Quattro valvole per cilindro

Quattro valvole per cilindro è uno schema di respirazione del motore in cui ogni camera di combustione è servita da due valvole di aspirazione e due di scarico, anziché dalla singola coppia dei progetti più datati. È diventato la configurazione di riferimento per i moderni motori a benzina e diesel delle vetture, perché migliora sensibilmente la facilità con cui un motore aspira l'aria ed espelle i gas combusti. È un'idea apparentemente semplice con benefici di vasta portata per potenza, efficienza ed emissioni.

La logica si fonda sull'area di passaggio delle valvole e sul flusso. La capacità di un motore di erogare potenza dipende fortemente da quanta aria riesce a far transitare nel cilindro, ed è limitata dall'area di apertura delle sue valvole. Nello spazio circolare fisso in cima al cilindro, due valvole più piccole di un dato tipo offrono un'area di apertura complessiva e una circonferenza maggiori di quanto potrebbe fare un'unica valvola grande, e possono anche aprirsi e chiudersi più rapidamente perché ciascuna valvola è più leggera. Il motore respira quindi più liberamente, soprattutto agli alti regimi, dove il tempo disponibile per ogni fase di aspirazione è brevissimo.

Un secondo vantaggio strutturale riguarda la candela. Con due valvole di aspirazione e due di scarico disposte simmetricamente attorno alla camera, la candela può collocarsi al centro, direttamente sopra il pistone. Un punto di accensione centrale fa sì che il fronte di fiamma percorra una distanza più breve e uniforme verso le pareti della camera, producendo una combustione più rapida, più completa e più costante. Ciò migliora l'efficienza, riduce la tendenza alla detonazione e abbassa le emissioni di idrocarburi incombusti.

Il concetto delle quattro valvole non è nuovo — comparve sui motori da competizione e aeronautici già all'inizio del Novecento — ma è diventato di larga diffusione solo quando la precisione produttiva e l'affermarsi degli alberi a camme in testa lo hanno reso economico per le vetture comuni. Si abbina naturalmente allo schema a doppio albero a camme in testa (DOHC), in cui un albero comanda le valvole di aspirazione e l'altro quelle di scarico, garantendo un azionamento pulito di tutte e quattro. Esistono schemi alternativi, tra cui le soluzioni a tre valvole con due di aspirazione e una di scarico, e le testate a cinque valvole ad alte prestazioni, ma le quattro valvole si sono rivelate il miglior compromesso tra respirazione, costo e ingombro.

Nella pratica lo schema porta benefici tangibili a chi guida: un arco di erogazione più ampio e sfruttabile, un limite di giri sicuro più elevato, consumi migliori e uno scarico più pulito, il tutto a parità di cilindrata. La maggiore complessità — il doppio di valvole, molle, sedi e componenti di azionamento — accresce leggermente i costi di produzione e il numero di parti, ma l'affidabilità si è dimostrata eccellente e il compromesso è da tempo considerato vantaggioso.

Questo schema si comprende meglio in relazione ai componenti della distribuzione da cui dipende. Si basa direttamente sulla funzione delle valvole stesse e dell'albero a camme che le aziona, si realizza più comunemente attraverso una testata DOHC e si contrappone alla più semplice tecnologia a tre valvole che ha in larga parte soppiantato.