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A 3.000 giri al minuto, un motore a quattro tempi completa 1.500 cicli di combustione per cilindro ogni minuto. Ciascuna valvola di aspirazione e di scarico deve aprirsi e chiudersi con un angolo di manovella precisamente definito, migliaia di volte al minuto, senza deviazioni nemmeno di una frazione di grado. Il componente responsabile di questa disciplina è l'albero a camme. Non si limita ad aprire le valvole; decide quando aprono, quanto aprono e per quanto tempo rimangono aperti. Queste tre decisioni definiscono la fascia di potenza del motore, il risparmio di carburante, le emissioni e la qualità del minimo. Questo articolo spiega come un albero a camme controlla la fasatura delle valvole del motore, cosa significano nella pratica i parametri chiave della fasatura e perché la precisione di fabbricazione è inseparabile dall'accuratezza della fasatura.
L'albero a camme controlla la fasatura delle valvole convertendo la propria rotazione in un movimento della valvola programmato con precisione, e l'albero motore stabilisce tale programma attraverso un rapporto di trasmissione fisso 2:1.
In un motore a quattro tempi convenzionale, l'albero motore gira due volte per ogni ciclo completo: aspirazione, compressione, potenza, scarico. L'albero a camme gira una volta nello stesso periodo. Una catena di distribuzione, una cinghia o un treno di ingranaggi blocca insieme i due alberi, quindi la posizione dell'albero a camme è sempre una funzione nota della posizione dell'albero motore. Se il rapporto cambia, o se l'allungamento della catena cambia il rapporto, le valvole si aprono e si chiudono nelle posizioni errate del pistone, causando perdita di potenza o addirittura contatto tra pistone e valvola.
Ciascuna valvola è azionata da un lobo dedicato sull'albero a camme. Mentre l'albero a camme ruota, il profilo del lobo (cerchio di base, fianco di apertura, naso e fianco di chiusura) spinge un sollevatore o punteria, che trasferisce il movimento attraverso una benna ad azione diretta o un bilanciere. La molla della valvola riporta la valvola nella sua sede mentre il lobo la rilascia. La forma del lobo, non la velocità di rotazione, stabilisce la firma del tempo.
Tre parametri del lobo contano di più: portanza, durata e fase. Si riversano su ogni aspetto del comportamento del motore, dalla fluidità del minimo alla potenza di picco.
L'alzata è la distanza massima alla quale la valvola si sposta dalla sua sede, misurata in millimetri o millesimi di pollice. Una maggiore portanza consente a più aria di entrare nel cilindro, ma aumenta anche lo stress del treno di valvole e richiede molle delle valvole più rigide per impedire il galleggiamento delle valvole a regimi elevati del motore.
La durata è il numero di gradi dell'albero motore durante i quali la valvola rimane fuori dalla sua sede. Una durata più lunga dà al cilindro più tempo per riempirsi o svuotarsi, il che supporta la potenza ad alti regimi, ma generalmente sposta la fascia di potenza verso l'alto e indebolisce la coppia a bassa velocità. Una camma di serie di breve durata funziona senza intoppi; una camma da corsa di lunga durata gira al minimo in modo approssimativo perché gli eventi di aspirazione e scarico si confondono l'uno nell'altro.
L'angolo di separazione dei lobi (LSA) è l'angolo tra le linee centrali dei lobi di aspirazione e di scarico per lo stesso cilindro. Un LSA più stretto aumenta la sovrapposizione delle valvole: il periodo vicino al punto morto superiore in cui entrambe le valvole sono parzialmente aperte. La sovrapposizione favorisce l'eliminazione dei gas di scarico agli alti regimi del motore, ma riduce la stabilità al minimo e l'efficienza ai bassi regimi. I punti di fasatura sono normalmente valutati per un'alzata valvola specifica, generalmente 0,05 pollici (1,27 mm), in modo che le camme di diversi fornitori possano essere confrontate su base paritaria.
| Parametro | Cosa definisce | Effetto pratico |
|---|---|---|
| Ascensore | Distanza massima di apertura della valvola | Una portanza maggiore aumenta il flusso d'aria ma aumenta lo stress del treno di valvole |
| Durata | Manovella di gradi in cui la valvola rimane aperta | Una durata maggiore estende la fascia di potenza agli alti regimi |
| Angolo di separazione dei lobi | Angolo tra i centri dei lobi di aspirazione e di scarico | Un LSA più stretto aumenta la sovrapposizione e la risposta di fascia alta |
| Sovrapposizione | Periodo in cui entrambe le valvole sono parzialmente aperte | Una maggiore sovrapposizione aiuta lo scavenging ma indebolisce la qualità del minimo |
| Fasatura camma (VVT) | Spostamento della fasatura della camma rispetto alla manovella | Adatta la fasatura alla velocità e al carico del motore |
Le valvole di aspirazione non si aprono esattamente al punto morto superiore e le valvole di scarico non si chiudono esattamente al punto morto inferiore. Gli alberi a camme di produzione sono deliberatamente avanzati o ritardati rispetto alla posizione del pistone per sfruttare l'inerzia del flusso di gas.
