Nella
sua storia recente Ducati ha legato intimamente il proprio nome alla
distribuzione desmodromica. Al di là delle caratteristiche generali
di questo sistema, note ai più, ne analizzeremo il funzionamento,
la manutenzione e l’elaborazione.
Sin dagli albori della meccanica moderna uno dei problemi di più
difficile soluzione per i progettisti di motori a combustione interna
riguardò la metodologia di regolazione dell’afflusso e
dell’efflusso dei gas dalla camera di combustione.
Da un lato, la necessità di mantenere la massima impermeabilità
in fase di scoppio, quando la miscela viene compressa e incendiata,
dall’altro la priorità di garantire ai gas freschi e a
quelli combusti un percorso il più possibile indisturbato e la
massima velocità. Gli anni hanno progressivamente eletto a sistema
principe quello dotato di valvole a fungo, la cui particolare conformazione
permette di ottemperare alle due funzioni di cui sopra con risultati
ottimali: una camma, agendo direttamente o indirettamente sullo stelo,
apre la valvola la cui tenuta è successivamente garantita dalla
stessa sovrapressione presente nella camera di combustione. Le valvole,
di aspirazione e di scarico, vengono alternativamente comandate per
permettere il ricambio della miscela gassosa. La chiusura è,
nella quasi totalità dei casi, comandata da una o più
molle di richiamo, generalmente montate in posizione coassiale allo
stelo della valvola e opportunamente tarate.
La peculiarità del sistema desmodromico, come analizzeremo nel
dettaglio più avanti, è proprio quella di non avere la
chiusura automatica, ma comandata attivamente al pari dell’apertura.
Le camme altro non sono che dei profili eccentrici riportati sopra un
albero azionato tramite una catena cinematica dall’albero motore.
Il profilo di ciascuna camma riproduce la legge di alzata delle diverse
valvole, ed evidentemente la loro rotazione deve essere perfettamente
sincronizzata con quella dell’albero motore, atteso che a ciascuna
posizione del pistone dentro il cilindro nelle diverse fasi deve corrispondere
un'esatta posizione della valvola. Per questo motivo, il moto viene
trasmesso tra i due alberi tramite un treno di ingranaggi, una catena
o, come nel caso Ducati, da una cinghia dentata (per questo definita
cinghia sincrona).
L’etimologia del termine “desmodromico” va individuata
nei vocaboli greci “desmos” e “dromikós”,
la cui combinazione può interpretarsi come “che costringe
il percorso”. Ovvero, tale termine si applica correttamente a
qualsiasi meccanismo nel quale il funzionamento non sia automatico,
ma comandato lungo ciascun grado di libertà: un’accezione,
dunque, molto più generale di quella di uso comune, relativa
al comando della distribuzione dei motori a scoppio, e riferibile, ad
esempio, anche al comando del cambio di velocità. Tale sistema
di comando delle valvole trovò applicazione, in tempi pionieristici,
nel campo aeronautico e automobilistico, ma solo più recentemente
venne adottato sui bicilindrici Ducati progettati dall’Ingegner
Taglioni.
Sin dalla metà del secolo scorso, questi aveva più volte
sperimentato con successo tale sistema su diversi propulsori bolognesi,
arrivando a definirne la forma terminale col progetto Pantah degli anni
’70. La scelta di una simile complicazione meccanica deriva essenzialmente
dalla scarsa affidabilità ed efficacia dei sistemi a molla di
quel periodo. Mentre il ritorno automatico affida la rigorosità
della legge di chiusura della valvola alle qualità elastiche
della molla di richiamo, il comando desmodromico permette di rispettarne
rigidamente le caratteristiche al pari di quanto avviene in apertura.
Gli acciai armonici disponibili sino a poco tempo fa non permettevano
di costruire molle in grado di garantire, a ogni regime, un funzionamento
ottimale. In particolare, agli alti regimi si poteva verificare il cosiddetto
“sfarfallamento” con il rapido movimento incontrollato delle
valvole e il conseguente pericolo di dannose interferenze con il cielo
del pistone.
