Come funzionano gli alberi a camme

L’albero a camme (cliccare sull’immagine per vedere l’animazione). Vedere le immagini dei motori delle auto .

Se avete letto l’articolo How Car Engines Work , conoscete le valvole che fanno entrare la miscela aria/benzina nel motore e lo scarico del motore. L’albero a camme utilizza dei lobi (chiamati camme ) che spingono contro le valvole per aprirle mentre l’albero a camme ruota; le molle sulle valvole le riportano in posizione di chiusura. Questo è un lavoro critico, e può avere un grande impatto sulle prestazioni di un motore a diverse velocità. Nella pagina successiva di questo articolo potete vedere l’animazione che abbiamo realizzato per mostrare realmente la differenza tra un albero a camme con prestazioni elevate e uno standard.

In questo articolo, imparerete come l’albero a camme influisce sulle prestazioni del motore. Abbiamo alcune grandi animazioni che mostrano come i diversi layout del motore, come camma in testa singola (SOHC) e camma in testa doppia (DOHC), funzionano davvero. E poi ripasseremo un po’ di come alcune auto regolano l’albero a camme in modo che possa gestire in modo più efficiente i diversi regimi del motore.

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Cominciamo dalle basi.

Nozioni di base sull’albero a camme

Le parti principali di ogni albero a camme sono i lobi . Mentre l’albero a camme gira, i lobi si aprono e chiudono le valvole di aspirazione e di scarico in tempo con il movimento del pistone. Si scopre che c’è una relazione diretta tra la forma dei lobi delle camme e il modo in cui il motore funziona in diverse gamme di velocità.

Per capire il motivo, immaginate che stiamo facendo girare un motore estremamente lentamente – a soli 10 o 20 giri al minuto (RPM) – in modo che il pistone impiega un paio di secondi per completare un ciclo. Sarebbe impossibile far funzionare un motore normale così lentamente, ma immaginiamo di poterlo fare. A questa velocità lenta, vorremmo che i lobi delle camme avessero una forma tale:

  • Proprio quando il pistone inizia a muoversi verso il basso nella corsa di aspirazione (chiamato punto morto superiore, o TDC ), la valvola di aspirazione si aprirebbe. La valvola di aspirazione si chiuderebbe a destra man mano che il pistone scende verso l’esterno.
  • La valvola di scarico si aprirebbe a destra mentre il fondo del pistone si apre (chiamato punto morto inferiore, o BDC ) alla fine della corsa di combustione, e si chiuderebbe quando il pistone completa la corsa di scarico.

Questa configurazione funzionerebbe molto bene per il motore fintanto che gira a questa velocità molto bassa. Ma cosa succede se si aumenta il numero di giri? Scopriamolo.

Quando si aumenta il numero di giri, la configurazione da 10 a 20 giri per l’albero a camme non funziona bene. Se il motore funziona a 4.000 giri/min, le valvole si aprono e chiudono 2.000 volte al minuto, o 33 volte al secondo. A queste velocità, il pistone si muove molto rapidamente, quindi anche la miscela aria/carburante che scorre nel cilindro si muove molto rapidamente.

Quando la valvola di aspirazione si apre e il pistone inizia la sua corsa di aspirazione, la miscela aria/carburante nel canale di aspirazione inizia ad accelerare nel cilindro. Quando il pistone raggiunge il fondo della sua corsa di aspirazione, l’aria/benzina si muove ad una velocità piuttosto elevata. Se dovessimo chiudere la valvola di aspirazione, tutta l’aria/carburante si fermerebbe e non entrerebbe nel cilindro. Lasciando la valvola di aspirazione aperta un po’ più a lungo, la spinta dell’aria/benzina in rapido movimento continua a forzare l’aria/benzina nel cilindro quando il pistone inizia la sua corsa di compressione. Quindi, più veloce è il motore, più veloce è il movimento dell’aria/benzina e più a lungo vogliamo che la valvola di aspirazione rimanga aperta. Vogliamo anche che la valvola si apra di più a velocità più elevate – questo parametro, chiamato alzata della valvola , è regolato dal profilo del lobo della camma.

L’animazione sottostante mostra come una camma normale e una performance cam abbiano una diversa fasatura della valvola. Si noti che i cicli di scarico (cerchio rosso) e di aspirazione (cerchio blu) si sovrappongono molto di più sulla camma di prestazione. Per questo motivo, le auto con questo tipo di camma tendono a funzionare molto approssimativamente al minimo.

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Due diversi profili di camme: Cliccare il pulsante sotto il pulsante play per passare da una camma all’altra. I cerchi mostrano per quanto tempo le valvole rimangono aperte, blu per l’aspirazione, rosso per lo scarico. La sovrapposizione delle valvole (quando le valvole di aspirazione e di scarico sono aperte contemporaneamente) è evidenziata all’inizio di ogni animazione.

Ogni albero a camme sarà perfetto ad un solo regime di rotazione del motore. Ad ogni altro regime di rotazione, il motore non funzionerà al massimo del suo potenziale. Un albero a camme fisso è quindi sempre un compromesso. Per questo motivo le case automobilistiche hanno sviluppato schemi per variare il profilo della camma al variare del regime del motore.

Ci sono diverse disposizioni di alberi a camme sui motori. Parleremo di alcune delle più comuni. Probabilmente avete già sentito la terminologia:

  • Camma in testa singola (SOHC)
  • Doppia camma in testa (DOHC)
  • Pushrod

Nella prossima sezione, esamineremo ciascuna di queste configurazioni.

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