Speciale cinghie di distribuzione: istruzioni, consigli e accorgimenti per l'autoriparatore.

La famosa “messa in fase” della distribuzione è una delle operazione più importanti nell’assemblaggio di un motore.
Da essa, infatti, dipendono l’apertura e la chiusura delle valvole, così come voluto dai progettisti che hanno studiato e messo a punto il diagramma della distribuzione. Per ottenere questa perfetta sequenza temporale tra posizione dei pistoni e apertura delle valvole, una cinghia collega le ruote dentate dell’albero motore e quelle del comando della distribuzione.

Un tempo, venivano utilizzate le catene. Oggi, si sono affermate le cinghie dentate, sebbene le catene non siano state del tutto abbandonate.
Le cinghie, però, vengono utilizzate anche per movimentare altri sistemi all’interno di un motore: si pensi alle pompe dei sistemi di iniezione, a quelle degli impianti di lubrificazione, a quelle per le pompe dell’acqua e, non ultime, a quelle dedicate agli alberi controrotanti per l’equilibratura del-le forze alterne del secondo ordine.
Nelle applicazioni di oggi, quindi, sono sempre più diffuse le cinghie dentate, una tecnologia che nel tempo ha sostituito l’utilizzo della catena. Quest’ultimo tipo di comando non è stato abbando-nato, ma sono pochi i costruttori che oggi ricorrono alla catena per la realizzazione dei sistemi di distribuzione dei loro motori.

I vantaggi della cinghia dentata, almeno sulla carta, sono sicuramente la massa ridotta, la silenziosità di funzionamento, i costi relativamente bassi e il funzionamento senza lubrificazione, anche se in questi ultimi tempi è stata introdotta la lubrificazione anche per le cinghie.

Le cinghie per il sistema di distribuzione

Sono numerosi i motori in cui una cinghia dentata compromessa del sistema di distribuzione può portare alla rottura delle valvole.
Ciò accade perché nel momento in cui viene interrotto il collegamento diretto tra albero motore e albero della distribuzione, negli istanti successivi il moto delle valvole e quello dei pistoni, non più coordinato, porta a una collisione del cielo dello stantuffo contro la parte terminale della valvola.

Si tenga conto, infatti, che in un motore a quattro tempi, l’albero motore gira a una velocità di rotazione doppia dell’albero a camme. Basta quindi una qualsiasi motivazione in grado di interrom-pere questa perfetta sincronizzazione per portare a rotture gravissime.
Mantenere la perfetta sincronizzazione è il duro compito di una cinghia dentata, un compito che deve essere assicurato per migliaia di ore di funzionamento del motore stesso.
Per resistere a queste sollecitazioni protratte nel tempo, una cinghia di distribuzione viene realizzata generalmente con una struttura resistente al calore, allo stress meccanico e all’usura.
Il dorso viene costruito utilizzando un poliammide in grado di resistere all’usura. Il corpo principale, invece, è costruito con polimeri rinforzati con particolari fibre.

Tra gli elastomeri utilizzati, per esempio, troviamo gli HNBR (hydrogenated nitrile butadiene rub-ber, ovvero gomme in butadiene nitrile idrogenato). Questo materiale è in grado di resistere allo stress meccanico, anche in corrispondenza di temperature elevate, perfino prossime ai 140° C, offrendo allo stesso tempo una grande resistenza all’invecchiamento.
I denti della cinghia, a loro volta, vengono protetti contro l’usura e contro le forze di taglio sempre grazie all’uso della poliammide. Se poi le richieste di carico sono estremamente elevate si fa ricorso anche al PTFE (Politetrafluoroetilene), un polimero appartenente alla classe dei perfluoro-carburi, derivante da un processo di polimerizzazione del tetrafluoroetene.
Infine, ma non in ordine di importanza, la struttura della cinghia soggetta a trazione viene realizzata con fibre di vetro in grado di resistere a carichi di trazione molto elevati e dotati di una stabilità longitudinale notevole.

Questo fatto è importante per assicurare una trasmissione del moto precisa, che non porti a un’alterazione del diagramma di fase del motore, cosa che provocherebbe un’erogazione scorretta di coppia e potenza.
Riassumendo, quindi, possiamo dire che una cinghia per sistemi di distribuzione si compone di quattro componenti principali: le poliammidi per le rifiniture anteriori e posteriori, l’elastomero per il corpo principale e le fibre di vetro per la gestione dei carichi di trazione.

Cinghie di distribuzione e dentatura

Nelle fasi iniziali che hanno visto l’impiego delle cinghie all’interno dei sistemi di distribuzione, si fece ricorso a dentature con sezione trapezoidale, una soluzione già ampiamente utilizzata nell’industria meccanica.

In campo automobilistico, però, divenne presto necessario ricorrere a elementi più performanti, sia sotto il profilo della rumorosità, sia sotto quello dell’efficienza. Come conseguenza, vennero presto introdotte le cinghie con dentatura arrotondata.
Si tenga conto che generalmente il passo della dentatura nelle classiche applicazioni automobili-stiche prevede una misura di 8 mm o 9,525 mm.

