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La testata, assieme agli alberi a camme, rappresenta il cuore della potenza del motore.
E' la parte alta del motore che influenza il passaggio di aria e condiziona quanta aria il propulsore è in grado di ingerire e bruciare. Poichè la potenza è direttamente proporzionale all'aria bruciata, la testata è un fattore chiave nel determinare la potenza massima del propulsore.
Lavorazioni testata
Le testate dei motori moderni sono normalmente costruite in maniera abbastanza precisa. Non si hanno grossi margini di sviluppo conseguenti alla rimozione di imperfezioni. Inoltre i rapporti di compressione dei motori moderni sono già alti in origine. Il classico aumento del rapporto di compressione mediante spianatura delle testata non è in grado di portare grossi miglioramenti come avveniva su molti motori del passato che partivano da rapporti di compressione inferiori a 10:1
Di conseguenza, per ottenere dei miglioramenti, è necessario apportare delle modifiche a valore aggiunto sulla testata.
La prima, fondamentale, osservazione è che la lavorazione della testata è un intervento complesso, assolutamente non alla portata di tutti. Come tutti gli interventi che richiedono delle valutazioni in merito a portate e velocità di un fluido, si tratta di lavorazioni che richiedono tecnologie e know-how elevati. Come quasi sempre accade, la cosa più intelligente è copiare le quote e le lavorazioni fatte da Citroen Sport e Peugeot Sport. Agire sulla base del buonsenso o di precedenti esperienze su motori differenti è rischioso e non consente di ottimizzare i risultati se non dopo pesanti investimenti su flussometri e prove di banco.
Da questo consegue una raccomandazione di base: se non si è più che sicuri del lavoro svolto è meglio evitare di lavorare la testata. Gli operatori che sono in grado di portare un valore aggiunto lavorando la testata sono meno di quanto si creda.
A conferma due elementi:
- non è strettamente necessario lavorare la testata per raggiungere dei buoni risultati. Gli ultimi motori mini Gr. A che abbiamo realizzato avevano testate C2 completamente di serie. Questo non ci ha impedito di raggiungere potenza attorno ai 160-164 cv, che rappresentano un ottimo risultato su un motore mini Gr.A. Al contrario ci è capitato di mettere mano a motori su cui erano state effettuate lavorazioni della testata che presentavano problematiche di affidabilità e resa
- Citroen Sport, con l'evoluzione C2 R2 Max, ha commercializzato una testata C2 lavorata direttamente negli atelier francesi. Questa scelta non è stata dettata tanto da motivazioni commerciali, quanto dalla volontà di eliminare polemiche che si erano generate sulla C2 R2 evo 1 da 185 cv, spesso accusata di registrare a banco potenza inferiori di 7-8 cv. In Citroen Sport si erano resi conto che se le testata venivano lavorate dai loro tecnici le potenza dichiarate venivano raggiunte, se le testate erano preparate all'esterno, nonostante venissero fornite informazioni e quote di lavorazione, spesso i motori non andavano oltre i 177-178 cv
Detto questo il cuore della lavorazione della testa risiede nel lavoro sulle valvole, i condotti e le sedi valvola.
Alcuni "preparatori" chiamano lavorazione della testa la semplice lucidatura dei condotti accompagnata da una spianatura per aumentare il rapporto di compressione. In realtà questo non rappresenta che una minima parte del lavoro che può essere svolto sulla testata.
Una particolare importanza è ricoperta dai condotti e dalle valvole di aspirazione.
La scuola inglese calcola addirittura il potenziale di un motore aspirato partendo dal concetto di “total inlet valve area” ossia la superficie totale delle valvole di aspirazione.
Non entreremo nel dettaglio di quote e lavorazioni effettuabili sulle testate Saxo/106.
Di seguito alcune informazioni in merito a due interessanti possibilità di upgrade: adozione di una testata TU5JP4 (C2) e valvole in competizione al Nimonic.
Montaggio testata TU5JP4
Un upgrade di semplice realizzazione su Saxo/106 è il montaggio di una testata TU5JP4 (motore 1600 da 110 cv della C2 VTS, 206, 307, C3, Berlingo...) o TU5JP4S (motore 123 cv della C2 VTS).
La testata TU5JP4 è migliorativa rispetto a quella della Saxo.
