I motori a 4 valvole per cilindro: a cosa servono, i vantaggi | Tecnica

I motori a 4 valvole per cilindro

È chiaro a tutti che passando da due a quattro valvole (due di scarico e due di aspirazione, ma qui facciamo riferimento soltanto a queste ultime) è possibile far respirare meglio il motore grazie alle maggiori sezioni a disposizione per il passaggio dei gas. La geometria parla chiaro: con le valvole parallele, sfruttando in maniera ottimale lo spazio a disposizione, l’aumento della sezione geometrica disponibile per l’aria che entra nel cilindro può essere superiore al 30%. Inclinando le valvole si possono ottenere valori ancora maggiori. Ciò che interessa la respirazione del motore non è però tanto la sezione geometrica a disposizione quanto quella efficace, cioè “utile”. È inutile avere un foro grande se poi lo si utilizza male! E allora entra in gioco anche il coefficiente di efflusso. Come noto, esso è costituito dal rapporto tra la quantità di gas che passa nell’unità di tempo e quella che dovrebbe passare nelle stesse condizioni, ovvero con la medesima differenza di pressione.

Impiegando due valvole il coefficiente di efflusso è più elevato di quello che si ha con quattro (ciò riduce soltanto in una lieve misura il vantaggio offerto da queste ultime). I valori usualmente raggiunti da tale coefficiente nei moderni motori a due valvole sono dell’ordine di 0,65: significa che l’area efficace è pari soltanto a circa due terzi dell’area geometrica. In motori particolarmente sviluppati sotto l’aspetto fluidodinamico, come i V8 del campionato Nascar (i cui condotti sono disgustosi ma vengono sfruttati in maniera straordinaria), pare si possa arrivare dalle parti di 0,70. Nei motori a quattro valvole delle moto sportive il coefficiente di efflusso è in genere di 0,60-0,63. Il fatto che esso sia leggermente inferiore è dovuto alla maggiore “schermatura” da parte delle pareti del cilindro e al disturbo reciproco tra i flussi nella zona in cui le valvole sono più vicine. Ricordo che in questo servizio ci riferiamo specificamente alle valvole di aspirazione.

La sezione utile si ottiene moltiplicando quella geometrica per il coefficiente di efflusso. Occorre qui sottolineare che tale coefficiente varia con l’alzata della valvola (i valori più alti vengono raggiunti alle piccole alzate). Ai fini della respirazione del motore il vantaggio che si ottiene passando dalle due alle quattro valvole non si limita a maggiori sezioni utili alla massima alzata. In molti casi sembra che non venga sottolineato secondo i meriti il fatto che l’alzata ottimale sia nettamente inferiore a quella che si ha con le due valvole. Occorre considerare qui la legge del moto delle valvole. Come noto, quando si raggiunge una certa alzata (in genere dell’ordine del 27-30% del diametro del fungo), la sezione di passaggio tra valvola e sede eguaglia la sezione minima del condotto (che in genere è posta poco a monte della sede). Oltre tale alzata “ottimale” il fattore limitante per il passaggio dei gas diventa quindi la sezione ristretta del condotto. Va considerato dunque il rapporto tra l’alzata e il diametro del fungo. Poiché con le quattro valvole quest’ultimo è minore, la stessa l’alzata ottimale risulta minore. Con quattro valvole per cilindro, se tale alzata viene raggiunta dopo lo stesso angolo di rotazione dell’albero a camme, l’accelerazione delle valvole stesse sarà nettamente minore rispetto a quella che si ha con la soluzione a due valvole. Un vantaggio non di poco conto, che consente di impiegare molle con un carico nettamente inferiore e che limita lo stress al contatto tra eccentrico e cedente.

Se invece la rapidità di sollevamento della valvola è la stessa, l’alzata ottimale viene raggiunta con un minore angolo di rotazione dell’albero. È a questo punto chiaro perché con il passaggio dalle due alle quattro valvole per cilindro in molti casi sono state adottate fasature di distribuzione meno spinte rispetto a quelle utilizzate nei precedenti motori a due valvole, e questo pur ottenendo prestazioni superiori. Si poteva ottenere una curva di coppia più “piena” con un campo di utilizzo più ampio. L’area sotto la curva delle alzate indica la sezione di passaggio a disposizione dei gas.

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