CUMMINS: PROGRESSI NEL GRUPPO VALVOLE E NEL FRENO MOTORE PER MIGLIORARE LE PRESTAZIONI NEL TRASPORTO COMMERCIALE

Il settore dei trasporti sta navigando nel delicato equilibrio tra miglioramento delle prestazioni e sostenibilità. Un aspetto fondamentale di questo percorso è l'evoluzione dei freni motore e delle tecnologie Valvetrain grazie al legame diretto che questi componenti hanno con le prestazioni del motore e il consumo di carburante.

Il freno motore è una tecnica che riduce l'usura dei componenti del freno di base e migliora l'efficienza del veicolo. Lo fa rilasciando il gas compresso in ciascun cilindro durante la decelerazione nel punto in cui normalmente il carburante verrebbe iniettato per la combustione. Questo costringe il motore a fare il lavoro di compressione dell'aria aspirata, ma poi viene rilasciata la "forza della molla" di quell'aria compressa, quindi non spinge il pistone verso il basso dopo Top Dead Center (TDC). Questo può essere amplificato passando a una marcia più bassa per aumentare il numero di giri del motore, e quindi il motore diventa un assorbitore di potenza per il camion, invece di utilizzare semplicemente il pedale del freno per rallentare il veicolo.

QUAL È IL RUOLO DEL GRUPPO VALVOLE?
I gruppi valvole sono componenti importanti dei motori a combustione interna (ICE) che svolgono un ruolo fondamentale nella gestione del processo di respirazione del motore controllando il flusso di aria e gas di scarico in entrata e in uscita dai cilindri del motore. Composto da una serie di parti tra cui alberi a camme, bilancieri, valvole, molle e altri componenti, il gruppo valvole è fondamentale per garantire che il motore funzioni al massimo delle prestazioni.

Le prestazioni ottimali del gruppo valvole si basano sull'apertura e la chiusura precise delle valvole di aspirazione e scarico nei momenti giusti durante il ciclo del motore. Le valvole di aspirazione si aprono per consentire una miscela di aria e carburante (o solo aria nei motori a iniezione diretta) nella camera di combustione, mentre le valvole di scarico si aprono per rilasciare i gas di combustione una volta che il carburante è stato consumato.

L'albero a camme regola la fasatura di queste aperture e chiusure delle valvole, che è fondamentale per le prestazioni, l'efficienza del carburante e le emissioni del motore. La fasatura è sincronizzata con l'albero motore tramite ingranaggi per motori pesanti. Mentre l'albero a camme ruota, le sue camme (o lobi) spingono contro vari componenti per aprire e chiudere le valvole a intervalli precisi. Le molle chiudono quindi le valvole, sigillando la camera di combustione per le corse di compressione e potenza.

I gruppi valvole possono variare in complessità e design, da semplici configurazioni di valvole in testa a configurazioni più complesse di camme in testa e valvole multiple. Innovazioni come i sistemi di fasatura variabile delle valvole (VVT) e VVL (Variable Valve Lift) hanno ulteriormente migliorato la funzionalità dei gruppi di valvole, consentendo una regolazione dinamica del funzionamento delle valvole in base alle condizioni operative del motore. Questa adattabilità migliora le prestazioni del motore, aumenta il risparmio di carburante e riduce le emissioni. Ciò significa anche che, adattando la più recente tecnologia di trasmissione delle valvole, le flotte possono avviarsi verso operazioni più sostenibili senza sacrificare prestazioni, velocità e redditività.

COME FUNZIONANO I TRENI VALVOLE NEI MOTORI DIESEL ICE, ICE A IDROGENO E GAS NATURALE?
I treni di valvole nei motori a combustione interna e a gas naturale svolgono un ruolo fondamentale nel controllo dell'entrata e dell'uscita dei gas nei cilindri del motore. Nonostante le somiglianze nel modo in cui funzionano, le sfumature nelle proprietà del carburante e della combustione significano che ogni tipo di carburante ha bisogno di un approccio diverso per la progettazione del gruppo valvole in questi tipi di motore.

Nei circuiti integrati diesel, il gruppo valvole funziona in condizioni di alta pressione a causa dell'elevata natura di accensione spontanea del gasolio. Il sistema è progettato per garantire durata e precisione per gestire il funzionamento del motore senza candele. La fasatura e l'alzata delle valvole devono essere meticolosamente gestite per ottimizzare l'efficienza della miscela aria-carburante, garantendo una combustione completa e minimizzando le emissioni.

