CURVE CARATTERISTICHE E DINAMICA DEL MOTORE - PARTE 2

Analisi della curva della potenza

La potenza erogata dal motore si calcola con la formula:

P = 2πCn

dove: 

C [Nm] è la coppia,

n [giri/s] è il numero di giri del motore,

P [W] è la potenza.

Essendo il watt un'unità di misura piuttosto piccola in campo automobilistico, normalmente si utilizza il kilowatt:
1 kW = 1000 W.
Un'altra unità di misura utilizzata spesso è il cavallo vapore CV o Hp:
1 CV = 1 Hp = 735 W.

Analizzando la figura che riporta l'andamento delle curve della potenza e della coppia si vede come, malgrado la coppia diminuisca, la potenza continua ad aumentare. Questo avviene perchè la potenza è data dal prodotto della coppia per il numero di giri.
La potenza risulta massima quando è massimo il prodotto Cn.
Giunti ad un certo punto, però, la diminuzione della coppia dovuta alla diminuzione del rendimento volumetrico, non è più compensata dall'aumento del numero di giri, quindi la potenza cala.

Effetti degli anticipi e posticipi dell'apertura e chiusura delle valvole sulle curve di coppia e potenza

L'apertura e chiusura delle valvole è comandata dall'albero a camme e quindi anche gli angoli di anticipo e ritardo.
In realtà, per avere il massimo riempimento dei cilindri, sarebbe necessario variare gli angoli in funzione del regime di rotazione.
L'ideale sarebbe comandare le valvole attraverso una centralina elettronica, ma questo al momento non è ancora realizzabile.
Attualmente, quindi, gli angoli degli anticipi e ritardi sono calcolati realizzando dei compromessi sulla base delle caratteristiche che si vogliono dare al motore.

Angoli di apertura ampi = potenza elevata ad alti regimi, ma coppia e potenza molto modeste ai bassi regimi;

la figura 2 riporta l'esempio delle curve di coppia e potenza di un motore di Formula 1. Si nota come, al di sotto degli 8000 giri/minuto coppia e potenza sono praticamente nulli.

Angoli di apertura bassi = si ottiene l'effetto contrario, cioè una diminuzione della coppia e della potenza ad elevati regimi e un aumento ai bassi regimi.

Molte case automobilistiche hanno messo a punto dei sistemi per variare gli angoli di apertura e chiusura al variare del regime di rotazione.

Variatore di fase Alfa Romeo

L'apertura della valvola di aspirazione viene anticipata per mezzo di un'elettrovalvola.
Questo fa in modo che venga aspirata una maggiore quantità di miscela aria/benzina.

L'albero a camme di aspirazione (3) è svincolato dall’ingranaggio di comando (2), mosso dalla catena di distribuzione. Con un sistema puramente meccanico si ottiene, al di sopra di un certo regime, una rotazione relativa (A) dell’albero a camme rispetto al sistema di comando, in modo di anticipare (circa 20°) la fasatura agli alti regimi, aumentando così l’incrocio valvole e l’erogazione di potenza senza peraltro penalizzare la regolarità di funzionamento ai regimi bassi. La rotazione dell’albero a camme (3) viene comandata da un manicotto (4) dotato di profilo scanalato interno e dentatura elicoidale all’esterno. Questa dentatura è accoppiata con la dentatura elicoidale interna della ruota di comando (2). Il manicotto, sotto la spinta della pressione dell’olio motore, può quindi compiere una rotazione relativa (A) lungo il profilo elicoidale di accoppiamento, compensato dallo spostamento assiale lungo il profilo scanalato interno. Quando la pressione dell’olio motore, legata al regime di rotazione, scende al di sotto di una cera soglia, la molla di richiamo (5) riporta il dispositivo nella condizione di riposo azzerando l’angolo (A). 

Sistema VTECH (Honda)

Le due valvole di aspirazione vengono premute da un bilanciere doppio comandato da due camme differenti.
Tra le due camme che comandano le due valvole si trova una terza camma più grossa e che quindi consentirebbe alle valvole angoli di apertura maggiori.
A bassi regimi la valvola più grande lavora su un bilanciere che non comanda nessuna valvola.
Ad regimi più alti la centralina invia un segnale ad un'elettrovalvola che, aprendosi, fa passare l'olio all'interno di un cilindretto che risiede nel sistema del bilanciere. L'olio in pressiona sposta i pistoncini rendendo i bilancieri delle due valvole solidali a quello comandato dalla camma più grande. 

Variatore di fase a palette

Viene utilizzato sia sulle valvole di aspirazione che su quelle di scarico.
L'albero a camme è innestato sul mozzo centrale e un'elettrovalvola comanda il passaggio dell'olio all'interno delle due camere che si trovano ai lati di ciascuna paletta.
La diversa pressione dell'olio all'interno delle due camere genera una rotazione dell'albero a camme e quindi una modifica degli angoli di apertura e chiusura delle valvole.