Responsabile della distribuzione, l’albero a camme può essere singolo o doppio e svolge un ruolo fondamentale nel determinare le prestazioni del motore.
L’albero a camme è l’organo meccanico responsabile della distribuzione nei motori a quattro tempi, sia diesel che benzina. Quando il propulsore presenta un solo albero, si parla di ‘distribuzione monoalbero’, quando invece ve ne sono due, si definisce ‘distribuzione bialbero’ o ‘distribuzione con doppio albero a camme in testa’ (spesso abbreviato mediante la sigla inglese DOHC che sta per Double Over Head Camshaft). In genere, questi ultimi vengono utilizzati per i motori molto potenti ad elevate prestazioni.
Albero a camme funzionamento e struttura
Come si può evincere dal nome stesso, l’albero a camme è un asse su cui sono alloggiati – mediante calettatura, ossia sagomatura per incastro – dei componenti di forma eccentrica, detti appunto ‘camme‘. Queste possono essere simmetriche o asimmetriche; l’eccentricità, che può essere più o meno accentuata, viene definita ‘alzo’. L’albero a camme ruota in sincronia con l’albero motore (ma a velocità dimezzata), al quale è connesso mediante una cinghia dentata, una catena o – molto di rado – una serie di ingranaggi.
La funzione dell’albero a camme è quella di dominare l’apertura e la chiusura delle valvole; l’azione delle camme può essere diretta (se vi è un contatto diretto con la punteria) o indiretta. Il numero di alberi presenti in un motore dipende dal numero delle valvole per ogni cilindro e dall’architettura del propulsore (motori in linea, a V, a W, a X e così via) ma in genere non ve ne sono più di due.
A cosa serve l’albero a camme: la fasatura
L’albero a camme gioca un ruolo fondamentale nel determinare il rendimento di un motore. La sua funzione, come detto, è quella di regolare l’apertura delle valvole ossia determinare l’ampiezza dell’apertura delle stesse (definita anche ‘alzata’). La variazione della forma delle camme comportava una variazione dei valori di erogazione e di coppia del motore. Per questo, prima degli anni Ottanta, per modificare tali caratteristiche del motore, era necessario sostituire l’intero asse (o gli assi, per motori a distribuzione bialbero).
Tale problematica è stata superata mediante l’introduzione dei variatori di fase (presenti in un albero a camme a fasatura variabile). Bisogna anzitutto sottolineare come esistano due tipi di valvole: quelle di aspirazione e quelle di scarico. Le prime, quando si aprono, permettono l’ingresso nella camera di combustione di miscela (ciclo Otto) o aria (motori diesel). Le seconde, invece, si aprono per far uscire all’esterno i gas non combusti. In ambito motoristico, si parla di ‘fase‘ o ‘fasatura‘ (fissa o variabile) per indicare il momento di apertura ottimale delle valvole di aspirazione o di scarico rispetto ad una determinata sincronia con la rotazione dell’albero motore.
La fasatura delle valvole viene definita da due valori, gli angoli di anticipo (di apertura e di chiusura). Si tratta, in altre parole, del momento in cui la valvola è completamente aperta o chiusa. La sincronizzazione del movimento delle valvole viene deciso in fase di progettazione del motore e costituisce il cosiddetto ‘diagramma della distribuzione‘; all’interno di questo schema, è fondamentale l’angolo di incrocio, ossia il momento in cui le valvole di aspirazione e scarico sono (parzialmente) aperte contemporaneamente.
La messa in fase dell’albero a camme: fasatura fissa e variabile
La fasatura fissa della distribuzione era l’unica soluzione praticabile per regolare la distribuzione fino al 1980. Più in generale, la fasatura fissa è ancora utilizzata per i motori destinati alle competizioni sportive: un settaggio più ‘aggressivo’ con un elevato angolo di incrocio permette di aumentare la potenza massima, pur condizionando in maniera negativa il rendimento a bassi regimi e la guidabilità della vettura.
Il primo sistema di fasatura variabile viene realizzato per il motore dell’Alfa Romeo Spider 1750 destinata al mercato degli Stati Uniti, nel 1980. Da allora, anche altre case automobilistiche hanno iniziato ad adottare soluzioni di vario genere (come ad esempio il MultiAir FIAT, utilizzato dalla 500X e della Jeep Renegade) per la variazione di fase, da una semplice ‘doppia configurazione’ per alti e bassi regimi ad architetture più complesse, in grado di regolare la fasatura a ciclo continuo. In generale, i variatori di fase permettono di ottenere due risultati: incrementare la coppia a bassi regimi e al contempo aumentare la potenza del motore e regolare (o modificare) il ciclo di apertura e chiusura delle valvole.
La variazione di fase può essere rivolta a regolare l’apertura delle valvole di aspirazione o di quelle di scarico. Nel primo caso, si ha un maggiore riempimento della camera di combustione. Nel secondo, invece, si aumenta l’angolo di incrocio delle valvole. Così facendo, la miscela in entrata fa uscire i gas incombusti: pur dissipando una piccola quantità di miscela, questa transizione è piuttosto vantaggiosa, in quanto lascia la camera di combustione ‘pulita’ e ben raffreddata.
Per quanto concerne la messa in fase dell’albero a camme, esistono tre diverse modalità. Il sistema a fori asolati prevede la presenza di fori sull’ingranaggio da accoppiare; in alternativa, si può utilizzare una linguetta di Woodruff o un nonio (a meno che l’organo non sia dotato di chiavetta propria).
Albero a camme consumato: problemi e sintomi
Come ogni componente meccanica, anche l’albero a camme va incontro a usura. Quando questo accade, sono le camme a consumarsi, una volta persa la cementazione, con il rischio di danneggiare anche la punteria, ossia tutte le componenti meccaniche che si trovano tra le camme e le valvole. In casi del genere è consigliabile rivolgersi ad un meccanico per la sostituzione delle camme o dell’intero asse. Col passare del tempo e con l’avanzare dell’usura, in genere si sente un ticchettio sempre più pronunciato e il rendimento del motore peggiora. L’usura delle camme può dipendere da svariati fattori, dal semplice difetto di fabbricazione ad uno stile di guida particolarmente ‘pesante’.
Per questo, una volta riscontrato il problema, è bene agire di conseguenza. Un albero a camme nuovo costa non meno di 100 euro (benché il prezzo dipenda anche dalla marca e dal modello dell’auto); a questi vanno aggiunti i costi della manodopera per la sostituzione dell’asse per la quale è bene rivolgersi ad un meccanico.
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