Carichi termici sulle valvole di un motore a combustione interna

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili
Titolo o argomento: Carichi termici nei principali organi del motore – Valvole

Le valvole di aspirazione funzionano a temperature “relativemente” contenute in quanto sono raffreddate dalla carica fresca. Nonostante ciò stiamo parlando di valori che si aggirano intorno ai 300-400°C ovvero temperature tali da permettere la decomposizione e l’ossidazione del carburante e del lubrificante con conseguente formazione di depositi.

Le valvole di scarico, oltre ad essere sottoposte a temperature decisamente più elevate, incontrano il problema di una disuniformità delle temperature in gioco. La possibilità di refrigerazione, infatti, è limitata alla zona della sede ed alla guida dello stelo.

Alle sollecitazioni termiche inoltre si aggiungono le sollecitazioni meccaniche causate dai continui urti del fungo della valvola sulla sede della valvola stessa. Vanno poi considerate le sollecitazioni meccaniche agenti sui puntali di comando sullo stelo. Ciò si traduce in deformazioni per una non uniforme distribuzione del calore con conseguenti non uniformi dilatazioni; erosioni di natura meccanica per l’assenza di durezza del flusso di gas; corrosioni di natura chimica per l’aggressività dei fluidi quali oli e carburanti; rottura sia per le corrosioni che per la perdita di resistenza a caldo.

Le deformazioni termiche innescano un circolo vizioso poiché aumentano la fuga dei gas laddove la tenuta risulta imperfetta ed è proprio in tali punti (tra valvola e sede) che le valvole tendono a riscaldarsi maggiormente ed a corrodersi. La soluzione adottata per aumentare l’uniformità dei valori delle temperature in gioco consiste nel dotare le valvole di scarico di una cavità contenente sodio metallico o sali di litio e potassio. Tali sostanze a temperatura ordinaria si trovano allo stato solido ma, quando la valvola raggiunge la temperatua di esercizio, fondono operando un trasferimento di calore dal fungo della valvola verso lo stelo e di conseguenza anche verso il guida-valvole.

Carico termico valvola di scarico

Temperature agenti sul fungo e parte dello stelo di una valvola di scarico.

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