Tecnica: astuzie motoristiche

Nei motori moderni nulla è lasciato al caso, neanche aspetti all’apparenza marginali e dettagli che possono sembrare pressoché insignificanti. In proposito non mancano esempi decisamente significativi.

Su una lastra di vetro una goccia d’acqua si spande, cosa che non avviene per una goccia di mercurio, la quale rimane pressoché sferica. In questo secondo caso le forze di coesione tra le molecole del liquido sono maggiori di quelle di adesione tra la superficie e il liquido stesso, mentre nel primo avviene il contrario. L’acqua bagna il vetro mentre il mercurio no.

All’interno del motore l’olio deve formare sulle superfici metalliche uno strato aderente e continuo in grado di assicurare una corretta lubrificazione. Non sempre però esso le bagna adeguatamente. In certi casi deve essere “aiutato” e a questo fine si adottano finiture particolari. Le canne dei cilindri in ghisa vengono lavorate in modo da consentir loro di trattenere una adeguata quantità di lubrificante e di distribuirla uniformemente sulla superficie di lavoro. Mediante pietre abrasive rotanti e traslanti si ottiene una serie di piccoli solchi che si incrociano con un certo angolo, formando sulla parete metallica un vero e proprio reticolo, in genere visibile a occhio nudo.

Il rapporto tra la superficie portante e quella dei solchi destinati a trattenere l’olio ha una notevole importanza e viene accuratamente determinato in fase di progetto e di sviluppo.

Di recente sono apparsi sottili riporti per cilindri, applicati con sistemi di spruzzatura termica (ad arco, al plasma), che fanno apparire le pareti come se fossero lucidate a specchio. In questi casi l’olio viene trattenuto da una serie di microscopici pori che non vengono ottenuti per lavorazione meccanica ma caratterizzano la struttura del materiale depositato.

Gran parte delle sedi e delle guide delle valvole nei motori moderni viene ottenuta per sinterizzazione. In altre parole, partendo da polveri dalla composizione accuratamente controllata, che vengono poi compattate negli stampi per essere quindi “cotte” a temperatura elevata (ma non tale da causarne la fusione). Il materiale che si ottiene presenta inevitabilmente una certa porosità, che in questo caso risulta conveniente. Grazie ad essa infatti le guide possono trattenere il lubrificante, durante il funzionamento del motore. Ancora più importante è il fatto che le sedi, in genere a base di materiale ferroso, possano essere impregnate a caldo con rame. Questo metallo si rivela vantaggioso, in particolare per le sedi di scarico, per via della sua elevata conduttività termica; non è inoltre trascurabile la sua funzione di lubrificante solido. Inoltre tale impregnazione consente di migliorare le caratteristiche meccaniche del materiale (la porosità viene eliminata, dato che il rame riempie i vuoti).

Sempre in tema di sedi delle valvole, in motori di elevatissime prestazioni inizia a trovare applicazioni una soluzione che prima era riservata solo al mondo delle Formula Uno e che prevede l’eliminazione degli inserti anulari riportati. In questo caso si ricorre al laser per depositare del materiale (in genere a base di rame e nichel) che viene unito metallurgicamente alla lega di alluminio della testa mediante un procedimento di alligazione. In pratica oltre alla deposizione si viene ad avere una vera e propria diffusione all’interno del substrato. Facendo ricorso a questa sofisticata tecnologia (nota tra i tecnici come laser cladding) si possono ottenere vantaggi in termini di riduzione della temperatura della valvola e delle pareti della camera. Nella zona di appoggio del fungo valvola lo spessore delle pareti stesse può essere minore; non occorre infatti montare con forzamento un elemento riportato. L’intercapedine per il liquido di raffreddamento può essere quindi più vicina alla zona dalla quale deve essere sottratto il calore. La Honda afferma che grazie al laser cladding la temperatura delle valvole può diminuire di 30 – 50 °C e quella delle pareti della camera di 20 °C. Inoltre la soluzione consente di installare valvole leggermente più grandi. I guadagni in termini di prestazioni sono contenuti ma non trascurabili.

Non sempre il perfezionamento a livello di dettaglio interessa direttamente le prestazioni, i consumi o il “comportamento” del motore. In certi casi si adottano soluzioni che rendono più razionale o più economico il processo di fabbricazione. Un interessante esempio ci viene fornito da alcune canne in ghisa incorporate di fusione nel blocco cilindri, la cui estremità non arriva a livello con il piano superiore di quest’ultimo, ma solo a qualche millimetro di distanza da esso (in modo che il primo segmento dei pistoni lavori comunque a contatto con la ghisa, anche al punto morto superiore). I costi di produzione risultano ridotti perché l’utensile che spiana la superficie dei blocchi cilindri incontra solo alluminio. Di conseguenza esso dura molto di più rispetto a quando invece incontra anche i margini superiori delle canne in ghisa (materiale la cui durezza è di gran lunga più alta di quella delle leghe di alluminio).

Che pure componenti “minori” e particolari apparentemente poco significativi possano avere una importanza non trascurabile, ovvero contribuire in qualche misura al miglioramento delle prestazioni o alla diminuzione dei consumi, è dimostrato dai paraoli. Questi elementi di tenuta dinamici impediscono all’olio di passare all’esterno e a polvere, umidità e aria di entrare nel motore. A differenza delle guarnizioni, che sono elementi statici, essi agiscono tra una parte in rotazione (o in movimento rettilineo alternato) e una fissa. Nel nostro caso, sono collocati in corrispondenza delle estremità dell’albero a gomiti, dal lato del volano e dal lato del comando della distribuzione. Se quest’ultimo è a cinghia dentata, si impiegano anche alla estremità degli alberi a camme.

A loro non si pensa mai perché non danno problemi, costano poco e durano in pratica quanto il motore. Per svolgere il loro compito ostacolano in qualche misura la rotazione dell’albero e quindi determinano un assorbimento di energia. Insomma, danno luogo a un certo attrito e perciò influenzano negativamente il rendimento meccanico (in misura lieve, ma oggi anche i dettagli contano).

Nel corso degli anni i fabbricanti di paraoli hanno lavorato intensamente per ridurre l’assorbimento di potenza da parte di questi componenti, con risultati eccellenti. E l’evoluzione continua…