Pillole di tecnologia: la distribuzione a dito

In questa nuova “puntata” tiriamo in causa una tecnologia non particolarmente nuova, ma che sui motori ad alta potenza specifica ultimamente fa capolino: parliamo della distribuzione a dito. Il termine “dito”, in inglese è simile. Si parla di “finger follower”, indica un elemento rotante che viene interposto fra la camma e la valvola andando a sostituire il classico bicchierino. 

IMPOSSIBILE “SALIRE” - Ma perché è stato introdotto questo oggetto, dopo che per tanti anni ci è stato raccontato che il non plus ultra per i motori sportivi fosse il doppio albero a camme in testa? Procediamo con calma. Per capirlo serve un rapido excursus nell'evoluzione della tecnica. Agli albori della storia motoristica (ma per alcuni marchi molto legati alla tradizione è ancora così) indipendentemente dal numero dei cilindri c'era un solo albero camme nel basamento, una soluzione comoda ed economica che semplificava l'architettura del motore e risolveva tanti grattacapi in termini di lubrificazione. Questo albero azionava tramite sistemi ad aste e bilancieri le valvole sulla testata. Potete immaginare la quantità di masse in movimento alterno e le forze di inerzia che si sviluppavano. Da qui la chiara impossibilità di salire troppo con i regimi di rotazione. Il passo logico era quello di spostare l'albero a cammes in testata ed eliminare almeno le pesanti aste: nasce così la distribuzione SOHC (single overhead camshaft). 

VALVOLE A TETTO - Allo stesso tempo si sapeva che per fare prestazione, le valvole dovevano essere posizionate “a tetto” e non con assi paralleli, solo così si poteva ottenere una forma di camera di scoppio ridotta e salire con il rapporto di compressione. Ma adottando un solo albero in testa servivano ancora una volta dei bilancieri di rinvio per raggiungere le valvole, un bilanciere per ogni valvola, oppure, studiando una posizione “furba” dell'albero si poteva comandare direttamente una valvola e tramite bilanciere quella dall'altro lato (sistema Honda Unicam). 

DOHC - Ulteriore evoluzione è il sistema con due alberi a camme in testa. Così facendo si eliminano i bilancieri e si ottiene anche la possibilità di rendere indipendente la fasatura della distribuzione in aspirazione da quella di scarico, un aspetto importante di cui ci occuperemo in un'altra puntata. Questa soluzione per gli anglofoni prende il nome di DOHC (Double overhead camshaft) di cui abbiamo parlato all'inizio e che ha prosperato e tuttora prospera sia nel campo auto che moto, perché si è rivelata imbattibile anche passando da due a quattro valvole per cilindro. Ma dopo tutta questa guerra per contenere le masse alterne, ecco riapparirei bilancieri, o almeno qualcosa di molto simile. Sembra un controsenso, ma ci sono in realtà valide e giustificate ragioni. I motori moderni, sia per esigenze legate alle maggiori richieste di potenza, sia per contenere le emissioni inquinanti, necessitano di valvole che si aprano tanto e tanto in fretta. Questo vuol dire che i profili delle cammes devono essere come si dice in gergo molto “spinti” la camma insomma deve essere molto allungata ed avere le pareti laterali molto ripide. 

LIMITI GEOMETRICI - Ma c'è un limite oltre al quale non si può andare con il profilo della camma, si tratta di un limite geometrico: se la camma è troppo allungata il suo profilo invece di strisciare sulla superficie superiore del bicchierino spingendolo in basso, inizia a psingere contro il suo bordo una condizione assolutamente da evitare. Certo si può aumentare la dimensione del bicchierino, ma entro certi limiti perché gli ingombri di una testata sono un vincolo importante. La soluzione a questo problema arriva negli anni 90, l'era in cui in Formula 1 i motori aspirati pluri frazionati per fare potenza richiedevano regimi di rotazione sempre più alti. Gli ingegneri capiscono che il problema di accoppiare camma e bicchierino poteva essere aggirato interponendo un terzo elemento capace di ruotare su un asse esterno (proprio come fa un dito aattorno alla sua articolazione) e dotato di due diverse superfici di accoppiamento, una adatta alla camma una alla valvola. 

PROFILI SPINTI - Nascono così i finger follower: si elimina il bicchierino (una massa in meno in moto alterno ed anche la sua pastiglia di registro), si uniformano le pressioni di contatto e si riducono al minimo le spinte laterali sullo stelo, oltre ad avere ovviamente più libertà nella scelta del profilo della camma. Un sistema che è diventato un must sui motori ad altissime prestazioni (aprire la testata di una BMW S1000RR per esempio), con la distribuzione a dito si possono adottare profili di camme estremamente spinti, addirittura si utilizzano le cosiddette camme concave, che permettono rampe di apertura ancor più violente a tutto vantaggio della capacità di riempimento della camera di combustione.

TIPO DESMO - E la distribuzione desmodromica tanto cara a a Ducati? Esatto! Per quanto riguarda le leggi di alzata può essere assimilata alla distribuzione a dito, pur avendo un sistema più pesante e con più inerzia visto che non si usa un dito, ma un bilanciere a due braccia, l'azione imposta alle valvole è la stessa: con il “desmo” si può imprimere grandi accelerazioni alle valvole, con in più l'ulteriore vantaggio di poter anche richiamare le valvole in chiusura con maggiore accelerazione di quanto può un sistema a molla. Difatti la distribuzione desmodromica è l'unica alternativa praticabile alle molle pneumatiche che vengono adottate ad esempio sui motori da MotoGP che superano abbondantemente la soglia critica dei 16.000 giri/minuto oltre alla quale le classiche molle a spirale non riescono più a “tenere il ritmo” e a spingere indietro le valvole senza evitare sfarfallii.