Tecnologia della valvola

Pochi componenti del motore sono sottoposti a sollecitazioni così gravose come le valvole di scarico, lambite da gas corrosivi ad alta temperatura in uscita dal cilindro. Esse possono raffreddarsi solo cedendo calore alla testa tramite il contatto con la sede, quando sono chiuse. La cessione di calore avviene anche tra lo stelo della valvola e la sua guida, ma in misura assai inferiore (circa il 20 % del totale).

Per le valvole di aspirazione, il problema non sussiste, in quanto vengono efficacemente raffreddate dalla miscela aria-carburante (o dalla sola aria, nei motori a iniezione diretta) che entra nel cilindro. Per avere un’idea delle condizioni di lavoro delle valvole, si pensi che quando il motore lavora a 6000 giri/min., ogni valvola si apre e si chiude 50 volte al secondo.

I motori delle moto sportive girano molto più velocemente; per quelli a quattro cilindri 12.000 giri/min. sono una velocità di lavoro più che normale, in corrispondenza della quale ogni valvola viene portata dalla posizione di chiusura a quella di massima apertura in tempi dell’ordine di 1,8 millisecondi!!!
Anche quando sono chiuse, le valvole sono sottoposte a sollecitazioni elevate. Con una pressione massima di combustione di 80 bar (valore più che usuale nei moderni motori ad alte prestazioni), sul fungo (testa) di una valvola del diametro di 36 mm. si scarica una forza di oltre 8000 newton (più di 800 kg)!

Per le valvole di scarico occorre utilizzare acciai con una struttura austenitica (nei quali la cella cristallina elementare è diversa da quella dei normali acciai da cementazione o da bonifica, impiegati per realizzare bielle, alberi, ingranaggi, etc., …), che contengono una elevata percentuale di cromo, unitamente a quantità considerevoli di nichel e di altri elementi, tra i quali manganese e molibdeno.
In alcuni motori particolarmente spinti, le temperature delle valvole sono talmente elevate che neanche questi acciai austenitici risultano adeguati: si passa pertanto alle superleghe a base di nichel, sviluppate in origine per le palette delle turbine dei motori a reazione (Nimonic, Inconel).

Valvola di aspirazione

La valvola di aspirazione non è costruita con acciai comuni, ma con speciali leghe di acciaio martensitico contenenti cromo e silicio. Questo acciaio può essere indurito termicamente (temprato) allo scopo di rendere più resistenti la sede e l’estremità della valvola.

Valvola di scarico

La valvola di scarico non è costruita con acciai comuni, ma con speciali leghe di acciaio austenitico hi-tech contenenti cromo, manganese e nichel. Per le valvole di scarico spesso si richiede la realizzazione con due materiali differenti, uno per lo stelo (parte superiore della valvola) adatto al trattamento termico della tempra, l’altro per la testa, adatto per la maggiore resistenza al calore.

Se necessario, la sede della valvola può essere rinforzata con un riporto di stellite, al fine di migliorare ulteriormente la resistenza al calore ed all’usura. Per i motori ad alte prestazioni, tutto questo non è sufficiente. In questi casi sono utilizzate superleghe a base di nichel o titanio. In alcuni casi, lo stelo della valvola può essere riempito di sodio, che aiuta a velocizzare la dispersione del calore, riducendo in questo modo di oltre 100 °C la temperatura della valvola stessa.

Nel corso degli anni abbiamo sviluppato oltre 5.000 valvole, accumulando un bagaglio di esperienza per quanto riguarda i materiali, le lavorazioni e i controlli di qualità.

Sulla base di un disegno o, nei casi più semplici, di un campione, possiamo sviluppare un prodotto su richiesta specifica ed eventualmente collaborare allo sviluppo con suggerimenti derivati dalla nostra esperienza.