Ciò imponeva di adottare fasature non troppo spinte, tali da
evitare anomalie, specie agli alti regimi, mentre l’uso di molle
dal carico eccessivamente elevato avrebbe accresciuto in modo deleterio
l’assorbimento di potenza e l’usura dei profili coniugati
a contatto. Ecco che la soluzione più ovvia era proprio quella
di controllare la fasatura in entrambi i sensi, con tutte le evidenti
controindicazioni del caso.
Occorreva, infatti, raddoppiare tutti gli organi della distribuzione,
dato che ciascuna valvola avrebbe implicato la presenza di due camme
(una di apertura e una di chiusura), di altrettanti bilancieri e sistemi
di registro, il tutto nello spazio esiguo disponibile sopra ciascun
cilindro. L’innovazione del motore bicilindrico Pantah di Taglioni,
rispetto alle precedenti applicazioni desmodromiche da lui stesso progettate,
era quello di realizzare una testa molto compatta dotata di un singolo
albero in testa portante quattro camme per le due valvole.
Queste erano comandate da due bilancieri ciascuna, uno di tipo tradizionale
per l’apertura e uno “a forchetta” per la chiusura.
Quest’ultimo abbracciava lo stelo del fungo e ne regolava il movimento
tramite un collarino che fungeva anche da registro. Un sistema talmente
buono da essere sopravvissuto fino a oggi sugli ultimi motori a doppia
accensione; addirittura, mantenendo il medesimo schema, nel “Desmotre”
di 992 cc il singolo albero aziona ben 3 valvole (due di aspirazione
e una di scarico) tramite sei camme e altrettanti bilancieri.
Nella progettazione del “Desmoquattro”, verso la metà
degli anni ’80, l’Ingegner Bordi ricorse, invece, a due
alberi in testa, modificando profondamente l’architettura di questo
componente, pur mantenendo la struttura della parte termica e del basamento
sostanzialmente invariata.
Gli affinamenti introdotti dai motori “Testastretta” non
hanno avuto altro scopo se non quello di migliorare ulteriormente la
fluidodinamica dei condotti e la disposizione dei diversi organi della
distribuzione, andando a rappresentare lo stato dell’arte del
sistema desmodromico applicato al motore a combustione interna.
Un’evoluzione necessaria per mantenere competitivo un motore con
diversi decenni di storia, conservandone l’identità e il
carattere inimitabili. Tuttavia, una domanda nasce spontanea: quale
effettiva necessità vi era di mantenere, al giorno d’oggi,
la pur efficace distribuzione desmodromica quando ormai si ottengono
prestazioni perfettamente analoghe (quando non superiori) con sistemi
tradizionali a richiamo elastico?
Tutti
i motori, anche quelli ad alte prestazioni, hanno infatti abbandonato,
sia in campo motociclistico che automobilistico, la complicazione del
comando attivo in chiusura. La tecnologia dei materiali si è,
infatti, evoluta in modo crescente e ha permesso la costruzione di molle
a spirale con caratteristiche meccaniche ed elastiche inimmaginabili
sino a pochi anni fa.
Il rischio di rotture è ormai cosa remota, mentre la resistenza
alla fatica, alle alte temperature, così come la sensibilità
a fenomeni di isteresi elastica e variazione della costante elastica
sono ridotti in misura da non costituire un limite al raggiungimento
di elevati regimi di rotazione nel rispetto della legge di fasatura
imposta dal progettista.
La risposta a un simile quesito può sembrare scontata: qui ci
limiteremo a scendere nei dettagli della dinamica dell’azionamento
delle valvole, affinché ciascun lettore possa esprimere autonomamente
il proprio giudizio. Come noto, nel corso di un ciclo completo, l’albero
motore compie due giri, nel corso dei quali il pistone sale e scende
due volte nel cilindro. Dapprima la miscela fresca è aspirata
e compressa, nel secondo giro si hanno l’espansione (in seguito
alla combustione) e lo scarico dei gas esausti.
