Le punterie sono quegli elementi meccanici che, interposti tra l’albero a camme e le valvole, trasformano il moto rotatorio della camma nel movimento lineare alternato delle valvole.
Gli eccentrici degli alberi a camme non agiscono dunque direttamente sulle valvole, ma su degli organi (chiamati “cedenti“) che assorbono la spinta laterale generata dalla loro rotazione, oltre a sopportare le elevatissime pressioni di contatto che si generano in questo accoppiamento.
I cedenti sono detti punterie se hanno un movimento rettilineo alternato e bilancieri se sono infulcrati e quindi si muovono secondo un arco di cerchio, ma nel linguaggio comune entrambi i sistemi sono identificati genericamente come punterie.
La punteria completa la propria funzione con un sistema per la regolazione dei giochi di tolleranza indotti per compensare la dilatazione termica dei materiali impiegati.
Gli elementi che normalmente compongono la punteria sono:
– Bilancieri (con o senza registro);
– Aste;
– Bicchierini;
– Dischi spessore (pasticche) calibrati o registro di gioco.
I bilancieri possono essere a due bracci con il fulcro in posizione pressappoco centrale o a dito con il fulcro ad una estremità.
La zona dei bilancieri sulla quale va a lavorare la camma è chiamata pattino e ha un ben calcolato raggio di curvatura; per evitare l’usura viene spesso protetta con un riporto di cromo duro. In alternativa, al posto del pattino vi può essere un rullo. In questo caso l’attrito è minore, ma il peso risulta più elevato.
Il movimento della valvola viene determinato fondamentalmente dal profilo della camma, ma è influenzato in misura considerevole anche dalla geometria degli organi interposti (rapporto tra i bracci dei bilancieri, raggio di curvatura del pattino).
Il bilanciere a due bracci ha un’estremità che viene sollevata ed abbassata dalla rotazione dei lobi dell’albero a camme, in modo diretto o indiretto tramite un’asta , mentre l’altra estremità agisce sulla valvola, in modo che quando l’albero a camme solleva la parte del braccio a lui proposta, l’altro braccio agisce sulla valvola aprendola; quando invece la camma non agisce sul braccio, il bilanciere non si oppone al rientro della valvola, richiamata da una o più molle concentriche.
In definitiva il bilanciere a due bracci è una leva di primo genere; questa sua peculiarità d’avere il fulcro di rotazione posto tra l’albero a camme e la valvola, permette d’applicare una corsa alla valvola diversa rispetto all’altezza della camma.
Nel bilanciere a dito la forza motrice e la forza resistente agiscono sulla stessa direttrice; questi sono utilizzati per ridurre le spinte laterali sulla valvola, la quale così riceve solo la forza lungo il suo asse di scorrimento; in pratica si tratta di una leva di terzo genere.
Bilanciere
Bilancieri a dito
Bilancieri particolari sono quelli a forchetta utilizzati nelle distribuzioni desmodromiche per il richiamo della valvola in sostituzione della molla o quelli a due bracci (a forma di Y) per alcuni motori plurivalvole.
Tipologia delle punterie in funzione del tipo di distribuzione
Tralasciamo le valvole laterali ormai desuete.
Aste e bilancieri; adottato nel caso di albero a camme laterale; un’asta viene interposta tra il bilanciere e l’albero a camme per trasmettere il movimento dal basamento (dove in genere è collocato l’albero a camme) alla testata dove sono collocate le valvole (ed i bilancieri).
A sinistra un sistema “aste e bilancieri”; a destra un “bialbero in testa (DOHC)
Nei motori con distribuzione monoalbero, le camme azionano le valvole per mezzo di bilancieri a due bracci.
Il sistema UNICAM della Honda è una leggera variante, perché utilizza un albero a camme che aziona direttamente le valvole di un lato del cilindro, mentre per le valvole del lato opposto si utilizzano i bilancieri.
Sistema UNICAM della Honda (una valvola è azionata direttamente dall’albero a camme mentre quella contrapposta è azionata mediante un bilanciere
Una soluzione simile all’UNICAM fu realizzata sul V6 “Busso” dell’Alfa Romeo nella quale un asse a camme comandava direttamente le grosse valvole d’aspirazione mentre le più piccole valvole di scarico si aprivano mediante l’azione di un bilanciere che si muoveva sotto la spinta di un asta orizzontale comandata dall’ asse a camme.
Distribuzione Alfa Romeo V6 “Busso”
La soluzione classica, quando ci sono due alberi camme in testa, prevede l’impiego di punterie a bicchiere, dove l’eccentrico agisce sulla valvola tramite un bicchierino capovolto.
A volte tra eccentrico e bicchierino viene interposto un bilanciere a dito per una migliore distribuzione dei carichi. In questo sistema ogni camma o bilanciere aziona una singola valvola oppure, tramite un bilanciere ad Y, una coppia di valvole del medesimo lato e funzione.
Sistemi monoalbero (OHC) e bialbero (DOHC)
Registrazione del gioco delle punterie
La distanza nominale tra la punteria e la valvola viene regolata per mezzo di una vite di regolazione sul bilanciere oppure attraverso l’introduzione di spessori calibrati (pasticche) nello spazio tra la camma e la punteria.
Sistemi alternativi
Punteria idraulica
Nei sistemi moderni e attuali, nella maggior parte dei mezzi, si utilizzano le punterie idrauliche, le quali permettono tramite la semplice pressione idraulica di avere sempre il gioco costante tra punteria a camma.
Sistemi a comando idraulico
Molte case automobilistiche – come Alfa Romeo, Ferrari, BMW – per ovviare agli inconvenienti del sistema, usarono le punterie a comando idraulico che per il loro movimento usano la compressione e decompressione di un liquido oleoso, che spinge/retrae le valvole. L’uso di questo sistema, da non confondere con le punterie idrauliche semplici che tramite un olio regolano semplicemente lo spessore del comando delle punterie, è limitato a causa dell’alto costo di realizzazione.
Sistemi EVC
Nei motori a combustione interna del futuro, l’uso di punterie nel meccanismo di apertura e di chiusura delle valvole potrebbe scomparire completamente a favore di attuatori lineari a controllo elettronico, detti anche punterie elettromeccaniche o EVC (acronimo di Electronic Valve Control), in cui l’apertura e chiusura avviene tramite la forza di un elettromagnete – che attrae/respinge/regola la valvola – comandato da una centralina. Alcuni motori già esistenti utilizzano questa tecnologia, anche se per il momento i costi di produzione sono elevati.
In pratica l’albero a cammes viene sostituito da un sistema, integrato con il sistema d’accensione e alimentazione, che apre e chiude le valvole dinamicamente in funzione dei vari parametri del motore ottimizzando così la potenza e il consumo di carburante, in base alla variazione delle condizioni, senza dover rispettare i rigidi limiti meccanici di un albero a camme; il motore può avere un freno motore maggiore in discesa avendo la possibilità di bloccare le valvole.