Questo in termini di:
- diametro delle valvole di aspirazione (e proporzionalmente sedi e condotti): ben 31,3 mm contro i 28,75 della Saxo. Si tratta di una differenza enorme
- condotti più rettilinei
- guide valvola incassate in alluminio
La testata TU5JP4 è pienamente compatibile con poche modifiche con il monoblocco TU5J4 ed è possibile utilizzare gli stessi alberi a camme (originali o speciali) utilizzati sulla Saxo (con l'accortezza di riutilizzare le pulegge della Saxo).
Le principali modifiche/accorgimenti da prevedere per il montaggio su Saxo della testata del TU5JP4 sono:
collettore di aspirazione
E’ possibile mantenere il collettore originale Saxo (facilmente adattabile alla testa del TU5JP4). E' sufficiente fare due fori supplementari sulla testata per il fissaggio. In alternativa è possibile montare il collettore di aspirazione in alluminio della C2 VTS in abbinamento ad una farfalla meccanica da 60 mm. In questo caso il montaggio sulla testata è immediato ma ci sono degli interventi da fare su corpo farfallato, collettore e asta iniettori. Per approfondimenti vistare la sezione Aspirazione.
guarnizione testata
La camera di scoppio della testata TU5JP4 è più capiente rispetto alla testata TU5J4. Per recuperare un rapporto di 11:1 il motore TU5JP4 adotta una guarnizione testata molto bassa di 6 decimi, circa 1 mm inferiore alla Saxo/106. La trasformazione può essere fatta sia adottando la guarnizione C2 (avendo cura di controllare le altezze, nel caso si operi con monoblocchi o testate che hanno già subito delle spianature) sia con una guarnizione testata Saxo, spianando testa e/o monoblocco per fare il rapporto di compressione desiderato. Sui motori aspirati il consiglio è quello di usare sempre guarnizioni di serie PSA. Costano poco e sono molto affidabili. Citroen Sport, persino sulle evoluzioni Super 1600, adotta guarnizioni di serie.
molle e bicchierini
Le molle di provenienza TU5JP4 (ad eccezione della C2 VTS contrassegnata dalla sigla TU5JP4S) presentano una resistenza al carico inferiore di circa 10 kg rispetto al TU5J4 Saxo. Al preparatore la scelta se mantenere queste molle o montare l'insieme molle + bicchierini della Saxo. Consigliamo comunque di utilizzare le molle della Saxo che sono in grado di sopportare regimi di rotazione più alti e lavorare correttamente con camme che hanno alzate abbastanza importanti (fino a 10,5 mm)
carter della distribuzione (modifica facoltativa)
La testata TU5JP4 può essere forata per garantire l'ancoraggio a due punti del carter di distribuzione alla testata (come in origine sulla Saxo). Si tratta di una modifica facoltativa. E' possibile non forare e ricavare abbastanza facilmente un secondo punto di ancoraggio alternativo
tubo sfiato olio
La testa Saxo, in posizione lato batteria, presenta un foro con una pipetta a 90° collegata a un tubo che porta nel monoblocco. La testa C2 non è provvista di questo foro. Seppur non strettamente obbligatorio, l'ideale è forarla per ricavare il buco per l'alloggio della pipetta e del tubo della Saxo. Nelle due foto sotto riportate è ben visibile la pipetta e il tubo a cui facciamo riferimento.
candele
Le candele della Saxo hanno un filetto diverso rispetto a quelle previste per la nuova testata. Bisognerà quindi provvedere alla sostituzione della candele con componenti specifici per TU5JP4 avendo cura di abbassare opportunamente il grado termico nel caso di aumenti del rapporto di compressione. Le candele originali C2 Vtr o C2 Vts risultano essere molto elastiche e possono essere mantenute anche con preparazioni che vanno oltre i 150 cavalli. Con preparazioni più spinte è possibile adottare le Bosh FR 7 ME (originali Peugeot 206 RC 180 cv), leggermente più fredde. Per applicazioni full racing è possibile adottare le NGK ufficiali della 206 Super 1600 da 225 cv e della 206 XS Volant da 165 cv, abbastanza elastiche per essere delle candele da competizione.
L'adozione di una testata TU5JP4 consente un guadagno in termini di potenza massima. Tale guadagno è abbastanza limitato in caso di motori con sviluppi ridotti e tende a divenire più importante in caso di preparazioni importanti.
Valvole speciali da competizione
Nei motori con un alto livello di sviluppo un intervento che può essere preso in considerazione è quello di sostituire le valvola di serie con componenti speciali al Nimonic, tipo Super 1600.
Le valvole al Nimonic sono notevolmente più leggere delle originali, aumentano il rapporto di compressione, resistono meglio alle alte temperature e sono più affidabili negli utilizzi racing. Per queste ragioni sono un ottimo intervento anche per i motori Saxo sovralimentati.
Le valvole da competizione hanno delle geometrie ottimizzate per massimizzare il passaggio del flusso di aria. Nelle foto è chiaramente visibile la sfiancatura nell'attaccatura tra stelo e fungo per ottimizzare il passaggio d'aria.
Su alcuni sviluppi da 180-185 cv di cui abbiamo dati affidabili di banco, l'utilizzo di valvola speciali ha portato a incrementi di potenza nell'ordine dei 5 cavalli.
Punterie
La Saxo VTS 16v è dotata di punterie idrauliche, come la maggioranza delle vetture moderne.
Il modelli Saxo 8 valvole sono invece equipaggiati con punterie meccaniche. La ragione è esclusivamente legata al fatto che si tratta di una serie di propulsori di vecchia concezione (il progetto risale al 1987), aggiornati nel tempo in molti componenti, ma non a livello di punterie.
Senza addentrarci in lunghe e complesse spiegazioni tecniche possiamo sintetizzare la differenza tra le due punterie nel fatto che:
- la punteria idraulica prevede un bicchierino che si riempie e si scarica di olio; questo consente di mantenere costantemente un gioco nullo
- la punteria meccanica prevede un organo di regolazione del gioco tra valvola e punteria
Le ragioni per cui oggi, sulle vetture di serie, la punteria idraulica ha sostituito la punteria meccanica, facendola quasi scomparire, sono legate sostanzialmente a due fattori: maggiore silenziosità di funzionamento e nessun bisogno di manutenzione. La punteria meccanica è infatti più rumorosa e richiede periodici controlli (ed eventuali regolazioni) dei giochi.
Se questi fattori si sono dimostrati decisivi nella vittoria della punteria idraulica sulle vetture di serie, il rapporto di forza si ribalta quando parliamo di vetture da competizione.
Nel campo agonistico infatti è la punteria meccanica a prevalere, per almeno due ragioni: maggiore capacità di tollerare regimi molto alti e migliore capacità di seguire il profilo delle camme.
Tutto questo si spiega analizzando i limiti della punteria idraulica. Il meccanismo di riempimento e svuotamento dell'olio nel bicchierino tende ad andare in crisi a regimi molto alti (nel caso della Saxo oltre gli 8.000 giri). Inoltre il riempimento di olio rende la punteria più pesante e tende a creare un effetto "ammortizzamento" che, di fatto, impedisce alla punteria di "sentire" in maniera precisa il profilo della camme.
Nella foto i componenti di una punteria meccanica Citroen Sport a diametri originali e il confronto tra un bicchierino originale ed un bicchierino per punteria meccanica (si tratta dell'originale lavorato e adattato da Citroen Sport alla punteria meccanica)
Sulla base di questa semplice spiegazione sono facilmente intuibili i campi di utilizzo di queste due tipologie di punteria.
La punteria meccanica, a parità di ogni altra condizione, da sempre un vantaggio prestazionale. Da questo punto di vista possiamo dire che una punteria meccanica tende ad essere sempre più efficace rispetto a una punteria idraulica (anche a medi regimi). Tuttavia il passaggio alla punteria meccanica diviene necessario solo in preparazioni che portano il propulsore a raggiungere la potenza massima sopra gli 8.000 giri (è il tipico caso delle Gr. A). Ad altissimi regimi infatti l'affidabilità e la resa della punteria meccanica sono decisamente maggiori.
Relativamente all'albero a camme sarà il produttore che deve dare l'indicazione della punteria consigliata per un dato modello di albero.
Il produttore della camme indica se quel particolare profilo deve lavorare con una punteria idraulica o meccanica. Tale indicazione va rispettata, in quanto le camme per punteria meccanica hanno un profilo e una forma delle olive differente dalle camme per punteria idraulica. Accoppiamenti errati possono dare seri problemi di affidabilità.
Un ulteriore vantaggio della punteria meccanica è dato dal fatto che i produttori di alberi a camme hanno concentrato lo sviluppo dei loro alberi a camme più performanti sui profili per punteria meccanica. Ad eccezione di pochi profili, le referenze in commercio per punteria idraulica sono tutti alberi concepiti per preparazioni attorno ai 140-160 cv.
