La fasatura del motore, in particolare quella dei propulsori TDI, rappresenta un elemento cruciale per il corretto funzionamento e l'efficienza di un veicolo. Questo meccanismo complesso, che sincronizza l'apertura e la chiusura delle valvole con il movimento dei pistoni, è fondamentale per ottimizzare le prestazioni, ridurre i consumi e contenere le emissioni inquinanti. Comprendere la sua logica, i requisiti di manutenzione e le implicazioni di un eventuale malfunzionamento è essenziale per ogni proprietario o operatore di veicoli.
I Fondamenti della Distribuzione Motore
Nel mondo dei motori, le "fasi" sono i "tempi" che scandiscono il funzionamento del motore a combustione interna. Sia per il ciclo Otto (motori a benzina) che per il ciclo Diesel, le fasi sono quattro: aspirazione, compressione, espansione e scarico. A differenza del motore a 2 tempi dove le fasi sono soltanto due.
Nei motori endotermici, la distribuzione consiste nell'azione di comando delle valvole di aspirazione e di scarico del motore, volta a provocare l'apertura e la chiusura delle stesse con tempismo e in relazione alle diverse fasi di aspirazione, compressione, scoppio e scarico che si verificano nei cilindri del motore stesso. Questo meccanismo assicura che il riempimento e lo svuotamento dei cilindri avvengano nel momento più opportuno per massimizzare l'efficienza della combustione.
Le Quattro Fasi del Ciclo
Aspirazione: Il pistone si muove verso il basso a causa del moto di rotazione dell'albero motore, creando una depressione all'interno del cilindro. La valvola di aspirazione è aperta e la depressione richiama all’interno del cilindro i gas freschi, ovvero la miscela aria benzina, o solo aria nel caso di iniezione diretta. Nel motore a ciclo Otto, affinché il cilindro si riempia completamente di miscela, è necessario che la valvola di aspirazione sia completamente aperta quando il pistone si trova al punto morto superiore e inizia la fase di aspirazione. È necessario quindi che l'apertura della valvola inizi prima che il pistone giunga al punto morto superiore; l'apertura va cioè anticipata.
Compressione: Le valvole sono entrambe chiuse e il pistone salendo comprime la miscela aria benzina precedentemente introdotta nel cilindro. Poco prima che il pistone arrivi al punto morto superiore (PMS), ovvero il punto più alto che il pistone raggiunge nel suo moto all’interno del cilindro, tra gli elettrodi della candela scocca la scintilla che causa la combustione della miscela aria benzina (nel ciclo Otto). Quando il pistone nella corsa successiva inizia a comprimere la miscela, occorre che la valvola di alimentazione sia già chiusa onde impedire che la miscela venga risospinta nel condotto d'alimentazione. Poiché la valvola risulta completamente chiusa quando il pistone ha già iniziato la corsa di compressione, si dice che la chiusura è ritardata. Nel motore Diesel, la fase di compressione è analoga a quella dei motori a ciclo Otto, con la differenza che il rapporto di compressione è più elevato, per permettere il raggiungimento di una temperatura finale di compressione abbastanza elevata da poter incendiare il carburante che verrà iniettato nel cilindro alla fine della fase.
Espansione (o Scoppio): Dopo la fase di compressione, lo scoppio spinge il pistone verso il punto morto inferiore. Questa è la fase utile del ciclo, dove l'energia termica viene convertita in energia meccanica.
Scarico: La valvola di scarico si apre e i gas combusti escono dal motore riversandosi, attraverso il collettore di scarico, nei sistemi antinquinamento e infine disperdendosi nell’atmosfera. Il pistone risale verso il punto morto superiore e completa l'espulsione dei gas dal cilindro. Poiché i gas impiegano un certo tempo a defluire e la valvola impiega un certo tempo ad aprirsi, anche l'apertura della valvola di scarico va anticipata, questa volta rispetto al momento in cui il pistone raggiunge il punto morto inferiore. Onde permettere lo scarico completo dei gas, la valvola di scarico si chiude un po' dopo l'istante in cui il pistone raggiunge il punto morto superiore. Anche la chiusura della valvola di scarico è quindi “ritardata”. Le fasi di espansione e scarico nel ciclo Diesel sono uguali a quelle nel ciclo Otto.
