Un tipico esempio è fornito dai condotti di aspirazione e in particolare dalla loro parte terminale, ove si trova anche il critico passaggio tra valvola e sede. Qui, quando si è alla ricerca delle massime prestazioni in assoluto è chiaro che, dopo avere adottato le valvole più grandi che è geometricamente possibile installare, si cerca di sfruttare la sezione disponibile nella maniera più vantaggiosa ai fini del flusso gassoso. In altre parole si lavora per ottenere il coefficiente di efflusso più alto possibile.

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Anni di sviluppo e lavoro


Anche se grazie al computer oggi si arriva già molto vicini alla condizione ottimale, diventa qui essenziale lo sviluppo finale, che si effettua al banco di flussaggio intervenendo a livello di dettaglio. Decenni di lavoro certosino effettuato in questo modo hanno consentito ai preparatori americani impegnato nello sviluppo dei grossi V8 USA ad aste e bilancieri di ottenere coefficienti di efflusso eccellenti e quindi di sfruttare nel miglior modo possibile condotti la cui geometria è ben lontana da quella ideale. In linea assolutamente teorica la curva delle alzate dovrebbe essere costituita da tre lati di un rettangolo la cui altezza corrisponde alla massima alzata. In questo caso, come indicato dai due lati verticali e rettilinei, l’apertura e la chiusura delle valvole sono istantanee (il che ovviamente non è possibile nella pratica). La sezione di passaggio a disposizione dei gas è proporzionale all’area sotto la curva. Dunque, quanto più quest’ultima si avvicina a quella ideale, tanto meglio per la respirazione del motore.

Per ottenere questo occorre fare aprire (e richiudere) le valvole quanto più rapidamente possibile in modo da portarle al più presto alla massima alzata. O meglio, alla alzata oltre la quale non è più la sezione di passaggio tra valvola e sede a limitare il flusso gassoso ma la sezione della parte più stretta del condotto (in genere subito a monte della sede). In effetti nei motori di alte prestazioni le valvole raggiungono una alzata maggiore, il che non migliora la sezione disponibile (il fattore limitante a un certo punto diventa la sezione ristretta del condotto) ma è comunque vantaggioso. La massima sezione di passaggio viene infatti raggiunta più rapidamente. E inoltre rimane disponibile per un tempo maggiore. Ottimizzando il disegno dei componenti si può sfruttare al meglio il materiale, disponendolo soltanto dove serve, in modo da abbinare una elevata robustezza a un’ottima leggerezza.

Diventano importanti anche le nervature, alle quali si fa ricorso per rendere una parte più rigida senza aumentarne il peso in maniera significativa. Inoltre, occorre ricordare che le nervature possono contribuire in misura significativa alla riduzione delle emissioni acustiche e al raffreddamento, dato che grazie ad esse la superficie di scambio termico viene aumentata. Il loro numero, la loro disposizione e la loro geometria vanno determinati con notevole cura, se si vogliono ottenere i migliori risultati (o addirittura se si vogliono evitare effetti opposti a quelli desiderati!).

Robustezza e rigidezza


Qui è forse opportuno fare una distinzione tra la robustezza (ovvero la resistenza a trazione) e la rigidezza. Quest’ultima è la resistenza alla deformazione di un materiale sotto l’azione di una forza. Naturalmente ci interessa quella all’interno del campo elastico, che viene indicata dal modulo di Young (o modulo di elasticità), costituito dal rapporto tra il carico e l’allungamento da esso causato. Un pezzo realizzato con un materiale che ha un modulo elastico elevato si deforma soltanto in misura lieve sotto l’azione di una forte sollecitazione. Per deformare, e in misura maggiore, lo stesso pezzo realizzato invece con un materiale avente un basso modulo elastico può essere sufficiente una forza notevolmente minore.

La robustezza ci dice invece quale forza occorre per causare la rottura di un pezzo realizzato con un dato materiale, indipendentemente dalle deformazioni che esso subisce. Insomma, ci dice quale carico un componente (o una struttura) può sopportare senza rompersi. Un acciaio dolce e uno da bonifica al nichel-cromo hanno lo stesso modulo elastico, ma la resistenza a trazione del secondo può essere più che doppia rispetto a quella dell’altro. A parità di disegno e di dimensionamento un componente in acciaio è molto più rigido di uno in lega di alluminio. Per questo motivo per i telai realizzati con il primo di questi materiali si utilizzano tubi di diametro relativamente modesto mentre per quelli in lega di alluminio si impiegano tubi o travi di grande sezione. La rigidezza dipende non soltanto dal materiale impiegato ma anche dalla geometria e dal dimensionamento del componente. Può essere cioè strutturale. Le sezioni ad H o a doppia T consentono una ottima utilizzazione del materiale, che viene disposto in modo da assicurare, a parità di peso, una resistenza a flessione ben maggiore di quella ottenibile con una sezione rettangolare di eguale area complessiva. Le sezioni scatolate sono eccellenti ma non sempre possono essere adottate.

Il cappello di una biella viene irrigidito, senza aumentare il peso in misura considerevole, adottando una o due nervature che uniscono le zone ove si trovano i fori per le viti. Una sezione a T sarebbe preferibile, ma le lavorazioni sarebbero complesse e costose. Il massimo sarebbe una sezione scatolata, ma come si fa? Nel caso di una struttura, per quanto riguarda la rigidezza entra in gioco anche il layout complessivo (cioè come sono disposti e uniti i vari elementi che la costituiscono). Una buona norma è quella di evitare per quanto possibile che questi ultimi siano sottoposti a sollecitazioni a flessione. Per questa ragione negli impieghi più spinti (moto sportive e da competizione) si preferiscono le strutture triangolate, nelle quali i singoli tubi lavorano a trazione e a compressione, ma non a flessione.

Officina: le sollecitazioni sono anche termiche

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