Inoltre per le camme che prevedono una punteria meccanica, il produttore dovrà indicare se è necessario adottare un bicchierino dal diametro maggiorato o se il diametro standard è sufficiente a garantire la giusta affidabilità.
Questa scelta dipende principalmente dall'alzata della camme. I bicchierini con diametri originali (28,25 mm) tollerano al massimo alzate di 11-11,5 mm. Sopra a questi valori si innesca la possibilità di pericolosi impuntamenti camme/bicchierino. Per evitare questo fenomeno è necessario ricorrere a bicchierini maggiorati. Questi possono essere semplicemente di maggiori dimensioni o possono essere "a fungo", cioè dotati di una testa più ampia rispetto al fusto. Normalmente si arriva fino a 31 mm di diametro.
N.B. L'alloggiamento di punterie maggiorate richiede una specifica lavorazione della testata.
Nell'immagine lo schema della punteria meccanica della Saxo Super 1600, dotata di bicchierino a fungo (6) e doppia molla valvola (3).
Il nostro consiglio è di adottare le punteria meccanica a partire da preparazioni attorno ai 160 cv (le soluzioni Mini Gr.A sono il primo step). Una punteria meccanica di buona qualità e correttamente montata non richiede frequenti revisioni. Con le soluzioni Mini Gr. A, spesso adottate persino in uso stradale, i check consigliati sono ogni 20-25.000 km e nella grande maggioranza dei casi non c'è bisogno di alcuna correzione dei giochi.
Molle valvola
La Saxo è dotata di molle valvola estremamente affidabili e performanti. A riprova, il fatto che Citroen Sport, nelle soluzioni Mini Gr. A da 155-160 cv, adotta le molle originali Saxo abbinate ad una punteria meccanica.
Tuttavia con l'alloggiamento di alberi a camme molto spinti bisogna valutare l'adeguatezza delle molle.
Questa valutazione si compone principalmente di due analisi:
1 Numero di giri
Le molle valvola originali non sono progettate per garantire efficacia e affidabilità ottimali a regimi molto superiori a quelli del limitatore di serie. Ad altissimi giri le molle di serie possono iniziare a "sfarfallare". Il cosiddetto "sfarfallamento" altro non è che un effetto risonanza dovuto all'inadeguatezza della molla a sopportare una determinata frequenza. Lo sfarfallamento fa sì che la valvola vibri e rimbalzi sulla sede. Nel caso della Saxo, fortunatamente, le molle originali sono sufficienti a supportare regimi che sfiorano gli 8.000 giri. N.B. Le stesse valutazioni non valgono per i motori TU5JP4 di C2/206/307, dotati di molle meno performanti.
2 Alzata massima
Alberi a camme con alzate elevate possono causare il cosiddetto fenomeno della "chiusura a pacco" della molla valvola.
Il termine "andare a pacco" indica la collisione di due o più spire della molla. Il fenomeno è pericoloso in quanto genera una resistenza anomala (molto più forte) nel movimento del bicchierino. Lo sforzo dell'albero a camme per spostare il bicchierino aumenta drasticamente causando un'impennata degli attriti meccanici con conseguente calo di prestazioni ed evidente rischio di danneggiamento camme/punteria.
Per eliminare o allontanare questi due problemi è necessario ricorrere a molle valvola speciali.
Le soluzioni possono essere di due tipi: molle valvola singole o doppie molle valvola.
La molla valvola singola speciale sarà più rigida rispetto all'originale ed avrà un numero inferiore di spire. Questo comporterà un allontanamento della frequenza di sfarfallamento e una minore tendenza ad andare a pacco. L'aspetto negativo è legato ad un aumento degli attriti meccanici proporzionale all'aumento della rigidità.
La doppia molla valvola è una soluzione più raffinata. Normalmente è adottata su propulsori molto evoluti dal punto di vista della preparazione (le Saxo Super 1600 adottano questa soluzione). Si tratta dell'accoppiamento coassiale di due molle di dimensioni e rigidità differenti. In parole semplici: vi è una molla valvola di dimensioni e rigidità maggiori che ospita al suo interno una molla valvola più piccola con rigidità inferiore. La funzione della molla valvola piccola è sostanzialmente quella di "rompere" le frequenze dannose che possono mandare in risonanza la molla valvola principale.
Nelle foto set di doppie molle valvola Piper e un confronto tra molla valvola originale Saxo e una doppia molla valvola Piper.