Nei motori a combustione interna tradizionali il riempimento dei cilindri è standard: la fasatura e l’alzata delle valvole consentono un riempimento ottimale sono a un determinato regime rotatorio che corrisponde a quello del valore di coppia massima. Aumentando la rotazione del motore oltre questo valore la potenza continua a crescere per effetto dell’incremento di giri ma il riempimento delle camere di scoppio peggiora e la curva di coppia cala e oltre certi livelli la potenza inizia a scendere. I progettisti di solito raggiungono un buon compromesso tra tempo di apertura della valvola di aspirazione per aumentare la potenza senza andare però a rendere critica la combustione al minimo e ai bassi regimi. Perché un’apertura prolungata della valvola di aspirazione ai bassi regimi provoca un effetto lavaggio nella camera di combustione che rende instabile il motore e incrementa gli inquinanti nei gas di scarico. Per aggirare questo problema i progettisti ricorrono alla fasatura variabile degli alberi a camme o anche all’alzata variabile nei motori più sportivi. Concentriamoci però sulla fasatura dell’albero a camme di aspirazione con variatore idraulico.

FASATURA VARIABILE: I VANTAGGI

Il variatore di fase applicato all’albero a camme di aspirazione consente di di modificare la fasatura (posizione) rispetto all’albero motore e a quello delle camme di scarico. La “sfasatura” è calcolata precisamente per evitare contatti distruttivi tra testa del pistone e fungo della valvola. La variazione nella fasatura viene effettuata in funzione del carico motore (apertura farfalla aspirazione), gestione del motore memorizzata in centralina, regime del motore e temperatura liquidi di raffreddamento. Variando l’incrocio tra aspirazione e scarico il progettista riesce così a migliorare l’erogazione della coppia e quindi anche la potenza controllando gli effetti sulla produzione di inquinanti e aumenta la regolarità di funzionamento del motore.

FASATURA CON VARIATORE IDRAULICO

La fasatura dell’albero a camme con variatore idraulico è una soluzione impiegata spesso perché compatta e che utilizza il circuito dell’olio lubrificante per gestire i gradi di sfasatura dell’albero. Il sistema è racchiuso in un cilindro e ha tre elementi principali: pistone idraulico, un ingranaggio meccanico con dentatura elicoidale che agisce su un porta pignone con dentatura elicoidale e una valvola idraulica. L’albero a camme è collegato al pignone del variatore. Il pistone idraulico agisce sull’ingranaggio causando la variazione della fase sia verso l’anticipo sia verso il ritardo. Il pistone idraulico  riceve l’olio da due canali: anticipo e ritardo: dove inviare l’olio viene scelto dalla centralina motore tramite l’elettrovalvola.

TIPOLOGIE DI SFASAMENTO ALBERO A CAMME ASPIRAZIONE

• Quando il motore gira al minimo il sistema usa la fasatura ritardata: l’incrocio delle valvole è chiuso (ridotto)  con le valvole di aspirazione che chiudono in ritardo rispetto al PMI (punto morto inferiore del pistone): il motore riduce le emissioni di idrocarburi incombusti (HC) grazie alla riduzione di passaggio di gas freschi nello scarico e di gas combusti verso l‘aspirazione. Il minimo è molto regolare.
• Quando il motore è a medio carico (regimi intermedi e gas parzializzato) viene richiesta una fasatura con incrocio elevato tra le valvole di aspirazione e scarico: la valvola di aspirazione chiude poco dopo il PMI. Cosa succede in camera di combustione? I gas combusti vengono in parte reinseriti in fase di espansione perché riconvogliati in parte nel canale di aspirazione e vengono reimmessi e miscelaticon il carburante. Questo abbassa la temperatura di combustione abbattendo le emissioni di ossidi di azoto NOX.
• A pieno carico, alla ricerca della massima potenza e coppia la valvola di aspirazione si chiude ben dopo che il pistone si trovi al PMI. In camera di combustione arrivano sempre gas freschi con un effetto di sovralimentazione naturale dato dal flusso veloce dell’aria che aumenta l’ossigeno in combustione con vantaggi sulla coppia motrice erogata.

GUASTI: OCCHIO AI SINTOMI

Il variatore di fase idraulico è una componente molto complessa perché è costruita con ingranaggi meccanici e parti idrauliche, componenti che possono essere soggette a usura o a problemi di accumulo di sporco. Gli ingranaggi possono consumarsi rapidamente se il sistema idraulico non funziona correttamente. Due i sintomi di questo problema. Alla guida il rendimento del motore cambia: potrebbe risultare pigro in ripresa oppure senza mordente agli alti regimi. Di solito si tratta della parte idraulica che funziona male. Con il passare dei chilometri in queste condizioni si potrebbero evidenziare una forte rumorosità meccanica proveniente dalla testa del motore lato distribuzione (dove si trova il variatore) e il minimo irregolare.

INTERVENTO COMPLESSO

Quando il variatore è compromesso di solito non crea problemi gravi distribuzione, molti sistemi hanno una sorta di protezione meccanica che in caso di guasto grave blocca il sistema su una fasatura fissa. Tuttavia il variatore gira insieme all’albero a camme di aspirazione in sincrono con albero motore, valvole e albero a camme di scarico. Se dovesse bloccare la rotazione dell’albero a camme di aspirazione (casi rari) potrebbe mandare fuori fase il motore con possibile interferenze valvole e pistoni tali da dover causare danni alla testata. Quindi quando si presentano i primi sintomi di malfunzionamento è sempre bene consigliare la riparazione al cliente. Per cambiare il variatore bisogna rimuovere il carter testa, la cinghia di distribuzione, l’albero a camme. Poi al banco si separa il variatore dall’albero e si procede al montaggio. Effettuando la sostituzione del variatore consigliamo di cambiare anche le punterie  idrauliche se presenti e l’intero kit distribuzione (cinghie, tenditori, pompa acqua, cinghia servizio e guarnizione carter testa). L’intervento è costoso ma garantirà migliaia di chilometri sereni al cliente.