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Diagramma di Fasatura e Angoli Caratteristici
I tempi di anticipo e di ritardo delle valvole vengono rappresentati graficamente in un diagramma angolare, espressi come angoli di anticipo e di ritardo rispetto alla posizione angolare assunta dalla manovella durante il funzionamento del motore. Gli angoli di anticipo e di ritardo (e quindi i tempi a essi corrispondenti) sono influenzati da molti fattori (inerzia dei gas, profilo delle camme, dimensioni e posizione delle valvole, ecc.) che in parte sfuggono al calcolo analitico. Per questo motivo, nella pratica tali angoli vengono definiti durante la "messa a punto" del motore e cioè durante la regolazione del meccanismo della distribuzione.
I "tempi" di apertura e chiusura delle valvole sono dette "Fasi", e vengono misurate in gradi di rotazione dell’albero motore. Come possiamo dedurre, durano più di centottanta gradi, ossia tutto il movimento della fase più un pezzetto all’inizio e uno alla fine. Questo significa che l’aspirazione inizia quando l’albero motore è posizionato 17° prima dell’allineamento con l’asse di biella e pistone, nel momento in cui questo è posizionato nel punto più vicino alla testata.
Componenti della Distribuzione
Il meccanismo della distribuzione è composto dalla seguente catena cinematica: albero a camme (albero della distribuzione); punterie; aste; bilancieri; valvole.
L'albero a camme è azionato dall'albero motore per mezzo di ingranaggi o catena o cinghia dentata; durante la sua rotazione provoca l'apertura, volta a volta, dell'una o dell'altra valvola esercitando direttamente (mediante le camme) o tramite le aste e i bilancieri una pressione sui rispettivi steli. Organi secondari della distribuzione sono i dispositivi (punterie) interposti fra albero a camme e valvole (o fra bilancieri e valvole) per consentire la registrazione del necessario gioco.
Secondo l'ubicazione delle valvole rispetto alla camera di scoppio la distribuzione si dice a valvole in testa o a valvole laterali (soluzione, questa, ormai in disuso). I tipi di distribuzione si distinguono anche in base alla posizione e al numero degli alberi della distribuzione, che su motori eroganti elevate potenze specifiche sono per lo più situati direttamente al di sopra delle valvole e spesso anche duplicati, sicché uno comanda le valvole di aspirazione e uno quelle di scarico (distribuzione bialbero).
Nei motori a ciclo Diesel, gli organi della distribuzione non differiscono da quelli di cui sono dotati i motori con accensione a scintilla (ciclo Otto), se non nelle proporzioni e talvolta nella forma delle valvole di aspirazione che risultano dotate di un'appendice destinata a imprimere all'aria un moto turbolento che ne migliori la combustione.
La Messa in Fase della Distribuzione
La fasatura (o fase) viene intesa come sequenza di ottimale apertura delle varie valvole di un motore a quattro tempi e si basa sulla sincronia tra l'albero a camme e l'albero motore. Il motore deve partire con fase statica fatta correttamente. La fasatura statica e il controllo e regolazione dinamica non sono la stessa cosa. La prima, eseguita con il comparatore, e la seconda eseguita con il motore in moto, donde la definizione "dinamica" che andrebbe sostituita con "in movimento".
Il comparatore serve a mettere in fase la pompa con il resto del motore. Ma la fasatura statica di un motore non è relativa alla fasatura della sola pompa. Tutti gli elementi devono essere appunto in fase e quindi quando si parla di "fasatura statica" si parla di un lavoro che riguarda anche la parte opposta alla pompa (lato distributore come si suol dire). L'uso del comparatore copre solo una parte di questo lavoro. Per questo la fase statica è bene distinguerla. Se il motore fa fumo o gira male, per fare un controllo fatto bene andrebbe prima verificata che la fasatura statica sia ok, quindi controllando anche gli OT (Punti Morti) su volano, lato distribuzione e pompa tramite comparatore. Fatto questo, si passa al check di fino tramite strumenti diagnostici (come il VCDS per i veicoli VW). Dire che fasatura statica e dinamica sono la stessa cosa solo che la prima è fatta col comparatore e la seconda col VCDS, significa fare confusione perché si sta parlando solo di fasatura pompa dando per scontato che il resto sia ok. Invece un controllo efficace della fase statica riguarda anche altri aspetti fondamentali.