Le valvole di aspirazione in genere si aprono da 10 a 30 gradi prima del punto morto superiore e si chiudono da 40 a 70 gradi dopo il punto morto inferiore. La chiusura tardiva dell'aspirazione sfrutta la quantità di moto dell'aria in entrata per continuare a riempire il cilindro dopo che il pistone ha iniziato a salire. Le valvole di scarico si aprono da 40 a 70 gradi prima del punto morto inferiore e si chiudono da 10 a 30 gradi dopo il punto morto superiore. L'apertura anticipata dello scarico richiede un piccolo lavoro di espansione in cambio di più tempo per evacuare i gas di combustione prima dell'inizio della successiva corsa di aspirazione.
Di conseguenza, gli eventi di aspirazione e scarico si sovrappongono in prossimità del punto morto superiore. Un motore leggero per un'autovettura può avere solo da 20 a 40 gradi di sovrapposizione, mentre un motore ad alte prestazioni con un'ampia fascia di potenza può utilizzare 60 gradi o più. Il profilo del lobo e la fasatura installata insieme determinano questi numeri. Questo è il motivo per cui la fasatura delle valvole può essere regolata cambiando l'albero a camme o ruotando un albero a camme VVT rispetto all'albero motore, senza toccare la testata.
La fasatura delle valvole è precisa quanto l'albero a camme e il sistema di azionamento che lo posiziona. Un lobo usurato riduce la portanza e rallenta la rampa di apertura, tagliando il flusso d'aria e spostando la fascia di potenza. Una catena di distribuzione allungata ritarda l'albero a camme rispetto all'albero motore, ritardando gli eventi delle valvole e aumentando la sovrapposizione nella parte sbagliata del ciclo. I sintomi sono un minimo irregolare, una coppia debole ai bassi regimi, un consumo di carburante più elevato e, nel peggiore dei casi, un contatto tra pistone e valvola se la fasatura salta abbastanza.
Il runout è una fonte meno ovvia di errore temporale. Se l'albero a camme è piegato o i suoi perni di supporto sono molati fuori centro, la fasatura effettiva di ciascun lobo cambia mentre l'albero ruota. Le specifiche di produzione in genere mantengono l'eccentricità del perno inferiore a 0,02 mm (0,0008 pollici), poiché anche piccoli errori producono un movimento instabile della valvola e un'usura irregolare dei lobi.
Gli alberi a camme delle motociclette affrontano lo stesso problema a tassi di ripetizione più elevati. Poiché gli eventi della valvola tra 8.000 e 12.000 giri al minuto si verificano all'incirca due volte più velocemente che nella maggior parte dei motori di automobili, un piccolo errore nel lobo o di runout diventa un'evidente mancata accensione a velocità media. A Albero a camme per moto Yamaha fornito con un'accurata simmetria dei lobi e una finitura superficiale controllata mantiene tali eventi stabili per tutta la gamma di regimi.
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VVT cambia quando viene applicato un profilo del lobo rispetto al pistone; non elimina la necessità di una geometria precisa dei lobi. La precisione di base dell'albero a camme definisce il livello di pulizia del motore. Se i profili dei lobi, la spaziatura tra lobi e l'eccentricità del perno non vengono mantenuti entro i limiti di tolleranza, l'avanzamento e il ritardo dell'albero a camme provoca solo un movimento impreciso.
I motori europei con VVT da bancata a bancata sono un buon esempio: l'albero a camme deve anche corrispondere alla rotella di attivazione e alle caratteristiche del sensore che legge il modulo di controllo del motore. A Albero a camme VW che mancano questi dettagli imposterà i codici di errore anche quando il profilo del lobo è altrimenti corretto.
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KORBOR produce alberi a camme come unica linea di prodotti da oltre 25 anni, coprendo più di 800 modelli di alberi a camme per automobili e 600 modelli di alberi a camme per motociclette in una struttura che va dalla fusione grezza alla parte rettificata finita. L'azienda adotta un sistema di qualità IATF16949:2016 con una filosofia di produzione a zero difetti, abbinando la selezione delle leghe al rinvenimento, alla cementazione e alla tempra per mantenere la durezza e la resistenza all'usura senza perdere la stabilità dimensionale. Per i costruttori di motori e i distributori di componenti, questi dettagli sono importanti perché un albero a camme che soddisfa le sue tolleranze di stampa è ciò che garantisce l'evento di fasatura progettato sulla valvola.
A Sostituzione albero a camme per auto Toyota , ad esempio, deve riprodurre il profilo del lobo originale e la geometria del perno entro gli stessi limiti in modo che la catena di distribuzione di fabbrica e l'attuatore VVT funzionino agli angoli di manovella previsti. Lo stesso principio si applica a ogni famiglia di motori: più la lavorazione e il trattamento termico sono costanti, più il motore si comporta come previsto dalle specifiche di fasatura.
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Un profilo del lobo che sembra aggressivo sulla carta ma che è rettificato con rampe di apertura inadeguate non fornirà gli eventi di temporizzazione previsti alla valvola. I fornitori con una lunga esperienza nel settore dei soli alberi a camme e un sistema di qualità documentato sono in una posizione migliore per mantenere tali tolleranze lotto dopo lotto. di KORBOR 25 anni di produzione di soli alberi a camme e il suo Sistema di qualità certificato IATF16949 sono la garanzia pratica dietro ogni profilo di lobo che produce. I lettori che desiderano uno sguardo più ampio su come l’albero a camme si inserisce nel gruppo valvole più grande possono continuare con questo guida al sistema di distribuzione dell'albero a camme per autoveicoli .
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