Valvole rotanti Bishop – Brevi cenni fluidodinamici

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa
Titolo o argomento: Brevi cenni inerenti la fluidodinamica delle valvole rotative Bishop

Nelle valvole rotanti la lunghezza della finestra determina la velocità di apertura e chiusura delle stesse, nonché l’intervallo di completa apertura. Le velocità di apertura e chiusura delle valvole dei moderni motori di F1 sono molto alte e possono essere confrontate sono con quelle ottenibili dalle valvole rotanti. Queste hanno una lunghezza della finestra d’ammissione pari ad oltre il 77% del diametro (alesaggio) del cilindro.

Le valvole rotanti hanno il condotto dell’aria assiale e quindi parallelo alla finestra d’ammissione e perpendicolare all’asse del cilindro. Questo porta erroneamente a pensare che un motore dotato di valvole rotanti non possa “respirare” bene come un motore dotato di normali valvole a fungo. In realtà gran parte dell’aria passa obliquamente attraverso la finestra d’ammissione. Ciò è ben illustrato nell’ultima immagine in basso. Il flusso d’aria è ruotato di circa 35° prima che passi attraverso la finestra d’ammissione. Subito dopo la sua rotazione è di circa 80°. La completa rotazione del flusso, affinchè esso diventi parallelo all’asse del cilindro (rotazione di 90°), avviene nel cilindro stesso.

Il flusso obliquo è un fattore a svantaggio del coefficiente d’efflusso delle valvole, tuttavia a tale svantaggio si contrappone il vantaggio dell’assenza di una valvola a fungo e quindi il vantaggio di un passaggio per l’aria completamente libero. Questi due fattori tendono a compensarsi. Mentre il coefficiente d’efflusso* (strettamente legato all’area della finestra della valvola in camera di combustione) delle valvole di una volta era di solo 0.54 (a valvola completamente aperta), l’evoluzione tecnica ha permesso di migliorarlo fino a 0.72 sugli attuali motori di F1. E’ inoltre importante notare che il flusso obliquo genera, una volta raggiunto il cilindro, un moto turbolento in grado di favorire una miscelazione aria/carburante ottimale ed una conseguente migliore combustione.

Il flusso turbolento viene generato grazie alla geometria delle valvole rotanti Bishop senza alcuna perdita di rendimento volumetrico al contrario dei motori con normali valvole a fungo. Inoltre  è stato osservato che tale flusso favorisce una più rapida combustione. Un motore di serie dei primi anni ’90 aveva una durata dell’accensione (intesa come rotazione dell’albero motore) di circa 15°, successivamente i migliori motori a quattro valvole per cilindro ridussero questi tempi a meno della metà. Un motore ad elevate prestazioni con valvole rotanti Bishop abbassa ulteriormente questi limiti.

*Coefficiente di efflusso: il rapporto tra la portata reale di fluido che attraversa la valvola e a quella che in condizioni ideali attraverserebbe nelle stesse condizioni l’area di riferimento.

CFD (computational fluid dynamics) del flusso d’aria che
attraversa la finestra della valvola diventando turbolento.

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