È possibile rintracciare vari procedimenti operativi di distribuzione variabile a partire addirittura dall’era del vapore. Per quanto riguarda i tradizionali motori a combustione interna per autoveicoli, la distribuzione variabile (variable valve timing, VVT) è stata per la prima volta brevettata dalla Fiat alla fine degli anni ’60, sebbene la prima casa costruttrice a introdurla in produzione sia stata l’Alfa Romeo sulla Spider 2000 del 1980. Da allora, molti costruttori hanno sviluppato dispositivi analoghi incorporando i principi della VVT. Oggi sono disponibili molte variazioni, che le case automobilistiche hanno battezzato con nuovi nomi da cui derivano i numerosi acronimi utilizzati.
I veicoli con motori tradizionali senza VVT sono dotati di alberi a camme non regolabili, il che significa che alzata delle valvole, durata e fasatura sono fisse. Una volta che gli alberi a camme e l’albero motore sono fasati, servendosi di attrezzi speciali o tacche di allineamento, la fasatura valvole non può variare.
La distribuzione variabile viene utilizzata per migliorare le prestazioni, contenere i consumi e ridurre le emissioni. La VVT consente di ottenere una più lunga sovrapposizione delle valvole, una maggiore alzata, e regolazioni flessibili della durata di azionamento e della fasatura valvole, a seconda del regime motore, del carico e della temperatura, ottimizzando in tal modo le prestazioni del motore in diverse condizioni di carico ed esercizio.
Ad esempio, a regime motore basso, la fasatura valvole può essere anticipata, a beneficio della risposta della valvola a farfalla e della coppia motore, mentre in condizioni di carico la fasatura valvole può essere ritardata contribuendo a ridurre le emissioni allo scarico.
A regimi motore più alti, i tempi di apertura delle valvole sono maggiori, con un conseguente aumento della potenza.
Esistono vari tipi di VVT sul mercato, ma il più diffuso è noto come “distribuzione con variatore di fase”, e prevede un variatore o un dispositivo di regolazione ubicato sul pignone o sull’ingranaggio dell’albero a camme. Le prime versioni avevano una struttura semplice, e operavano solo sull’albero a camme di aspirazione. Conosciute come “discrete”, hanno due posizioni (di inserimento e disinserimento) e modificano la fasatura valvole a un regime motore prestabilito (ad esempio il sistema VANOS singolo della BMW). Molti di questi tipi di VVT, sono a comando meccanico e utilizzano un ingranaggio elicoidale a molla all’interno del variatore.
Le versioni successive di utilizzano variatori singoli o doppi, a seconda dell’applicazione del costruttore e sono a comando elettronico, con azionamento idraulico. Questa tipologia è nota come“continua”. La pressione dell’olio, controllata da un’elettrovalvola azionata dalla centralina elettronica (attuatore di posizione albero a camme), modifica l’angolo degli alberi a camme convogliando l’olio nei condotti del rotore interno ed esercitando in tal modo forza sulle pale.
Il vantaggio è una regolazione continua della fasatura valvole a qualsiasi regime motore unitamente a una transizione complessivamente più regolare rispetto al tipo “discreto” a inserimento/disinserimento.
| 1 | Scatola di comando |
| 2 | Albero a camme |
| 3 | Lato ritardo |
| 4 | Ritorno olio |
| 5 | Pressione di mandata olio |
| 6 | Ritorno olio |
| 7 | Attuatore di posizione albero a camme |
| 8 | Lato anticipo |
| 9 | Condotto olio ritardo |
| 10 | Condotto olio anticipo |
| 11 | Rotore interno |
| 12 | Rotore esterno |
| 13 | Canaline ad anello |
I sistemi adottati da alcune case costruttrici, come ad esempio il Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC) della Honda, hanno un lobo albero a camme separato per ciascuna valvola sugli alberi a camme di aspirazione e di scarico (sebbene i primi motori SOHC lo utilizzassero solo sulle valvole di aspirazione). Viene utilizzata la pressione dell’olio per innestare uno spinotto che fissa il bilanciere di alzata alta – durata alta all’adiacente bilanciere di alzata bassa – durata bassa. Sebbene, la regolazione sia di tipo “discreto” e non “continuo”, questo sistema è da sempre tra i preferiti nel mutato scenario automobilistico in virtù dei notevoli aumenti di potenza.
I sistemi diventano ora più complicati e costosi. La combinazione di variatore di fase e diversi profili delle camme può tradursi in maggiori efficienze, potenza superiore ed emissioni più pulite.
Un sistema di questo tipo, denominato “Variocam Plus”, è stato sviluppato dalla Porsche. Un variatore viene montato sugli alberi a camme di scarico, che hanno anche due profili delle camme diversi e punterie idrauliche variabili dotate di aste di punteria interne ed esterne. L’asta di punteria interna tocca il centro del lobo albero a camme (alzata e durata minori). Quando è necessaria un’alzata maggiore, le aste di punteria interne ed esterne vengono fissate tra di loro per mezzo di uno spinotto, azionato da una valvola idraulica a comando elettronico. Una volta avvenuto il bloccaggio, possono entrare in azione i lobi albero a camme esterni fornendo un’alzata e una durata maggiori. Nei sistemi con variatore di fase e profili delle camme diversi la centralina di controllo motore controlla separatamente i due componenti. I principali parametri utilizzati sono regime motore, selezione marce, posizione del pedale dell’acceleratore, temperatura olio motore e temperatura liquido di raffreddamento motore.
| 1 | Direzione di rotazione |
| 2 | Variatore |
| 3 | Anticipo |
| 4 | Ritardo |
| 5 | Albero a camme di aspirazione |
| 6 | Asta di punteria interna |
| 7 | Punteria idraulica (asta di punteria esterna) |
La Fiat ha già un suo sistema “Twin Air” che si serve di un sistema valvole idraulico per controllare dei pistoni ad azionamento idraulico che aprono entrambe le valvole di aspirazione simultaneamente. Le valvole di scarico sono azionate in modo tradizionale tramite l’albero a camme e le punterie.
Negli ultimi anni, le case costruttrici hanno effettuato ricerche, sperimentato e sviluppato motori a combustione interna privi di alberi a camme, che porterebbero alla scomparsa dei sistemi di distribuzione e della distribuzione variabile utilizzati sino ad oggi.
