Tecnica: cosa sono e come funzionano le punterie idrauliche

Come diminuire la rumorosità meccanica?

Gli attuali eccellenti risultati sono il risultato non solo lunghi studi e di approfondite sperimentazioni, che hanno portato con il passare del tempo a un notevole miglioramento del disegno dei componenti (al quale si è accompagnata una maggiore accuratezza delle lavorazioni), ma anche allo sviluppo di importanti soluzioni innovative. Quello di abbattere all’origine la rumorosità meccanica è stato un obiettivo che i tecnici si sono posti sin dai primordi del motorismo. Inizialmente le esigenze in questo senso non erano particolarmente sentite da gran parte degli utenti, ma ben presto al miglioramento della funzionalità e delle prestazioni delle autovetture si è aggiunta la richiesta di un superiore confort e quindi anche di una maggiore silenziosità all’interno dell’abitacolo.

Le principali cause delle rumorosità meccaniche sono i veri e propri urti che possono aver luogo tra i vari organi accoppiati con gioco, o comunque i carichi impulsivi, esercitati dalle parti mobili su quelle fisse, con conseguente trasmissione del “disturbo” attraverso le strutture e quindi all’aria. Analogamente a ciò che accade all’interno degli altoparlanti, le pareti del basamento, la coppa dell’olio, il carter della distribuzione e il coperchio della testa possono fungere da pannelli vibranti, che trasmettono il suono all’ambiente esterno. Le fonti principali di queste emissioni acustiche sono state per lungo tempo le valvole con il relativo sistema di comando e i pistoni che “scampanavano” all’interno delle canne dei cilindri. La battaglia per ridurre la rumorosità causata dal complesso della distribuzione è stata lunga e impegnativa.

L'avvento delle punterie idrauliche

Per riuscire a ottenere una accettabile silenziosità (unitamente a una maggiore affidabilità), in passato i tecnici hanno sviluppato sistemi senza le valvole a fungo, i bilancieri e le camme, utilizzando valvole rotanti o a fodero, che in qualche caso hanno trovato impiego sulle auto di serie. Basta ricordare l’Itala “avalve” e, successivamente, le Daimler e le Panhard degli anni Venti. Alle punterie idrauliche, che consentono di eliminare l’esigenza di controlli e regolazioni periodiche e al tempo stesso assicurano una ripresa automatica del gioco delle valvole, e quindi la massima silenziosità di funzionamento, si era già pensato nei primi anni del XX secolo (il brevetto di Amédée Bollée è del 1907). Per vederle utilizzate in pratica si sono dovuti attendere però gli anni Trenta, quando negli USA questi dispositivi hanno iniziato ad essere impiegati, imponendosi rapidamente. Nel 1930 è entrato in produzione lo straordinario motore a 16 cilindri a V di 45° della Cadillac 452, nel quale il gioco delle valvole veniva ripreso grazie a dispositivi telescopici idraulici che agivano sui perni eccentrici dei bilancieri.

Due anni dopo le punterie idrauliche hanno cominciato ad essere impiegate su alcuni motori per veicoli commerciali costruiti dalla General Motors. Successivamente è arrivata la Packard e nel giro di pochi anni tra i costruttori americani la loro diffusione è diventata universale. In Europa le punterie idrauliche sono state riservate per diverso tempo a modelli di grande pregio e di notevole cilindrata. La grande affermazione è arrivata solo a partire dai primi anni Ottanta, quando la maggior parte dei motori ormai aveva la distribuzione con uno o due alberi a camme in testa.

Una punteria idraulica è nettamente più pesante di una normale punteria “meccanica”, e questo nel caso di realizzazioni di notevole potenza specifica è uno svantaggio. Nei motori destinati a raggiungere regimi di rotazione molto elevati le masse in moto alterno devono infatti essere ridotte al minimo. Ciò ha portato i costruttori a sviluppare distribuzioni nelle quali al posto delle punterie vengono impiegati bilancieri a dito montati su supporti idraulici con fulcro sferico. Questi ultimi sono fissi in quanto direttamente montati nella testa; la loro parte superiore, dove c’è il fulcro del bilanciere, può compiere però un lieve spostamento assiale che consente la ripresa automatica del gioco della valvola. Adottando questa soluzione, che oggi domina la scena, si può avere una massa mobile decisamente ridotta. 

E le moto?

Diversi motori moderni, tra i quali spiccano quelli di quasi tutte le moto, non impiegano alcun dispositivo idraulico ma utilizzano le tradizionali punterie a bicchiere o bilancieri con fulcro fisso. In tal caso il contenimento della rumorosità di funzionamento del complesso della distribuzione è affidato a lavorazioni molto precise e a un accurato studio del profilo delle camme. Quest’ultimo viene oggi progettato con ampio impiego del computer, grazie al quale è anche possibile valutare in maniera molto rigorosa le variazioni che il gioco subisce in seguito al passaggio dalla temperatura ambiente a quella di regime.

Come funzionano

Una punteria idraulica è costituita da un corpo principale dentro il quale è ricavato un vano cilindrico in cui è alloggiato, con ridottissimo gioco diametrale, un pistoncino che va ad agire sullo stelo della valvola (o sull’asta, se la distribuzione è ad aste e bilancieri). A tale vano arriva olio dal circuito di lubrificazione del motore (tramite una piccola canalizzazione ricavata nel corpo della punteria), passando attraverso una valvolina unidirezionale a sfera. Quando la camma inizia a muovere la punteria per far sollevare la valvola a fungo dalla sede, l’olio resta intrappolato nel vano interno perché la valvolina a sfera si chiude, impedendo il flusso in uscita. Siccome i liquidi sono incomprimibili, il corpo principale e il pistoncino fanno corpo unico e la punteria si comporta come se fosse di tipo tradizionale, ovvero “meccanica”.

Una volta che il sollevamento è terminato e la valvola a fungo è tornata in posizione di riposo, l’olio può entrare nuovamente nel vano cilindrico attraverso la valvolina a sfera e il pistoncino può spostarsi verso l’esterno, facendo aumentare la lunghezza “utile” della punteria e determinando la ripresa del gioco. In questo modo viene compensata anche la lieve perdita di olio che si verifica durante l’apertura della valvola a fungo in seguito al trafilamento tra il pistoncino e il vano cilindrico nel quale è alloggiato. Il funzionamento e la struttura dei supporti telescopici idraulici dei bilancieri sono esattamente analoghi a quelli delle punterie.