Se potesse esistere una macchina perfetta, ciascuna fase del motore
a quattro tempi durerebbe perciò mezzo giro, ma ovviamente così
non è e per una macchina reale è bene apportare delle
correzioni al ciclo ideale, allo scopo di perfezionare il compiersi
delle varie fasi. Le valvole a fungo, a causa della loro geometria,
nella posizione di inizio apertura e fine chiusura generano dei passaggi
molto ridotti, per cui la miscela subisce forti laminazioni con conseguenti
notevoli cadute di pressione, il che, di fatto, ostacola il flusso dei
gas in ingresso o in uscita. E’ evidente allora che, non essendo
istantanea l’apertura della valvola e, soprattutto, possedendo
il fluido una certa inerzia ed elasticità che ne compromettono
il libero flusso, le valvole andranno aperte e chiuse in tempi diversi
da quelli teorici.
L’apertura della valvola di aspirazione dovrà, dunque,
essere anticipata, mentre la chiusura di quella di scarico sarà
posticipata. In questo modo, quando il pistone comincerà ad aspirare
i gas freschi, la valvola sarà già completamente aperta.
Viceversa, quando il pistone avrà completato la corsa di scarico,
la valvola relativa non si sarà ancora chiusa.
Per lo stesso motivo, la chiusura dell’aspirazione verrà
posticipata e l’apertura dello scarico anticipata. In aspirazione,
infatti, per effetto della depressione esistente nel cilindro, il fluido
fresco continua a entrare anche dopo che il pistone ha completato la
sua corsa. Questo è un fattore chiave da sfruttare nell’elaborazione
di un motore, che dipende molto dalla geometria dei condotti e della
scatola filtro: più gas freschi si riescono a introdurre nel
cilindro, più cresce il rendimento del motore, e quindi la potenza
erogata.
Il posticipo della chiusura allo scarico è legato alla velocità
di propagazione del fronte di fiamma: infatti, nella fase di combustione,
è necessario un certo tempo perché tutta la miscela bruci
in seguito all’accensione della scintilla sulla candela. Ovviamente,
qui abbiamo toccato solo marginalmente le problematiche relative alla
fasatura reale di un propulsore a quattro tempi.
Si è comunque visto come le valvole rimangano in sostanza aperte
più a lungo di quanto si potrebbe pensare, per migliorare il
rendimento del motore. Poiché ciascuna valvola lavora anche oltre
la sua fase propria (aspirazione per una, scarico per l’altra)
si verifica che, quando il pistone si trova al PMS (Punto Morto Superiore),
dopo aver espulso tutti i gas combusti, le valvole siano entrambe aperte.
E' questa la cosiddetta fase di incrocio, assai delicata e fondamentale
nella messa a punto di un motore a scoppio.
Dopo questo doveroso excursus squisitamente tecnico è immediato
capire quali siano realmente i vantaggi della distribuzione desmodromica.
Le valvole, anche a regimi non stratosferici, restano aperte per tempi
brevissimi e ancora più brevi sono i tempi di anticipo e ritardo
di cui abbiamo parlato (nei motori motociclistici, siamo nell’ordine
dei centesimi e millesimi di secondo).
E’ allora fondamentale la massima precisione e immediatezza del
comando per ottenere il miglior funzionamento del propulsore, cosa ovviamente
molto più facile con l’azionamento diretto delle valvole
nei due versi. Ovviamente, ciò si realizza solo se la messa a
punto delle punterie è ottimale: raddoppiando, infatti, il numero
degli organi in azione è indispensabile che siano mantenuti in
perfetta efficienza. In particolare, occorre assicurare i valori corretti
di gioco tra le superfici a contatto, operazione che sarà oggetto
della seconda parte di questa trattazione.
CLICCA
QUI PER ABBONARTI A MONDO DUCATI
CLICCA
QUI PER TORNARE ALL'INDICE DI QUESTO NUMERO
