La fasatura variabile delle valvole, o distribuzione a fasatura variabile, è una tecnologia che consente di ottimizzare i parametri di un motore a combustione interna a quattro tempi, aumentandone così le prestazioni e riducendo il consumo di carburante.

Con la fasatura variabile delle valvole, è possibile controllare l'alzata, il momento di apertura della valvola o il tempo di apertura della valvola, o una combinazione dei parametri menzionati, indipendentemente dalla posizione dell'albero motore. Tuttavia, il controllo della valvola dipende dai giri, dal carico del motore e da altri fattori.

Come funziona la fasatura variabile delle valvole?

Con una distribuzione standard, la fasatura è data dalla sua geometria, e il movimento delle valvole è strettamente legato alla posizione dell'albero motore. L'apertura e la chiusura delle valvole sono quindi immutabili e dipendenti dal movimento dei pistoni.

Tuttavia, il momento di apertura e chiusura delle valvole influisce in modo significativo sulla qualità del riempimento dei cilindri a seconda della velocità del motore. Pertanto, con la fasatura variabile, l'impostazione dell'albero a camme cambia a seconda della velocità e del carico del motore.

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Al minimo e ad alti regimi, l'albero a camme di aspirazione è impostato per chiudere la valvola di aspirazione un po' più tardi del normale, il che aiuta il motore a girare senza intoppi al minimo e a sfruttare al meglio la potenza agli alti regimi del motore.

Ai bassi e medi regimi, l'albero a camme è impostato per chiudere la valvola di aspirazione un po' prima del solito, il che si traduce in un maggiore riempimento dei cilindri e in un migliore flusso di coppia.

Effetto di regolazione della fasatura della valvola

1. Chiusura ritardata della valvola di aspirazione

Se la valvola di aspirazione rimane aperta un po' più a lungo del normale, il pistone spinge l'aria fuori dal cilindro e la riporta nel collettore di aspirazione durante la corsa di compressione. L'aria espulsa riempie il tubo di aspirazione con una pressione maggiore e, durante le corse successive, la risucchia nella camera di combustione.

La chiusura ritardata della valvola riduce le perdite di pompaggio in aspirazione del 40% durante il carico e riduce le emissioni di ossido di azoto del 24%. Le emissioni di idrocarburi rimangono invariate.

2. Chiusura anticipata della valvola di aspirazione

Un altro modo per ridurre le perdite di pompaggio associate a un basso regime del motore è creare un vuoto spinto chiudendo la valvola di aspirazione prima del solito. Ciò comporta la chiusura della valvola di aspirazione a metà della corsa di aspirazione.

A basse velocità e carichi, i requisiti di carburante e aria del motore sono bassi e il lavoro richiesto per riempire il cilindro è relativamente elevato, quindi la chiusura prematura della valvola di aspirazione riduce notevolmente le perdite di pompaggio. La chiusura anticipata delle valvole di aspirazione riduce le perdite di pompaggio del 40% e il consumo di carburante del 7%. Anche le emissioni di protossido di azoto sono ridotte del 24%.

3. Apertura anticipata della valvola di aspirazione

Un altro modo per ridurre le emissioni è aprire prematuramente la valvola di aspirazione. Aprendo la valvola di aspirazione prima del solito, alcuni gas di scarico bruciati vengono espulsi dal cilindro attraverso la valvola di aspirazione.

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Nel collettore di aspirazione, questi gas di scarico vengono raffreddati dall'aria circostante e risucchiati nello spazio del cilindro durante la corsa successiva, il che aiuta a regolare la temperatura del cilindro e le emissioni di ossido di azoto.

4. Chiusura anticipata/tardiva delle valvole di scarico

Con l'aiuto della valvola di scarico, possiamo anche ridurre le emissioni. Quando la valvola di scarico si apre, il pistone spinge i gas di scarico verso l'esterno dal cilindro nel collettore di scarico. Possiamo controllare la quantità di gas di scarico rimasta nel cilindro manipolando la fasatura della valvola di scarico.

Se la valvola di scarico rimane aperta più a lungo del solito, il cilindro viene svuotato di più e quindi pronto per essere riempito con più carburante e aria durante la fase di aspirazione, consentendo al motore di erogare più potenza. Se la valvola di scarico viene chiusa un po' prima, nel cilindro rimangono più gas di scarico, il che riduce la formazione di emissioni.

Vantaggi della fasatura variabile delle valvole

La tecnologia di fasatura variabile delle valvole viene utilizzata per migliorare la sostituzione della testata in un motore a combustione interna alternativo, con conseguente maggiore potenza, minore consumo di carburante, minori emissioni e coppia elevata in un'ampia gamma di regimi del motore.

La fasatura variabile delle valvole viene utilizzata principalmente nei motori ad accensione comandata. Questo perché questi motori funzionano in una gamma più ampia di giri, motivo per cui l'uso della tecnologia di fasatura variabile delle valvole è più efficiente e logico. Lo svantaggio fondamentale dei motori a benzina è la regolazione dell'acceleratore, che provoca una diminuzione della loro efficienza a bassi carichi.

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Grazie alla fasatura variabile delle valvole, è possibile ridurre o rimuovere completamente la valvola a farfalla, che riduce le perdite di pompaggio della resistenza pneumatica nel collettore di aspirazione e quindi aumenta l'efficienza di riempimento del motore, soprattutto a bassi carichi.

Oltre ai motori a benzina, la tecnologia della fasatura variabile sta iniziando ad essere applicata anche ai motori diesel, principalmente a causa degli standard di emissione sempre più severi. Il primo motore diesel per autovetture con fasatura variabile delle valvole è stato sviluppato da Mitsubishi nel 2010.

L'uso della fasatura variabile delle valvole può portare

• Riduzione del 10-30% del consumo di carburante
• Aumento del 10-15% della potenza e coppia effettive
• Riduzione del 20-25% della produzione di emissioni di gas di scarico

Design della fasatura variabile delle valvole

Diversi produttori utilizzano tecnologie diverse per implementare la fasatura variabile delle valvole. Strutturalmente, la fasatura variabile delle valvole può essere ottenuta, ad esempio, nei seguenti modi:

• albero a camme a comando meccanico
• movimenti albero a camme idraulici
• comando valvole idrauliche
• valvole a comando elettromagnetico

Designazione dei motori dotati di fasatura variabile delle valvole:

Oltre alle diverse tecnologie, le case automobilistiche utilizzano anche designazioni diverse per i loro motori, dotati di fasatura variabile. Ecco alcuni esempi:

AVCS (Subaru)

AVLS (Subaru)

CVTCS (Nissan, Infiniti)

CVVT (Alfa Romeo, Citroën, Hyundai, Kia, Peugeot, Renault, Volvo)

DCVCP (General Motors)

MIVEC (Mitsubishi)

MultiAir (Fiat)

N-VCT (Nissan)

S-VT (Mazda)

Ti-VCT (Ford)

VANOS (BMW)

VarioCam (Porsche)

VCT (Ford)

VTEC, i-VTEC (Honda)

VVL (Nissan)

Alzavalvole (Audi)

VVEL (Nissan)

VVT (Chrysler, General Motors, Suzuki, Gruppo Volkswagen)

VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)

VTVT (Hyundai, Kia)

Un breve video dimostrativo di come funziona la fasatura variabile della valvola VVT: