Catena di distribuzione auto: cos’è, come funziona e differenze con la cinghia

Più tecnicamente, è un organo che ha il compito vitale di sincronizzare la rotazione dell’albero motore con quella dell'albero a camme: il primo, collegato ai pistoni, trasforma il movimento lineare di questi ultimi in rotatorio; l’altro controlla apertura e chiusura delle valvole di aspirazione e scarico.

Tutto deve avvenire nello stesso istante: le valvole devono aprirsi e chiudersi al momento giusto rispetto alla posizione dei pistoni per permettere sia l’ingresso della miscela fra aria e carburante sia l’espulsione dei gas di scarico. Un disallineamento, anche minimo, può portare a gravi danni al motore, come la collisione tra pistoni e valvole.

Sommario

• Catena di distribuzione: com’è fatta e come funziona
• La catena di distribuzione nei motori moderni
• Catena di distribuzione e cinghia di distribuzione: differenze
• Cos’è l’albero a camme

Catena di distribuzione: com’è fatta e come funziona

Fatta di maglie in acciaio resistente, la catena di distribuzione trasmette il moto rotatorio attraverso una serie di ingranaggi (pignoni). Un pignone è montato sull’albero motore, mentre uno o più pignoni si trovano sugli alberi a camme (nei propulsori con più alberi a camme). La catena avvolge i pignoni, garantendo una trasmissione precisa e senza slittamenti. Per prevenire vibrazioni eccessive e l’allungamento nel tempo, il sistema include due componenti.

1. Tenditori (o tendicatena) meccanici o idraulici. I primi utilizzano una molla per applicare una forza costante sulla catena. Sono spesso più semplici nella costruzione e nel principio di funzionamento. Quelli idraulici utilizzano la pressione dell’olio motore per mantenere la tensione. Sono fondamentali per assorbire le oscillazioni. Un piccolo cilindro all'interno del tenditore si riempie di olio, spingendo un pistone contro il pattino di scorrimento della catena. La pressione dell’olio, proporzionale al regime del motore, permette al tenditore di adattare la tensione in modo dinamico, compensando le variazioni di carico, temperatura e persino l'allungamento graduale della catena. Un meccanismo a valvola di ritegno nel tenditore assicura che l’olio non esca a motore spento, mantenendo una certa pre-tensione all’avvio successivo e riducendo il battito iniziale della catena.

2. Pattini di scorrimento: guide in materiale plastico resistente o metallo con rivestimento che accompagnano la catena, riducendo attrito e rumore, e impedendo che la catena oscilli troppo. L’usura dei pattini di scorrimento è un fenomeno graduale, ma inevitabile. Col tempo, il continuo sfregamento della catena consuma la superficie dei pattini, riducendone l’efficacia e potenzialmente portando a un aumento del rumore della catena e a un maggiore rischio di allentamento.

Il funzionamento della catena di distribuzione è un processo continuo e dinamico. Mentre il motore è in moto, l’albero motore fa girare il suo pignone, che trascina la catena. Questa, scorrendo sui pattini e mantenuta in tensione, trasmette il movimento agli alberi a camme, che azionano le valvole sincronia col movimento dei pistoni.

La catena di distribuzione nei motori moderni

Nei propulsori moderni, che spesso adottano configurazioni DOHC (Double OverHead Camshaft) con due alberi a camme per bancata di cilindri, la catena avvolge i pignoni. Si ha una sorta di danza meccanica. L’ingranamento diretto della catena sui denti dei pignoni garantisce una trasmissione di potenza precisa per mantenere la fasatura ideale tra valvole e pistoni.

Quattro possibili problemi

1. Con il tempo e i chilometri, l’attrito tra le maglie e i perni provoca una leggera usura, che si traduce in un allungamento complessivo della catena. Anche se minimo (pochi millimetri), può compromettere la fasatura.

2. I denti dei pignoni possono consumarsi, alterando l’ingranamento.

3. I tenditori, sia meccanici sia idraulici, possono perdere la loro capacità di mantenere la tensione ottimale a causa dell'usura interna o di problemi di pressione dell'olio.

4. I pattini si consumano a causa del continuo sfregamento della catena.

Catena di distribuzione e cinghia di distribuzione: differenze

Realizzata in acciaio temprato, la catena è composta da una serie di maglie (a rullo o silenziose) e perni. La sua costruzione robusta la rende estremamente resistente. Invece la cinghia è costituita da una mescola di gomma speciale rinforzata con fibre (spesso nylon o fibra di vetro) e a volte inserti metallici. Presenta una dentatura esterna per ingranarsi con le pulegge.

Inoltre, la catena è progettata per una vita utile pari a quella del motore stesso, senza richiedere sostituzioni periodiche programmate come la cinghia. Tuttavia, può allungarsi nel tempo (a causa dell'usura delle maglie e dei perni) o i tenditori possono perdere efficacia, rendendo necessaria una sostituzione o un intervento. Questi interventi sono meno frequenti ma più complessi. Viceversa, la cinghia ha una durata limitata e ben definita dalla Casa (tra 60.000 e 180.000 km o ogni 5-10 anni). La sua rottura, se non prevista e gestita con la manutenzione, comporta quasi sempre danni catastrofici al motore.

La catena tende a essere leggermente più rumorosa della cinghia, specialmente a freddo o quando inizia a mostrare segni di usura. Il rumore può essere un tintinnio metallico. La cinghia è generalmente molto silenziosa grazie alla sua composizione in gomma che smorza le vibrazioni. Il costo iniziale di produzione è maggiore per la catena, così come quello di sostituzione.

La scelta tra catena e cinghia è una decisione di progettazione del costruttore del motore, influenzata da fattori come costo di produzione, spazio disponibile nel vano motore, prestazioni ed emissioni desiderate. Un giudizio complessivo è impossibile da dare. Scorretto anche generalizzare perché qualche modello di alcune Case - con catena o cinghia - non s’è rivelato molto efficiente.

Cos’è l’albero a camme

Un elemento metallico che, con le sue protuberanze eccentriche, agisce come il direttore d’orchestra di un complesso meccanismo, stabilendo apertura e chiusura delle valvole in perfetta sincronia coi pistoni. Ossia un albero rotante sul quale sono ricavate una o più camme per ogni cilindro del motore: lobi di forma specifica, progettati per sollevare i bilancieri, le punterie o le valvole a intervalli precisi durante la rotazione dell'albero.

Il movimento rotatorio dell’albero a camme è sincronizzato con l’albero motore attraverso una cinghia di distribuzione, una catena o una serie di ingranaggi. Il ciclo di quattro tempi di un motore (aspirazione, compressione, combustione, scarico) dipende dall’azione delle valvole. Durante la fase di aspirazione, la valvola si apre per consentire alla miscela aria-carburante di entrare nel cilindro mentre il pistone scende. Nella compressione, entrambe le valvole sono chiuse mentre il pistone sale per comprimere la miscela. La combustione spinge il pistone in basso. Infine, la valvola di scarico si apre per permettere ai gas combusti di uscire dal cilindro.