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La lavorazione della testa – parte 3

La seconda parte di questo articolo la puoi trovare QUI

SONO I PICCOLI DETTAGLI CHE FANNO LA DIFFERENZA

Un punto estremamente critico del condotto è quello in corrispondenza della sua parte terminale, ovverosia del passaggio tra valvola e sede. Qui entrano in gioco fattori come l’inclinazione della superficie di tenuta, la sua larghezza, la bontà della sua “raccordatura” con il condotto e con le pareti della camera di combustione e la stessa conformazione della valvola. Il flussometro si rivela importantissimo, in quanto consente di valutare accuratamente gli effetti di modifiche o variazioni anche di modesta entità. Le letture si effettuano con la valvola in diverse posizioni, in modo da poter valutare con esattezza come si evolve la sezione utile di passaggio in funzione della alzata (i tecnici parlano spesso, in questo caso, di “permeabilità” della testa). A proposito di quest’ultima, si potrebbe pensare che sia sempre e comunque conveniente che essa sia quanto maggiore possibile. In effetti, dopo che essa ha raggiunto il 25 – 28% del diametro della valvola, all’atto pratico non si guadagna più nulla, in termini di portata (per una data differenza di pressione). Il fattore limitante, oltrepassato tale valore, diventa infatti il diametro interno della sede e non più l’alzata della valvola.

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ANGOLI RIDOTTI Sezione di una moderna testa per motore di altissime prestazioni. Si osservi quanto è ridotto l’angolo tra l’asse della guida e quello del condotto di aspirazione.

Certo, avere una alzata maggiore significa che si raggiunge più rapidamente il punto nel quale a limitare la respirazione è proprio il diametro interno della sede; la cosa è pertanto vantaggiosa, ma occorre fare i conti con le accelerazioni della valvola, ovvero con le sollecitazioni meccaniche… Nella maggior parte degli attuali motori di altissima potenza specifica l’alzata delle valvole di aspirazione è compresa tra 0,28 e 0,32 volte il diametro del fungo. Nei motori di Formula Uno e in quel-li delle motoGP dovremmo essere dalle parti di 0,32 – 0,38, con accelerazioni impressionanti (ecco l’importanza delle molle pneumatiche e dei sistemi desmodromici!). A questo punto, vediamo cosa si può fare per migliorare la respirazione del motore agli alti regimi, ovvero su quali punti e in che modo è possibile intervenire al fine di ottenere un incremento delle prestazioni. Tanto per cominciare, in molti casi è possibile migliorare la situazione a livello di dettaglio. Via quindi i piccoli scalini che eventualmente possono essere presenti lungo i condotti in corrispondenza delle sedi e delle guide, per non dire della imboccatura della testa (ovvero dei passaggi tra il corpo farfallato, il manicotto e il condotto nella testa). Per effettuare qualunque lavorazione dei condotti ci vogliono una certa abilità e, soprattutto, tanta esperienza. Le prime volte c’è il serio rischio di fare più danni che altro. Conviene quindi rivolgersi a un bravo specialista. Oppure, se proprio si vuol fare da sé, procurarsi da un demolitore un
paio di vecchie teste e fare pratica su di esse.

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ATTREZZI DEL MESTIERE Per lavorare i condotti occorre disporre della attrezzatura adeguata. E, naturalmente, saperla utilizzare al meglio…

Al termine di qualunque lavorazione, i condotti dovranno essere tutti eguali tra loro e sulle pareti non dovranno presentare ondulazioni. Una volta si riteneva importante una lucidatura a specchio o quasi, ma poi si è visto che non è necessaria. Basta impartire alle pareti dei condotti una finitura superficiale abbastanza elevata. Particolarmente critica è la zona della guida. Nei motori di Formula Uno e delle MotoGP l’estremità della guida (ci stiamo sempre riferendo al lato di aspirazione) è in genere tagliata “a filo” con la parete del condotto, la cui sezione rimane circolare e non subisce variazioni dimensionali significative in tale zona. C’è da dire qui che nei motori in questione gli steli sono molto lunghi (e quindi le valvole risultano in ogni caso adeguatamente “guidate”). Inoltre, non ci sono particolari esigenze di durata. Per i motori di serie la situazione è differente e di norma le guide sporgono in una certa misura nel condotto, la cui parete superiore in tale zona talvolta si abbassa (proprio per “supportare” l’estremità della guida). Le lavorazioni qui richiedono davvero l’intervento di uno specialista. In linea di massima comunque, si tende a lasciare una vera e propria “chiglia”, accuratamente profilata in modo da dare luogo alla minore resistenza aerodinamica possibile, a supporto della estremità della guida; quest’ultima non va accorciata ma può essere leggermente rastremata, facendo però attenzione a non esagerare.

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OGNI CURVA VA CURATA CON PRECISIONE La lavorazione dei condotti va affidata a specialisti. Pure la parte del fungo valvola che va a raccordarsi con lo stelo ha la sua importanza. L’ultima parola spetta sempre al banco di flussaggio.

