NVH: lotta ai rumori molesti

di Massimo Clarke

Anche la “parte bassa” del motore può essere fonte di rumorosità meccanica

di Massimo Clarke

14 marzo 2016

I motori moderni vengono progettati e sviluppati nell’ottica della massima diminuzione dei consumi e delle emissioni di sostanze inquinanti, abbinata all’ottenimento di prestazioni sempre più elevate in relazione alla cilindrata. In aggiunta a questi tre obiettivi i progettisti se ne pongono anche un altro, cioè quello di ridurre al minimo la rumorosità, le vibrazioni e la “ruvidità” di funzionamento. Nel mondo della tecnica queste tre cause di disturbo vengono indicate con l’acronimo NVH.

Delle principali fonti di emissioni sonore all’interno del motore ci siamo già occupati di recente. Si tratta degli organi della distribuzione e dei pistoni, che originano rumorosità rispettivamente a livello della testa e del blocco cilindri. Anche altri organi meccanici, ai quali in genere si pensa assai meno, possono però causare emissioni acustiche di entità tutt’altro che trascurabile.

Nella "parte bassa" del motore, se il basamento è in lega di alluminio, può essere critico l’accoppiamento tra i perni dell’albero a gomiti e le bronzine di banco.

In questo basamento in lega leggera sono ben evidenti le nervature sulle pareti esterne, che contribuiscono efficacemente alla riduzione delle emissioni acustiche. L’impiego di un sottobasamento migliora la rigidezza della struttura

Quando il motore passa dalla temperatura ambiente a quella di regime, gli alloggiamenti nei quali queste ultime sono installate si dilatano in misura notevolmente maggiore, rispetto ai perni dell’albero. Il coefficiente di espansione termica dell’alluminio è infatti all’incirca doppio, rispetto a quello dell’acciaio.

Di conseguenza il gioco tra le bronzine e i perni aumenta mano a mano che il motore si scalda. Occorre evitare che alla temperatura di funzionamento normale possa raggiungere un valore troppo elevato, perché ciò avrebbe conseguenze negative ai fini delle emissioni acustiche. D’altro canto non si può adottare un gioco di montaggio troppo ridotto. In passato alcuni costruttori hanno avuto qualche problema per questa ragione.

Nei supporti di banco di questo motore Porsche si possono notare gli inserti in ghisa incorporati di fusione che limitano la dilatazione termica degli alloggiamenti per le bronzine

In ogni caso occorre impiegare tolleranze di lavorazione molto ristrette ed effettuare selezioni e controlli particolarmente accurati. Quando il basamento è in lega di alluminio, un considerevole tenore di silicio è vantaggioso anche perché al crescere della percentuale di tale elemento diminuisce il coefficiente di espansione termica.

Oggi numerosi motori in lega leggera sono dotati di un sottobasamento (nel quale è ricavata la metà inferiore dei supporti di banco) in cui sono incorporati di fusione degli inserti in ghisa grazie ai quali si limita la variazione del diametro degli alloggiamenti delle bronzine causata dalla dilatazione termica.

Pure la coppa dell’olio viene oggi studiata e realizzata in modo da fornire un apprezzabile contributo al miglioramento della silenziosità di funzionamento del motore

Il susseguirsi dei rapidissimi incrementi di pressione che hanno luogo all’interno dei cilindri causa delle forze che, tramite le bielle, raggiungono i cuscinetti con il relativo strato di olio, che a loro volta “eccitano” i supporti e si trasmettono al basamento, generando deformazioni elastiche cicliche delle pareti di quest’ultimo.

Oggi grazie ai computer sono possibili accurate analisi dei modi di deformarsi dei vari componenti e quindi anche del basamento (la cui forma complessa non semplifica certo le cose).

Per silenziare opportunamente il comando della distribuzione, quando gli alberi a camme sono azionati da catene si impiegano tenditori a funzionamento automatico ed efficaci pattini antisbattimento

Oltre alla geometria e alle dimensioni, può avere una certa importanza anche il materiale. In molti motori diesel la preferenza accordata alla ghisa, per il basamento, si spiega anche col fatto che essa ha capacità di smorzamento superiori a quelle delle leghe di alluminio.

Le nervature accuratamente disposte e dimensionate che si possono osservare sulle pareti esterne di molti basamenti hanno la funzione di aumentare la rigidezza senza penalizzare il peso in misura realmente degna di nota e di contribuire efficacemente all’abbattimento delle emissioni acustiche moleste. Pure la coppa dell’olio (come il coperchio della testa e il carter della catena o della cinghia dentata) viene oggi studiata in maniera da fornire un certo contributo alla silenziosità di funzionamento del motore.

Le catene silenziose meritano appieno il loro nome! E infatti oggi hanno una considerevole diffusione soprattutto perché sono in grado di funzionare dando luogo a emissioni acustiche estremamente ridotte

Il comando della distribuzione, quando ci sono uno o due alberi a camme in testa, è stato a lungo fonte di problemi per quanto riguarda la rumorosità meccanica. Per le catene in passato non è stato sempre facile realizzare efficaci tenditori e pattini antisbattimento. Le oscillazioni erano considerevoli, dato che tanto la rotazione degli alberi a camme quanto quella dell’albero a gomiti non sono uniformi. Questo ha portato alcuni costruttori, come l’Alfa Romeo, a preferire la soluzione a doppio stadio, onde ridurre la lunghezza dei rami delle catene.

Questa immagine mostra un comando della distribuzione “misto”; alle estremità degli alberi a camme sono ben visibili gli ingranaggi elastici, che assicurano un funzionamento silenzioso

Risolto il problema legato alle oscillazioni, i costruttori hanno avuto a che fare con la rumorosità causata dai carichi impulsivi dovuti alla periodica entrata in presa (e successiva “uscita”) delle articolazioni della catena con i denti dei pignoni. Da molti anni a questa parte oltre alle catene a rulli e a bussole hanno larga diffusione anche le catene silenziose, che oggi vengono offerte da produttori specializzati in varie tipologie (Morse, Hy-Vo...) e che effettivamente sono in grado di fornire un validissimo contributo all’abbattimento della rumorosità meccanica.

Dalla seconda metà degli anni Sessanta alle catene si sono affiancate le cinghie dentate, attualmente assai diffuse. Il loro funzionamento non dà luogo a particolari problemi sotto l’aspetto delle emissioni acustiche, ma non è neanche silenzioso come si potrebbe forse pensare.