CINEMATICA del SISTEMA DESMODROMICO COMPARATA ad un SISTEMA TRADIZIONALE

Al fine di comprendere meglio le motivazioni che spingono alla realizzazione di un sistema di distribuzione desmodromico è stata effettuata una analisi cinematica di un sistema di distribuzione classico ad elementi infinitamente rigidi. Il comportamento della molla, non modellabile attraverso i sofware utilizzati, è stato approssimato tramite la schematizzazione del sistema meccanico ad un grado di libertà.

Vediamo innanzitutto quali sono le criticità e i limiti che incontra un qualunque sistema di distribuzione classica durante il suo funzionamento.

1 – L'accelerazione positiva che fa aprire la valvola non può superare un valore massimo se si vogliono evitare deformazioni nei componenti

2 – L'accelerazione negativa che richiama la valvola in posizione è funzione del carico della molla, e quest'ultimo si somma alle forze d'inerzia in fase di apertura, quindi anche questa accelerazione non può superare un certo limite.

3 – La velocità di inizio apertura deve essere sufficientemente bassa per evitare l'urto della camma con la punteria

4 – Più l'elasticità dei componenti della catena cinematica e l'entità delle forze di inerzia aumentano, e più è forte il ritardo con cui la valvola segue lo spostamento imposto dalla camma, e si generano moti oscillatori che causano sbalzi repentini delle sollecitazioni.

Nasce quindi, soprattutto in funzione dell'ultima condizione critica, la necessità di aumentare la rigidità delle molle di richiamo e ridurre al minimo le inerzie del sistema. D'altro canto l'aumento della rigidità della molla porta ad crescente dispendio di lavoro nella fase di apertura, e ad un aumento dello sforzo necessario a metterla in movimento, per evitare il problema del punto 1.

Non si possono quindi superare, in distribuzioni classiche, determinati rapporti fra la massima accelerazione positiva e la massima accelerazione negativa imposte alla valvola.

Il sistema desmodromico elimina questa necessità, permettendo accelerazioni massime positive e negative simmetriche.

Per valutare le differenze fra la cinematiche dei due sistemi è stato modellato un sistema tradizionale ad elementi rigidi, e di questo sistema è stata svolta l'analisi cinematica per una velocità di rotazione dell'albero motore di 12000 rpm. La camma è stata disegnata in modo che il sistema risultante producesse la stessa alzata e lo stesso diagramma di fase del sistema desmodromico 998RS.

I valori risultanti delle analisi cinematiche del sistema desmodromico e di quello tradizionale sono stati esportati in tabella Excel ed elaborati utilizzando il software MATLAB.

E' stato inoltre risolto un sistema dinamico a un grado di libertà riferito al sistema di distribuzione normale in cui venga utilizzata una molla con costante elastica di 30 N/mm.

Sono stati eliminati alcuni rilevamenti poco precisi, sono stati interpolati i dati con spline cubiche (alzata e velocità) e con elementi lineari (accelerazione) ed è stato effettuato il loro plot.

I risultati sono riassunti nei grafici qui proposti.

In questo primo grafico possiamo notare come la distribuzione normale, con i parametri qui scelti, abbia un profilo di alzata più ripido di quello della distribuzione desmodromica.

Considerando l'effetto della molla la pendenza si riduce leggermente, ma non in modo sostanziale.

Il grafico della velocità conferma quanto si può vedere dal profilo d'alzata: la distribuzione classica (in nero) ha una velocità di apertura superiore lungo il tratto iniziale.

Il grafico che interessa di più è quello delle accelerazioni. Si può notare come il profilo della distribuzione desmodromica (in azzurro) sia più simmetrico rispetto all'asse delle ascisse del profilo relativo alla distribuzione classica. Ricordando che le sollecitazioni di inerzia sono proporzionali alle accelerazioni, si può dedurre che in questo caso la distribuzione classica è decisamente svantaggiata rispetto al sistema desmodromico. E' probabile quindi che il regime massimo raggiungibile dal motore sarebbe stato decisamente inferiore utilizzando una distribuzione classica, date le sollecitazioni indotte dalle forze d'inerzia e dal carico applicato alla molla.