Per citare un esempio, sono state fatte delle prove con due configurazioni diverse dei condotti di aspirazione nella zona in questione. Tagliando via l’estremità della guida e impartendo al condotto una sezione perfettamente circolare si è ottenuta la massima potenza di punta, ma con la conformazione a “chiglia” e la guida leggermente sporgente (sezione ridotta del 12% ) i cavalli sono diminuiti solo del 3% circa, aumentando però del 5% lungo quasi tutto il campo di utilizzo, con l’esclusione dell’ultimo migliaio di giri. Naturalmente non è detto che sia sempre proprio così, ma l’esempio è comunque significativo…
La lavorazione delle sedi è importantissima. Il sistema migliore oggi disponibile prevede l’impiego di macchine sofisticate, che assicurano una perfetta coassialità con la guida, il rispetto di tolleranze geometriche molto ristrette ed allontanano ogni rischio di imperfezioni come ondulazioni della superficie di tenuta. Quest’ultima deve essere accuratamente raccordata con il condotto da un lato e con la parete della camera dall’altro. Per questa ragione, oltre alla superficie di tenuta a 45°, i costruttori in genere prevedono altre due superfici coniche “di raccordo”, aventi angoli dell’ordine di 30° o meno da un lato e di 60° o più dall’altro. Le macchine per lavorazione delle sedi più evolute sono dotate di un utensile rotante a tagliente singolo, e possono in alcuni casi venire programmate in modo da ottenere non due o più superfici inclinate ma una superficie continua, realizzata con una determinata curvatura, che risulta ancora più vantaggiosa in termini fluidodinamici.

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ANCHE I MATERIALI INFLUISCONO La velocità dei gas è legata alla sezione di passaggio disponibile. Critica ai fini del flusso (e quindi della respirazione del motore) è la geometria delle sedi. Quando si passa a valvole in titanio, spesso è prescritta la sostituzione delle sedi originali con altre realizzate con un materiale diverso.

Per quanto riguarda la superficie di tenuta, nei motori preparati per impiego agonistico si tende a ridurne il più possibile la larghezza, sempre al fine di migliorare il coefficiente di efflusso, senza scendere però al di sotto di un certo valore limite, che in linea di massima viene indicato in 0,8 – 1,0 mm. Si noti che allo scarico la superficie in questione deve essere più larga (in caso contrario la valvola non riesce a smaltire adeguatamente il calore).
Per aumentare la sezione di passaggio a disposizione dei gas alcuni preparatori lavorano le sedi in modo da spostare il più possibile verso l’esterno la superficie di tenuta; in questo modo, dopo la raccordatura, il diametro interno delle sedi stesse risulta maggiore. Per fare un esempio, in un quadricilindrico giapponese di 600 cm3 il diametro interno delle sedi era pari all’88,3 % di quello del fungo valvola. Portandolo a poco più del 95 % mediante spostamento verso la “periferia” della valvola della superficie di tenuta è stato possibile ottenere una sezione di passaggio geometrica apprezzabilmente superiore, con conseguenti benefici ai fini del rendimento volumetrico. Sempre rimanendo in questa “zona” del motore, è interessante osservare che, diversamente da quanto avveniva in passato, per varie valvole oggi non è più prevista la smerigliatura. Anzi, talvolta (è il caso delle valvole in titanio) va assolutamente evitata.
Oltre alla forma della sede ha una notevole importanza anche quella della valvola, nella zona di raccordo tra la superficie di tenuta e la rimanente parte del fungo, dal lato del condotto. Qui non di rado si possono ottenere dei benefici, in termini di flusso, asportando del materiale in modo da “rastremare” meglio la parte. Infine, per quanto riguarda le sedi, nei motori da corsa si impiegano quelle in rame al berillio, materiale particolarmente indicato per lavorare con le valvole in titanio. 

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DIVERSE SOLUZIONI In questa testa le guide delle valvole sono state tagliate a filo con la parete superiore dei condotti. La soluzione viene impiegata, logicamente, solo sui motori da competizione…

FORMA DEI CONDOTTI E ATTRITO

Sono parecchi i fattori da tenere in considerazione.
Le perdite di carico possono essere divise in due grandi categorie: quelle determinate dalla forma dei condotti, ovvero causate da scalini o altre irregolarità, da curve e da variazioni di sezione, e quelle dovute all’attrito. Queste ultime sono legate alla lunghezza dei condotti e al loro diametro, nonché alla finitura superficiale delle pareti, e aumentano con la velocità del flusso. Come ovvio, aumentando la sezione di passaggio, fermo restando tutto il resto, la velocità del gas diminuisce. Dunque, anche in quest’ottica condotti di grande diametro appaiono vantaggiosi per i motori di elevate prestazioni. A questo proposito occorre però segnalare che i gas devono avere una certa velocità se si vuole sfruttare al meglio la loro inerzia per migliorare il rendimento volumetrico. Dunque, almeno in una certa misura si dovrà effettuare una scelta di compromesso, per quanto riguarda le sezioni di passaggio. Come del resto per quanto riguarda la geometria dei condotti; per impartire alla carica una adeguata turbolenza (necessaria per ottenere una elevata velocità di combustione, cosa di notevole importanza nei motori che girano davvero forte) non di rado si rinuncia a qualcosa in termini di riempimento.  Per generare la turbolenza (quella che ci interessa in questo caso è detta tumble) occorre “spendere” dell’energia aggiuntiva, oltre a quella impiegata per richiamare semplicemente i gas nel cilindro; questo vuol dire, in altre parole, che le perdite di carico aumentano. 

 <RISULTATO> Scendere a compromessi per il massimo

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PROTOTIPO Una finta testa in resina (questa è di DEA Eng. di Crevalcore) permette di effettuare prove di flussaggio, modificando di volta in volta la forma dei condotti, etc…

About TDM Staff

Sono un motociclista a tempo pieno. Adoro condividere le mie esperienze scrivendo articoli sul web grazie anche alla collaborazioni di realtà importanti nel settore. Fin da bambino ho sempre sognato di fare qualcosa a contatto con le moto, e ora eccomi qua a condividere la mia passione più grande. Con Voi.

One comment

  1. Veramente bravi

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