Valvole

Le valvole sono le porte a fasatura precisa che governano il flusso dei gas in entrata e in uscita dai cilindri del motore, aprendosi per ammettere la miscela fresca aria-carburante ed espellere i gas esausti, per poi chiudersi a tenuta affinché la combustione avvenga sotto pressione. Sono fondamentali per il ciclo a quattro tempi: senza un loro funzionamento accurato e ripetibile, un motore non potrebbe né aspirare la carica di cui ha bisogno né evacuare i gas combusti che altrimenti lo soffocherebbero. Ogni cilindro ha almeno una valvola di aspirazione e una di scarico, e il loro comportamento è centrale per le prestazioni del motore.

La tipica valvola a fungo è un componente a forma di fungo con testa piatta o conica e uno stelo lungo. La testa appoggia contro una sede lavorata nella testata per formare una tenuta a gas quando è chiusa. L'apertura è comandata dall'albero a camme: i lobi rotanti spingono sulla valvola, direttamente o tramite punterie, bilancieri e tappetti, costringendola a scendere nel cilindro vincendo la resistenza. La chiusura è affidata a una rigida molla valvola, che riporta con fermezza la valvola in sede nell'istante in cui il lobo della camma si allontana. La fasatura di questi eventi è collegata con precisione all'albero motore, così che le valvole si aprano e si chiudano esattamente nel punto giusto di ogni ciclo.

Il numero, la dimensione e la fasatura delle valvole determinano fortemente il carattere di un motore. Più valvole per cilindro — quattro la scelta moderna più comune, con due di aspirazione e due di scarico — offrono una maggiore area di passaggio complessiva per un dato alesaggio, permettendo al motore di respirare più liberamente e sviluppare più potenza, soprattutto agli alti regimi. La loro fasatura e la durata di apertura stabiliscono se un motore privilegia la coppia ai bassi o la potenza in alto. I progettisti regolano quindi con cura numero, alzata e fasatura delle valvole per bilanciare prestazioni, efficienza ed emissioni in funzione dell'impiego previsto.

Le valvole di scarico, in particolare, sopportano condizioni durissime. Sono ripetutamente esposte a gas di combustione che possono superare i 700-800 gradi Celsius, con poche possibilità di dissipare calore se non attraverso le sedi e gli steli. Sono realizzate in leghe resistenti al calore, e alcune sono riempite di sodio per allontanare il calore dalla testa, oppure dotate di sedi indurite e paraolio sullo stelo. Le valvole di aspirazione lavorano più fredde, aiutate dalla carica in ingresso, ma tutte devono garantire tenuta precisa migliaia di volte al minuto per tutta la vita del motore.

Da questo esercizio gravoso discendono considerazioni pratiche. I giochi valvole devono essere corretti — troppo stretti e una valvola può non chiudere in sede e bruciarsi, troppo larghi e la distribuzione diventa rumorosa e si usura — motivo per cui molti motori usano registri idraulici che mantengono il gioco automaticamente. Depositi carboniosi, recessione delle sedi e molle indebolite possono degradare la tenuta nel tempo. Le valvole lavorano in stretta sinergia con l'albero a camme, e i moderni sistemi di fasatura variabile e gli schemi plurivalvole si fondano direttamente sul loro principio di base per estrarre dal motore sempre maggiore efficienza e flessibilità.