Come si Esegue la Messa in Fase (Esempio Nissan Qashqai 1.5dCi)
La procedura di messa in fase è un'operazione delicata che richiede precisione e l'uso di attrezzi specifici, chiamati dime o attrezzi di fasatura.
Preparazione dell'Albero Motore: Soprattutto per chi è alle prime armi, consigliamo di togliere la coppa dell’olio (già che ci siete potete pulirla, pigna compresa), per capire come si posiziona la dima: l’albero motore va in “battuta” sulla dima stessa! Ecco che risulta allora fondamentale che l’albero stia assolutamente fermo per non andare fuori fase.
Bloccaggio della Puleggia Albero a Camme: Successivamente, dopo aver predisposto la dima per l'albero motore, occorre procedere al bloccaggio della puleggia albero a camme utilizzando l’altra dima. Osservando la puleggia con attenzione, noteremo due fori: il primo sulla puleggia stessa, il secondo si trova precisamente sulla testata.
Smontaggio Componenti Ausiliari: Per poter estrarre con maggior facilità il retro del coperchio distribuzione, smontiamo il gruppo tenditore cinghia ausiliaria: in questo modo, potremo anche sostituire la pompa dell’acqua.
Rimontaggio e Regolazione del Tenditore: Un punto di attenzione merita il rimontaggio del cuscinetto tenditore: la placchetta indicata ha una posizione unica e ben precisa! Quando si registra il cuscinetto tenditore dobbiamo sfruttare la freccia indicata in foto (vista in prospettiva): deve stare a metà del riferimento, tra il punto di minimo e quello di massimo.
Controllo e Correzione (Es. Motori VW TDI): La VW ha predisposto un pratico sistema per fare delle correzioni di lieve entità dell'anticipo e ritardo della pompa rispetto all'asse a camme. Appurato che, ad esempio, la fase doveva essere ritardata per entrare nel range, si procede ad allentare il dado da 16 del galoppino (allentare significa rendere possibile la regolazione del galoppino avendo cura di non smontare tutto) tenendo tutto fermo con la chiave a brugola, e poi si regola il galoppino tramite la chiave a brugola stessa ruotandola in senso antiorario per ritardare la pompa iniezione. Questo processo spesso richiede tentativi. Ottenuto il punto di lavoro, si deve controllare che il tendicinghia sia ancora nel suo range con la freccia del precarico in corrispondenza del triangolo di riferimento. A questo punto, con l'aiuto delle dime e degli attrezzi necessari, si può completare il lavoro con il controllo dinamicamente eseguito della fase statica. Se non si riesce, eventualmente, si può poi andare al centro BOSCH per una diagnosi più approfondita.
Spurgo e Controlli Finali
Una volta fatto lo spurgo dell’aria dell’impianto di raffreddamento, una volta tornati in officina, si verificano nuovamente i livelli, soprattutto dell’antigelo.
Motore Fuori Fase: Cause e Conseguenze
Il motore fuori fase è uno dei problemi meno frequenti con le auto moderne. Grazie anche all’elettronica si possono prevenire gli esorbitanti costi di riparazione di un motore fuori fase. Ma esattamente, cosa significa “motore fuori fase”? Innanzitutto il significato di “motore fuori fase” usato in senso ampio e generico non è riconducibile a un problema univoco. Nel gergo comune si tende a riferirsi quasi sempre ai problemi della distribuzione motore fuori fase.
Quando la distribuzione motore è fuori fase, una delle conseguenze più temute deriva dalla posizione inappropriata delle valvole di aspirazione e scarico. Se quando il pistone è al Punto Morto Superiore le valvole si aprono in anticipo o si chiudono in ritardo si verificano perdite di carico o pressione nei cilindri durante le fasi utili di lavoro.