Altri tipi di cinghie

All’interno di un vano motore, ci sono altre cinghie oltre a quella dedicata al sistema di distribuzione. Per esempio, le cinghie destinate a guidare gli alberi controrotanti utilizzati per bilanciare le forze alterne del secondo ordine sono dotate di dentatura identica su entrambe le facce, mentre quelle impiegate per condurre i componenti ausiliari come i compressori utilizzano dentature differenti su ogni faccia.

Le cinghie a V e a multi V per il comando degli ausiliari

Queste cinghie sono utilizzate per sfruttare il moto di rotazione del motore al fine di mettere in movimento, attraverso appositi sistemi di pulegge, i componenti ausiliari.
Sono cinghie che trovano impiego in tutte quelle occasioni in cui la sincronia di movimento non è una necessità. Pensiamo, per esempio, ai sistemi di movimentazione dell’alternatore, del compressore dell’aria condizionata, della pompa dell’acqua o, ancora, della pompa del servosterzo, laddove presente.
Il principio di funzionamento su cui si basa la trasmissione del moto con le cinghie a V o multi-V è l’attrito statico esistente tra cinghia e pulegge. Se le osserviamo in dettaglio, vedremo che si tratta di cinghie a sezione trapezoidale.

Le cinghie a V vengono utilizzate per movimentare uno al massimo due componenti. Se la stessa cinghia deve muovere più di due elementi, è necessario passare alle versioni multi-V. Questa scelta tecnica è semplicemente dovuta all’aumento della superficie di attrito offerta dal maggior numero di costole presenti nelle cinghie multi-V.
Un’ultima distinzione che vale la pena sottolineare è l’utilizzo del tensionatore. Alcune cinghie non necessitano di tensionatore, perché sono elementi elastici che vengono messi in tensione una sola volta al momento del montaggio. Molte altre, invece, utilizzano una puleggia tensionatrice montata lungo il circuito della cinghia.

La manutenzione delle cinghie

Ci sarebbe poco da dire parlando della manutenzione delle cinghie destinate ai sistemi di distribuzione e/o al comando degli organi ausiliari, in quanto si tratta di elementi privi di una vera e propria manutenzione.
Stiamo infatti parlando di componenti che possono essere solo sostituiti, non certo curati in altro modo. Il concetto di manutenzione di una cinghia, quindi, si esplica osservandone semplicemente il suo stato di usura e, in funzione anche dell’esperienza dell’operatore, nel capire se sia o no il momento di sostituirle.

Sebbene i costruttori prevedano interventi programmati per la sostituzione di questi elementi, è anche vero che le cinghie si trovano a operare in condizioni veramente estreme, con sollecitazioni termomeccaniche notevoli.
L’usura e l’invecchiamento dei materiali che le compongono sono ulteriori importantissimi aspetti, perché le cinghie sono spesso soggette anche ad aggressioni di tipo chimico.
In funzione del tipo di motore e del tipo di veicolo, così come al variare del tipo di impiego del mezzo stesso, le cinghie possono operare all’interno di intervalli compresi tra 40.000 km e 240.000 km.

In ogni caso, è fortemente sconsigliato utilizzare una stessa cinghia per più di sette anni, anche nel caso in cui non sia stato raggiunto il chilometraggio indicato. Questo fatto si spiega pensando all’invecchiamento dei materiali, un processo degenerativo fisiologico che potrebbe anche essere accelerato in funzione di condizioni ambientali estreme o di attacchi chimici dovuti a danni di altre zone del motore, danni che potrebbero portare al rilascio di liquidi in grado di investire le cinghie stesse.
Durante le operazioni di sostituzione delle cinghie è anche fondamentale seguire non solo le indicazioni del costruttore del veicolo, ma anche quelle del produttore della cinghia. Spesso le cinghie vengono realizzate per operare in un preciso senso di rotazione, cosa che richiede un montaggio ben definito e chiaramente indicato sulla cinghia stessa tramite opportune frecce o altri tipi di indicatori di allineamento con le relative pulegge.

Per quanto riguarda invece la manutenzione delle cinghie destinate al trascinamento degli ausiliari, valgono considerazione abbastanza simili a quelle già espresse per le cinghie di distribuzione, con l’aggiunta di alcune altre notazioni.
Le cinghie degli ausiliari sono, in genere, più esposte all’aggressione di agenti ambientali, perché molto spesso non vengono protette con appositi carter. Sono elementi la cui operatività media non dovrebbe superare i 100.000 - 120.000 km. Questo è il motivo per cui è sempre consigliato, ma gli operatori già lo sanno, dare uno sguardo allo stato della cinghia e al suo grado di usura in corrispondenza di ogni tagliando.

Il caldo, il freddo e l’umidità tendono a seccare il materiale polimerico della cinghia, quindi a indurirlo, limitando la corretta elasticità che la cinghia dovrebbe sempre mantenere. Non solo. L’alterazione della superficie di attrito provoca anche una modifica dei parametri di aderenza che possono portare a slittamento della cinghia stessa.