Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni




I motori endotermici operano secondo i medesimi principi, di qualsiasi natura essi siano e qualunque sia il numero dei cilindri e la loro configurazione. Ma di qua e di là dell’Oceano, talvolta, vengono utilizzate convenzioni non proprio identiche
Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni
Che qualche differenza esista effettivamente, beh… basta osservare alcune soluzioni costruttive per rendersi conto di come i progettisti americani operino scelte un po’ controcorrente rispetto ai tecnici europei e anche asiatici. Negli USA vengono ancora prodotti motori ad elevata potenza specifica caratterizzati da sistemi di distribuzione ad aste e bilancieri. Stiamo parlando di propulsori che equipaggiano auto anche molto famose come, tanto per citare due esempi, la Corvette e la Camaro, due mostri sacri di General Motors. Ma la produzione di serie è solo la punta dell’iceberg; ad utilizzare layout con punterie, aste e bilancieri sono anche i motori in cassa, i famosi crate engines, quelli che possono essere ordinati completi o semi completi e che vengono spediti, per l’appunto, all’interno di una cassa da cui il loro nickname. Detto questo, quello che è più interessante approfondire all’interno di queste pagine è la nomenclatura utilizzata per realizzare e rappresentare i dati caratteristici di alcuni elementi dei sistemi di distribuzione. Per farlo entriamo direttamente nel vivo e analizziamo uno per uno quei termini che ricorrono nelle schede tecniche dei componenti prodotti e venduti su territorio americano. 

Sistema di distribuzione dei motori americani e convenzioni: la rampa

In lingua americana è “Ramp” e, in questo caso, bisogna riconoscere che esiste parecchia similitudine sul concetto di rampa tra ciò che indicano i tecnici dei due Continenti. La rampa è quella parte della camma, o se preferite dell’eccentrico, a cui viene demandato il compito di provocare l’alzata del cedente, che nel caso dei motori ad albero a camme in testa sarà rappresentato dal bicchierino, nel caso della soluzione ad aste e bilancieri sarà la punteria, ossia anch’esso una sorta di bicchierino contenente però la parte terminale dell’asta. Le note tre parti in cui può essere suddivisa la rampa vengono definite dagli americani nel seguente modo: lash ramp, opening ramp e closing ramp. Se le ultime due sono di per sé già chiare, la prima definizione invece corrisponde al gioco che esiste tra punteria e valvola. L’insieme delle tolleranze che caratterizza l’accoppiamento di tutti i componenti di un sistema di comando della valvola realizzano un gioco che viene recuperato nel primo tratto della rampa, in quel tratto che gli americani definiscono quindi lash ramp.
Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni

Sistemi di distribuzione dei motori americani e convenzioni: naso, cerchio di base e cerchio di testa

Anche in questo caso, una volta nota la questione tecnica in campo europeo, non si rilevano grandi differenze in ciò che fanno gli americani. Il naso dell’eccentrico, è “nose”, mentre il cerchio di base è “base circle”.

Sistemi di distribuzione dei motori americani e convenzioni: gli angoli di anticipo e la definizione di punti di riferimento

Il pistone si muove tra il PMS (Punto Morto Superiore) e il PMI (Punto Morto Inferiore), quelli che gli americani definiscono rispettivamente TDC (Top Dead Center) e BDC (Bottom Dead Center). Come noto, i momenti di apertura delle valvole di aspirazione e scarico vengono indicati facendo riferimento ai punti morti sopra indicati. Ecco allora che “Prima del Punto Morto Superiore” (PPMS) diventa in inglese BTDC (Before Top Dead Center), “Dopo il Punto Morto Superiore” (DPMS) diventa ATDC (After Top Dead Center) e così via per gli altri. Avremo quindi il BBDC (Before Bottom Dead Center) e l’ABDC (After Bottom Dead Center).

Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni

Sistemi di distribuzione dei motori americani e convenzioni: sovrapposizione delle aperture e alzate

Quasi tutti i motori hanno fasature del sistema di distribuzione che prevedono l’incrocio di apertura delle valvole. In altre parole, valvole di aspirazione e valvole di scarico possono ritrovarsi aperte contemporaneamente se, per esempio, la chiusura della valvola di aspirazione viene posticipata e l’apertura di quella di scarico viene anticipata. Qui in Europa lo definiamo angolo di incrocio, in America si parla di Overlap Area. Da segnalare, osservando i diagrammi di fase degli alberi a camme americani, la presenza della parola “lift” che significa “alzata”. A tal proposito, ci troviamo di fronte ad un argomento che merita una precisazione. Come anticipato, molti motori americani sono dotati di soluzione ad aste e bilancieri. Questo significa che per calcolare l’alzata (lift) della valvola è necessario conoscere l’alzata dell’eccentrico (Lobe lift) e moltiplicare quest’ultima per il rapporto di leva del bilanciere. Per esempio, con un rapporto di leva di 1.7:1 e un’alzata della punteria pari a 10 mm avremo che l’alzata della valvola sarà 1.7x10=17 mm.