Conseguenze di un Motore Fuori Fase
A seconda dei casi, le conseguenze di un motore non in fase possono essere rimediabili o comportare costi di riparazione molto alti.
Danni Irreversibili: Il caso più temuto è sicuramente quello delle valvole piegate o rotte, accompagnate quasi sempre dal cielo del pistone danneggiato e dalle bielle piegate o rotte. Sicuramente la piegatura dello stelo valvole, più raro lo sfondamento del pistone. In ogni caso, si ferma la macchina.
Malfunzionamenti e Avvisi: Nei casi più fortunati invece un motore sfasato non si avvia e accende l’avaria motore con i sintomi di un motore fuori fase.
Un autoriparatore esperto saprà accorgersi in poco tempo se il motore è sfasato prima, tramite una diagnosi elettronica, poi ricorrendo allo smontaggio della distribuzione.
Motori a Interferenza e Non a Interferenza
Un importante elemento da tener presente è la distinzione tra motori a interferenza e motori non a interferenza: questi ultimi consentono la c.d. "distribuzione desmodromica". Nei motori non a interferenza, se la cinghia di distribuzione si rompe, il pistone in PMS (Punto Morto Superiore) non incontrerà mai la valvola, ecco che non c’è interferenza. Questo significa che, in caso di rottura della cinghia, i danni al motore sono minimi o inesistenti. I motori a interferenza, invece, prevedono che valvole e pistoni possano occupare lo stesso spazio in momenti diversi del ciclo, e una perdita di sincronizzazione può portare a una collisione e a danni gravi.
Cause del Fuori Fase
La causa principale del motore fuori fase è una manutenzione auto poco attenta e il deterioramento della cinghia di distribuzione. Una cinghia di gomma per quanto resistente tende ad allungarsi nel tempo, oscilla sui tratti rettilinei e struscia contro il blocco motore, come spiega anche uno dei più noti portali di banche dati per autoriparatori.
Di conseguenza, il controllo della cinghia di distribuzione deve essere fatto rispettando rigorosamente gli intervalli di sicurezza indicati dalla casa costruttrice. Qualora ci fosse un uso stressante del veicolo, occorre abbassare tali soglie, in modo da diminuire il rischio di rottura.
La Fasatura Variabile
Su un certo regime di giri, viene studiata ed applicata la fasatura della distribuzione. Per altri regimi, la fasatura si adatta, ma non è ottima! Nasce quindi il problema di avere una fasatura ottimale a diversi regimi: occorre un variatore di fase. La fasatura da statica (ottimizzata solo per quel regime), deve diventare dinamica (si ottimizza a seconda del regime di giri).
La soluzione ci è data dal variatore di fase, che appunto "dinamicizza" l'angolo di incrocio durante il funzionamento del motore, dando più coppia ai bassi e più potenza agli alti.
Questo tipo di fasatura è caratterizzato da un albero a camme tradizionale la cui posizione angolare viene definita in fase di progetto per assicurare la coppia massima in un certo punto di funzionamento. Con questo sistema non risulta possibile posticipare o anticipare l'apertura e la chiusura delle valvole a seconda del regime. Questa è la distribuzione classica, utilizzata per anni nei motori ad accensione comandata dove per variare il comportamento del motore era necessario sostituire l'albero a camme. La fasatura fissa è un sistema semplice ed è stato spesso usato nelle competizioni data la sua compattezza e semplicità.
Un motore a fasatura variabile ha uno schema di distribuzione che varia al variare dei regimi. Generalmente si utilizzano degli ausili idraulici o speciali alberi a camme che in determinate condizioni o modificano la fasatura o il numero di valvole che lavorano, consentendo di ottimizzare le prestazioni e i consumi (riducendo quindi anche l'inquinamento).
Tipi di Variatori di Fase
Ingranaggio a doppia dentatura: in questo caso si utilizza un ingranaggio interposto dentro l'ingranaggio che viene mosso dalla distribuzione e ha la possibilità di scorrere sull'albero di distribuzione.
