Tecnica

Tecnica e storia: l’evoluzione della distribuzione (Prima parte)

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Dalle valvole laterali a quelle contrapposte, prima della affermazione di schemi più moderni

Qualcuno ha affermato che la distribuzione è l’autentico biglietto da visita del motore e in effetti è difficile dargli torto. Oggi la situazione è sensibilmente diversa rispetto al passato, con uno schema (bialbero a quattro valvole) che viene adottato da praticamente tutti i costruttori per la stragrande maggioranza dei loro modelli. Esiste una certa variabilità solo per quanto riguarda i dispositivi di fasatura variabile e i sistemi che li gestiscono. Non si può però negare che fino a non molti anni fa ci fosse uno spazio maggiore per la creatività a livello di disposizione delle valvole e, soprattutto, di sistemi per il loro azionamento.

Nel trattare l’evoluzione delle distribuzioni dei motori automobilistici non si può fare a meno di parlare anche delle teste, che sono tra i componenti più complessi in quanto a disegno e tra i più impegnativi sotto l’aspetto realizzativo. In esse sono ricavate le camere di combustione, i condotti di aspirazione e di scarico e le intercapedini per il liquido di raffreddamento e vengono alloggiati gli organi della distribuzione, ovvero le valvole (con le relative molle) e gli alberi a camme con le punterie o i bilancieri.

Quando le distribuzioni erano a valvole laterali, però, la testa si riduceva a un semplice coperchio dei cilindri. Anzi, in svariati casi si impiegavano cilindri “ciechi”; non si impiegava cioè una testa amovibile ma la si ricavava direttamente nella fusione del blocco cilindri. Quando si impiegava questa soluzione, per poter montare le valvole si utilizzavano dei fori praticati nella testa, che venivano poi chiusi mediante tappi filettati. Questo schema costruttivo, impiegato per diverso tempo ai primordi del motorismo, offriva il vantaggio di eliminare la guarnizione della testa, che per molti anni è stata particolarmente critica. Per assicurare la massima affidabilità, in certi casi ha continuato ad essere impiegato anche se si era passati alla distribuzione con valvole in testa, dalla conformazione assai più complessa.

Ancora negli anni Quaranta nei motori d’aviazione per eliminare un organo che poteva essere fonte di problemi (cioè appunto la guarnizione) sono state largamente utilizzati cilindri e teste in blocco, con canne che spesso venivano avvitate. La soluzione è stata impiegata nel dopoguerra su diversi motori automobilistici da competizione di grande successo (come quelli delle monoposto che hanno conquistato sei titoli mondiali in sequenza tra il 1950 e il 1955!). I tecnici non hanno smesso di pensarci nemmeno in seguito, di quando in quando, e questo anche se l’affidabilità delle guarnizioni era diventata praticamente assoluta. Aveva un blocco cilindri in unica fusione con la testa il 1500 turbo Hart negli anni Ottanta. Nel 2005 ha utilizzato questa soluzione la BMW per il suo ultimo V 10 di Formula Uno (P 85), che non è stato impiegato in gara a causa del cambiamento del regolamento. Tra i motori di serie, con l’affermazione delle distribuzioni a valvole in testa questo schema costruttivo non ha avuto una diffusione degna di nota; va comunque ricordato il suo impiego da parte della Panhard sul suo bicilindrico raffreddato ad aria, che è stato costruito fino al 1967.

La distribuzione a valvole laterali si impiegava non solo per ragioni di semplicità costruttiva ma anche perché l’affidabilità delle valvole stesse (e delle molle) era dubbia. Se una di esse si rompeva, evento non proprio sconosciuto, con la disposizione in testa i pezzi andavano a finire nel cilindro. Piazzando le valvole lateralmente il problema veniva eliminato. Il motore andava KO ma non si danneggiava.

Con le valvole laterali non era possibile ottenere elevate prestazioni. Per diverso tempo le distribuzioni di questo tipo sono andate bene, ma in seguito i loro limiti sono diventati un handicap troppo importante e di conseguenza sono state progressivamente abbandonate. Del resto gli avanzamenti in campo metallurgico avevano consentito la realizzazione di valvole estremamente affidabili anche negli impieghi molto gravosi, e lo stesso era avvenuto per le molle. Ciò consentiva l’impiego di valvole in testa anche nei motori di serie, destinati ad avere una grande durata. E naturalmente comportava la realizzazione di teste dalla struttura di gran lunga più complessa di quelle impiegate in precedenza, specialmente se la distribuzione era mono o bialbero.

I limiti delle distribuzioni a valvole laterali sono davvero considerevoli. Non è possibile realizzare camere di combustione compatte e aventi una geometria favorevole e non si possono adottare rapporti di compressione elevati. La conformazione dei condotti di aspirazione ostacola l’ottenimento di una buona respirazione del motore. Insomma i rendimenti termici e volumetrici ottenibili sono decisamente scarsi… Inoltre, la vicinanza tra i condotti di scarico e le pareti dei cilindri possono fare insorgere problemi di distorsione delle canne.

Sui motori di serie la diffusione delle distribuzioni a valvole laterali è diminuita notevolmente nel corso degli anni Venti (mentre parallelamente è cresciuta quella delle distribuzioni a valvole in testa). Sul finire del decennio successivo quasi tutti i grandi costruttori l’hanno abbandonata. Negli USA qualcuno le ha però utilizzate fino ai primi anni Cinquanta. In Europa gli ultimi motori ad impiegare una distribuzione di questo tipo sono stati quelli della Morris Oxford MO, costruito fino al 1954 e quello della Ford Taunus 12 M, in produzione addirittura fino all’inizio degli anni Sessanta.

Una variante alla distribuzione a valvole laterali era costituita dalle cosiddette T-heads, nelle quali le due valvole non erano vicine e collocate da un lato del cilindro ma venivano piazzate ai due lati opposti (una autentica delizia per la forma della camera e per il rapporto di compressione…). Un’altra variante prevedeva che le due valvole fossero pressoché contrapposte: una veniva collocata in testa e l’altra (solitamente si trattava di quella di scarico) era laterale.

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