Sistemi di distribuzione dei motori americani e convenzioni: la durata

La durata (Duration in americano) è un argomento che richiede più spazio, perché su questo gli americani hanno una loro precisa convenzione. Prima di tutto vale la pena definire il concetto di durata come l’angolo, riferito all’albero motore e quindi alle manovelle, durante il quale una valvola rimane staccata dalla sua sede anche di poco. Gli ingegneri americani, infatti, parlano di Advertised Duration, ossia di quel valore di alzata, ovviamente sempre riferito all’angolo di manovella, durante il quale una valvola rimane aperta con un’alzata di valore uguale o superiore ad un valore stabilito convenzionalmente. Questo valore è pari a 0.050” (circa 1.27 mm). In realtà, se andate a spulciare lo standard SAE, troverete che per l’Advertised Duration viene indicato un’alzata di riferimento di 0.006” (pari a circa 0.15 mm). Chiunque si sia dedicato al motorismo americano, si sarà però accorto che gli americani nelle schede tecniche degli alberi a camme parlano di Duration@0.050”, cioè di un angolo, riferito a quello dell’albero motore, durante il quale una valvola rimane sollevata dalla sua sede di una quantità uguale o superiore a 1.27 mm. Questa scelta tecnica è molto chiara e segno dell’estrema concretezza con cui i motoristi americani tendono a distinguersi. L’interpretazione della scelta è legata ad una valutazione molto pratica, ossia quella di considerare una durata di apertura corrispondente ad una sezione reale di passaggio dei gas e non ad una valore di riferimento puramente convenzionale. In altre parole, la singola valvola sarà certamente aperta anche quando la sua alzata sarà al di sotto di 1.27 mm, ma le sezioni di passaggio non saranno così determinanti a livello di prestazioni motoristiche.

Sistemi di distribuzione dei motori americani e convenzioni: angolo di separazione dei lobi

L’angolo che separa il naso di due eccentrici viene definito Lobe Separation Angle. È un parametro abbastanza particolare, perché è un angolo che interviene sugli incroci di apertura e chiusura delle valvole, pur non essendo l’unico. L’angolo questa volta è riferito esclusivamente agli eccentrici e quindi viene misurato direttamente sugli alberi a camme. Si possono ottenere comportamenti molto differenti del motore sia variando il Lobe Separation Angle, sia mantenendolo costante. Per esempio, a parità di Lobe Separation Angle, si può aumentare l’incrocio di apertura delle valvole semplicemente lavorando sulla forma degli eccentrici. Viceversa si potrebbe lavorare anche sull’angolo di separazione dei lobi per ottenere fasi completamente differenti.

Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni

Sistemi di distribuzione dei motori americani e convenzioni: la centerline

Per poter calcolare il Lobe Separation Angle bisogna introdurre il concetto di Centerline. Quest’ultima è l’angolo, contato a partire dal TDC (Top Dead Center), di cui deve ruotare l’albero a camme per raggiungere la massima alzata. Ovviamente vale sia per l’aspirazione, sia per lo scarico. Il Lobe Separation Angle sarà quindi la somma della Centerline dell’aspirazione e di quella dello scarico. Se l’albero a camme viene montato con la Centerline ridotta, vorrà dire che ci sarà un anticipo di apertura rispetto al valore di Centerline e questo anticipo in gradi viene indicato con il nome di Advance. Lo stesso concetto viene applicato ad un albero a camme montato con un ritardo (Retard) se l’albero a camme viene montato con un angolo superiore. Facciamo un esempio per chiarire quanto stiamo dicendo. Supponiamo di avere un albero a camme con una Centerline di 110° (lato aspirazione) e di volerlo montare per ottenere un anticipo di 5°, allora dovremo montare l’albero a camme con il lobo centrato in corrispondenza di 105° (angolo riferito all’albero motore).

Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni


Nell'immagine sopra, è possibile apprezzare il sistema ad aste e bilancieri del motore LH6 del 2005, il Vortec V-8 da 5,3 litri. L'immagine è stata realizzata da General Motors per spiegare il funzionamento del sistema di inibizione di 4 degli 8 cilindri, attraverso la cortocircuitazione del percorso del lubrificante nel bicchierino. È però un'immagine iconica, di un sistema che gli americani stanno utilizzando da lungo tempo. Sappiamo che molti non saranno d'accordo e sappiamo anche che su questo argomento ci sarebbe da discutere per molto. In ogni caso, è cultura motoristica anche questa.
Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni
Sopra, bilancieri a rullino della Comp Cars ricavati dal pieno, secondo la migliore tradizione americana. 

Motori americani: sistemi di distribuzione e convenzioni


Sopra, il più classico dei sistemi di distribuzione, con l'asta che spinge il bilanciere, che a sua volta abbassa la valvola. 

Archivio immagini: General Motors, Comp Cam




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