In un motore a scoppio, sia a 2 che a 4 tempi, per “distribuzione” si intende la sequenza di apertura e chiusura dei condotti di aspirazione e scarico secondo una legge stabilita dal progettista in base alle specifiche di progetto.
In funzione di questa legge vengono determinati i valori di potenza e di erogazione del motore, quello che nel gergo viene definito il “carattere” del motore.
L’apertura e la chiusura dei condotti nei motori a 2 tempi viene demandata al pistone che nel suo movimento apre e chiude le luci mentre nei motori a 4 tempi è l’albero a camme che comanda il movimento delle valvole a fungo.
Nella teoria la fase di aspirazione dovrebbe attuarsi durante la corsa di discesa del pistone quindi il condotto di aspirazione dovrebbe aprirsi quando il pistone è al PMS (Punto Morto Superiore) e chiudersi quando è arrivato al PMI (Punto Morto Inferiore).
La fase di scarico dovrebbe attuarsi invece durante la fase di risalita del pistone quindi il condotto di scarico dovrebbe aprirsi quando il pistone è al PMI e chiudersi quando arriva al PMS.
Nella realtà è però opportuno e conveniente tener conto delle inerzie e degli attriti cui sono sottoposti i flussi delle colonne gassose, ovvero colonna di miscela esplosiva all’aspirazione e quella di gas combusti allo scarico.
Pertanto nell’applicazione pratica la valvola di aspirazione comincia ad aprirsi prima che il pistone inizi la corsa di aspirazione, cioè prima che il pistone raggiunga il PMS, e si chiuderà completamente solo dopo che il pistone avrà raggiunto il PMI.
In tal modo la colonna gassosa di miscela esplosiva potrà arrivare all’imbocco del condotto in camera di scoppio proprio quando il pistone è al PMS e successivamente, sfruttando l’inerzia che ha acquisito raggiungendo una velocità di circa 100 m/s, continuerà ad affluire nel cilindro anche quando il pistone ha cominciato il suo moto di risalita.
Analogamente avviene allo scarico; la valvola comincia ad aprirsi prima che il pistone inizi la fase di espansione, cioè prima che raggiunga il PMI, e si chiuderà completamente solo dopo che il pistone avrà raggiunto il PMS. I gas di scarico inizieranno quindi a fuoriuscire prima che il pistone inizi la risalita sfruttando la pressione esistente in camera di scoppio e svuotando la camera di scoppio anche dopo che il pistone avrà terminato la corsa di risalita.
In pratica quindi la fase reale, contrariamente alla fase teorica, non coincide con la corsa del pistone ma dura molto di più.
Vengono così ottimizzate le capacità respiratorie del motore.
Per calcolare la durata di una fase reale basta sommare i valori di anticipo e di ritardo ai 180° di durata del ciclo teorico (ad esempio per una una camme con 25° di anticipo e 65° di ritardo la durata sarà pari a 25°+65°+180° = 270 gradi di durata).
Il “diagramma di distribuzione” è la rappresentazione grafica combinata degli anticipi in apertura e dei ritardi in chiusura che vengono indicati in gradi di rotazione dell’albero a gomiti e costituiscono la “fasatura” di distribuzione.
E’ chiaro quindi che durante il funzionamento del motore si verifica un periodo in cui in prossimità del PMS le valvole (o le luci) di aspirazione e di scarico rimangono per qualche istante contemporaneamente aperte, quando cioè la valvola aspirazione ha incominciato ad aprirsi e la valvola di scarico ritarda la chiusura; questo periodo è denominato “Incrocio”.
Nella fase di incrocio si sfrutta l’inerzia dei gas combusti i quali, avendo acquisito una apprezzabile velocità (pari a quella del suono 360m/s), generano una leggera depressione esercitando un effetto di aspirazione sulla miscela fresca.
Contemporaneamente la fuoriuscita dei gas combusti viene favorita dalla colonna della carica fresca, venendosi a realizzare in tal modo una vera e propria fase di lavaggio.
Nei 4 tempi l’incrocio è una fase molto critica in quanto le valvole sono aperte contemporaneamente e, in caso di sfarfallamento, rischiano di urtarsi reciprocamente con eventuali conseguenti rotture meccaniche. Questo è uno dei motivi per cui nei motori a cui non sono richieste elevate prestazioni si preferisce adottare le valvole parallele, a scapito di una ottimale conformazione della camera di scoppio e di un andamento favorevole (il più possibile rettilineo) dei condotti.
Dall’esempio proposto nella foto si può rilevare che l’anticipo di aspirazione è pari a 9° mentre il ritardo di chiusura allo scarico è di 12°; pertanto la durata dell’incrocio risulta pari a 9° + 12° = 21°.
Ad ogni diversa “fasatura della distribuzione” corrisponderà un range del regime di giri in cui il riempimento delle camere di scoppio risulta ottimale. A regimi superiori gli anticipi di apertura ed i ritardi di chiusura molto probabilmente risulteranno insufficienti ad ottenere un migliore rendimento volumetrico mentre a regimi al di sotto del range ottimale gli anticipi di apertura ed i ritardi in chiusura probabilmente risulteranno eccessivi avendo come risultato uno scarso rendimento del motore in quanto una parte dei gas freschi sarà respinta verso il condotto di aspirazione dalla risalita del pistone dal PMI a causa della insufficiente inerzia della colonna gassosa.
A questo punto dovrebbe essere abbastanza chiaro perché a seconda di un diagramma più o meno spinto possiamo ottenere caratteristiche di erogazione della potenza (carattere) sostanzialmente diverse; in pratica nei motori sportivi o da competizione per i quali vengono ovviamente adottati diagrammi di distribuzione molto spinti avremo valori di potenza elevati ai massimi regimi ma una scarsa elasticità ai regimi medio-bassi; nei motori destinati ad uso turistico si verificherà un comportamento opposto.
Per avere una idea del fenomeno diamo qui alcuni valori indicativi, variabili a seconda del tipo di motorizzazione che si vuol realizzare:
- Anticipo aspirazione variabile tra 5° e 25°
- Ritardo aspirazione variabile tra 35° e 75°
- Anticipo scarico variabile tra 35° e 65°
- Ritardo scarico variabile tra 5° e 30°