L'ICE a idrogeno presenta sfide uniche, principalmente a causa dell'elevata combustibilità dell'idrogeno e dell'elevata velocità della fiamma. I treni valvole di questi motori sono adattati per gestire cicli di combustione più rapidi, richiedendo una fasatura precisa per evitare preaccensioni o ritorni di fiamma. La scelta del materiale è fondamentale anche per resistere alla bassa lubrificazione dell'idrogeno e alle alte temperature di combustione.

Per i motori a gas naturale, i gruppi valvole sono adattati per adattarsi alla minore densità di energia del carburante rispetto al diesel. Ciò richiede un'efficiente miscelazione aria-carburante per una combustione completa, ottenuta attraverso una precisa fasatura e sollevamento delle valvole. Inoltre, il gas naturale è un combustibile più pulito che consente di progettare i componenti del gruppo valvole tenendo conto della riduzione dell'esposizione a fuliggine e contaminanti, contribuendo ad aumentare la durata di queste parti.

In tutte queste tecnologie dei motori, l'evoluzione della tecnologia del gruppo valvole continua a concentrarsi sul miglioramento delle prestazioni, sulla riduzione delle emissioni e sull'adattamento ai requisiti specifici di ciascun tipo di carburante.

INNOVAZIONI SIGNIFICATIVE NELLA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DELLE TECNOLOGIE DEL GRUPPO VALVOLE
Il freno motore, tradizionalmente associato al metodo di rilascio della compressione, ha subito un cambiamento trasformativo alterando i tempi di apertura e chiusura delle valvole. L'approccio innovativo di Cummins Inc applica la tecnologia Jake Brake^® alla valvola di scarico, che migliora l'efficienza del freno motore. Cummins ha anche aperto la strada alla tecnologia di disattivazione dei cilindri per impieghi gravosi (CDA), un passo rivoluzionario nella progettazione dei motori volto a ottimizzare il risparmio di carburante e ridurre le emissioni. Questo metodo prevede lo scollegamento delle valvole del motore dalla camma, in modo che non si aprano affatto, eliminando il rifornimento per quel cilindro e, quindi, consentendo di spegnere una parte dei cilindri in determinate condizioni. Ad esempio, durante i periodi di carico ridotto o di inattività, la disattivazione delle valvole di un motore a sei cilindri costringe i cilindri rimanenti a funzionare sotto carichi più elevati, bruciando così carburante a una temperatura più elevata. Questo aumento della temperatura di combustione è fondamentale per il funzionamento efficace dei sistemi di post-trattamento diesel (ATS), come le unità di riduzione catalitica selettiva (SCR), che reagiscono chimicamente con le emissioni di ossido di azoto (NOx) per renderli inerti. Il mantenimento dell'ATS a temperature ottimali (superiori a duecento gradi Celsius) garantisce reazioni efficienti e la riduzione degli inquinanti, un obiettivo chiave durante le operazioni inattive o a basso carico in cui la generazione di calore è tipicamente insufficiente.

Affrontando le preoccupazioni sull'affidabilità di queste tecnologie avanzate di trasmissione delle valvole, test approfonditi e applicazioni nel mondo reale ne hanno dimostrato l'affidabilità. L'impegno di Cummins Inc nell'integrare questi sistemi senza soluzione di continuità nei progetti dei motori fin dall'inizio, garantisce non solo la loro affidabilità, ma anche la loro economicità.

Sono finiti i giorni in cui i freni motore erano un ripensamento, aggiunto dopo la fase di sviluppo. Oggi sono parte integrante del processo di progettazione del motore, calibrati su ciascun motore per prestazioni ottimali. Questo approccio integrato allo sviluppo della tecnologia del gruppo valvole rappresenta un passaggio verso motori più efficienti e puliti che soddisfano le esigenze dei trasporti moderni senza compromettere l'affidabilità o la convenienza.

Grazie alla continua innovazione, la tecnologia dei freni motore e del gruppo valvole è diventata più adattabile, efficiente e rispettosa dell'ambiente. Questa evoluzione sottolinea l'importanza di questi componenti nel plasmare il futuro dei trasporti, garantendo che i motori non solo soddisfino ma superino gli standard ambientali di domani, segnando una pietra miliare significativa nel nostro viaggio verso un futuro più pulito e sostenibile. Mentre il settore si muove verso un futuro più sostenibile, le innovazioni di Cummins nella tecnologia dei motori continuano a fissare parametri di riferimento in termini di prestazioni, sicurezza e gestione ambientale.