EIVC (early intake valve closing): sistema che mira a ridurre le perdite per pompaggio anticipando la chiusura della valvola di aspirazione al calare del carico.
LEVC (late exhaust valve closing): sistema analogo all'EIVC che mira alla regolazione del carico ma che in questo caso, invece che ridurre solamente la massa di aria chiudendo anticipatamente la valvola, va a riempire parte del cilindro con gas combusti della combustione precedente (EGR) riducendo la carica di aria fresca aspirabile.
Fu l'Alfa Romeo a inventare tale sistema e a mettere sul mercato nel 1980 la prima auto con motore a fasatura variabile. Un esempio Italiano? L'Alfa Romeo Spider con il motore 2.0 Twin Spark.
Da questi sistemi, relativamente simili e figli del variatore di fase Alfa Romeo, si differenzia in modo sostanziale il sistema MultiAir di FIAT/FPT. Questo sistema di controllo automatico, privo di valvola a farfalla, permette di avere la medesima flessibilità di un sistema camless in un sistema a camme; permette un controllo totale delle valvole.
Per migliorare i consumi e ridurre le emissioni inquinanti, vengono adottati motori a quattro o più valvole per cilindro; tale soluzione consente regimi di “sfarfallamento” più elevati, un miglior sfruttamento dello spazio della testa e una più idonea forma della camera di scoppio (tutti fattori che portano alla combustione quasi totale della miscela senza residui di gas incombusti dispersi, poi, nell'ambiente). Poiché il cinematismo si complica e la fasatura della distribuzione diventa più delicata, vengono di norma adottati “variatori di fase” che agiscono sugli alberi a camme il cui comando viene attuato elettricamente da dispositivi elettronici; tali dispositivi possono essere controllati automaticamente dal computer di bordo.
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Distribuzione Idraulica
La riduzione della rumorosità della distribuzione si può ottenere con la cosiddetta “distribuzione idraulica”, realizzata sia con un sistema di trasmissione idraulica dell'alzata delle camme, sia mettendo a contatto il codolo della valvola con un pistoncino scorrente entro un cilindretto. Nel primo caso, le camme comandano un sistema di tubicini a stantuffo (pompanti) che agiscono sulle valvole: la variazione di pressione dell'olio nei pompanti consente anche di variare la fase fino a 15º motore. Nel secondo, più diffuso per la semplicità costruttiva, il cilindretto è pieno d'olio che viene mantenuto a volume costante da una valvolina di non ritorno; la portata minima del gioco tra pistoncino e cilindretto consente il recupero delle dilatazioni per cui il sistema, oltre che poco rumoroso, evita la registrazione periodica necessaria, invece, con i sistemi a molla.
Manutenzione e Costi della Distribuzione
Ogni quanto va fatta la distribuzione? Il controllo della cinghia di distribuzione deve essere fatto rispettando rigorosamente gli intervalli di sicurezza indicati dalla casa costruttrice. Ma non solo. Qualora ci fosse un uso stressante del veicolo, occorre abbassare tali soglie, in modo da diminuire il rischio di rottura.
Costo della Sostituzione della Distribuzione
Un tempo onesto e necessario per la sostituzione della distribuzione è facilmente verificabile nei tempari dei vari software specializzati in autoriparazione. Tenendo la linea di questo monteore, anche i costi seguiranno le tariffe generali per la messa in fase.
Quanto costa rifare la distribuzione? Come avrete potuto constatare, questa lavorazione ha evidenziato una complessità e tempi medi. Ad esempio, una lavorazione del genere può costare al cliente € 443,00, con prezzi dei ricambi in linea con la media di mercato. Il costo totale include il costo della manodopera e il costo dei ricambi (kit distribuzione, pompa dell'acqua, ecc.).
La misurazione della fasatura può essere necessaria per controllare il corretto sincronismo della distribuzione, dell'usura delle camme e dell'appropriatezza delle stesse per determinati utilizzi. Le fasature d'aspirazione e di scarico non sono simmetriche.
