Tecnologia a tre valvole

La tecnologia a tre valvole indica una progettazione della testata che dispone tre valvole sopra ogni camera di combustione, nella stragrande maggioranza dei casi suddivise in due valvole di aspirazione e un'unica valvola di scarico, più grande. È nata come deliberato compromesso fra il consolidato schema a due valvole, con una di aspirazione e una di scarico per cilindro, e la soluzione più sofisticata a quattro valvole, cercando di ottenere gran parte del vantaggio di respirazione di quest'ultima senza tutto il costo e la complessità.

Il ragionamento alla base di questo schema risiede nel modo in cui il motore respira. La fase di aspirazione richiama l'aria con differenze di pressione modeste, perciò un'ampia superficie delle valvole di aspirazione paga grandi dividendi nel riempimento dei cilindri e quindi nella potenza; la fase di scarico, al contrario, spinge fuori i gas grazie alla pressione residua del cilindro stesso ed è meno sensibile alla superficie valvolare. Suddividere il compito dell'aspirazione su due valvole più piccole aumenta l'apertura complessiva in aspirazione e migliora il moto vorticoso e la preparazione della miscela, mentre un'unica valvola di scarico di buone dimensioni è ritenuta sufficiente a evacuare i gas combusti. Collocare la candela al centro fra le tre valvole può inoltre migliorare la combustione.

Il pregio pratico è che questa migliore respirazione in aspirazione si ottiene mantenendo la semplicità di un singolo albero a camme in testa, dato che il numero contenuto di valvole resta gestibile da un solo albero attraverso i bilancieri. Il risultato era un motore che respirava nettamente meglio di uno schema a due valvole, con guadagni di coppia ai medi regimi e di raffinatezza, evitando però l'albero a camme aggiuntivo, la testata più larga e la maggiore spesa di un'unità a quattro valvole con doppio albero. Diversi costruttori, tra cui Mercedes-Benz e Ford, hanno fatto ampio uso delle testate a tre valvole nel corso degli anni Novanta e fino agli anni Duemila.

La soluzione porta con sé compromessi intrinseci. L'asimmetria di due valvole di aspirazione e una di scarico rende la forma della camera di combustione meno ideale rispetto all'ordinata simmetria di una testata a quattro valvole con tetto a pagoda, e il flusso di scarico ai regimi molto elevati può diventare un limite. Anche dotare ciascuna fasatura di una variazione indipendente e adattarsi alle moderne strategie di combustione risulta meno agevole rispetto a uno schema a quattro valvole più pulito.

Per queste ragioni la tecnologia a tre valvole va intesa come una soluzione di transizione, un sensato compromesso ingegneristico per la sua epoca, da allora ampiamente superato. Con la maturazione dei processi produttivi e il calo del costo delle testate a doppio albero in testa e quattro valvole, la migliore respirazione, la simmetria e la compatibilità con il doppio comando variabile indipendente della fasatura hanno reso lo schema a quattro valvole lo standard naturale per quasi tutti i moderni motori a benzina. La testata a tre valvole rimane comunque un chiaro esempio di come la progettazione della distribuzione bilanci flusso d'aria, complessità e costo.