Nel mondo della propulsione navale, la valvola di scarico (exhaust valve) è un elemento chiave che incide direttamente sulle prestazioni, sull’efficienza e sull’affidabilità del motore. Sia nei motori marini a due tempi (2T) che nei quattro tempi (4T), questo componente è soggetto a condizioni operative estreme: alte temperature, cicli di carico variabili, pressione e stress meccanico.
In questa guida rispondiamo in modo approfondito e tecnico alle 10 domande fondamentali sulle valvole di scarico, spiegando come funzionano, di cosa sono fatte, come si usurano e come intervenire in caso di guasto.
🔧 1. Qual è la funzione della valvola di scarico nei motori marini 2T e 4T?
La valvola di scarico permette l’evacuazione dei gas di combustione dalla camera del cilindro al termine della fase di espansione. Il suo corretto funzionamento è essenziale per:
Garantire la completa espulsione dei gas esausti, evitando contaminazioni della nuova carica fresca.
Sigillare ermeticamente la camera durante le fasi successive (compressione e combustione).
Mantenere un equilibrio termico e dinamico nel motore.
Differenze tra 2T e 4T
Motori 4T (quattro tempi): la valvola si apre meccanicamente tramite l’albero a camme (camshaft) durante la fase di scarico e si richiude prima dell’aspirazione.
Motori 2T (due tempi): l’espulsione dei gas avviene principalmente tramite luci di scarico laterali nel cilindro. Tuttavia, nei grandi motori navali 2T (es. MAN B&W, Wärtsilä), esiste una valvola di scarico comandata idraulicamente posizionata sulla testata, sincronizzata con l’albero motore.
🔩 2. Quali sono le principali parti della valvola di scarico?
Una valvola di scarico è un componente di precisione composto da diverse parti, ognuna realizzata con materiali e trattamenti specifici:
Componenti principali:
Testa della valvola (valve head): è la parte esposta alla camera di combustione. Resiste a temperature superiori a 1000°C, pressione e flussi turbolenti. Può avere un rivestimento termico (Stellite, Inconel).
Gambo della valvola (valve stem): collega la testa al sistema di attuazione. Può essere trattato con cromatura dura o nitrurazione per ridurre l’attrito e l’usura.
Sede della valvola (valve seat): è l’anello su cui si appoggia la testa. Garantisce la tenuta. Deve essere lavorata con angoli precisi (generalmente 45° o 30°).
Guida della valvola (valve guide): mantiene l’asse del gambo in posizione. È soggetta a lubrificazione ed elevata usura.
Molla della valvola (valve spring): responsabile della chiusura. Nei motori marini a 4T può essere singola o doppia, mentre nei 2T con comando idraulico può essere sostituita da un sistema attivo.
🔄 3. Come funziona l’apertura e chiusura della valvola?
Motori marini a 4T:
L’apertura è regolata da un sistema meccanico: albero a camme → bilanciere → spinta sulla valvola.
La molla richiude la valvola quando la camma smette di esercitare pressione.
L’intero ciclo è sincronizzato con l’albero motore.
Motori marini a 2T (es. motori diesel a corsa lunga):
La valvola di scarico è comandata idraulicamente o pneumaticamente.
L’olio ad alta pressione spinge uno stelo che apre la valvola nei tempi corretti.
Questo sistema permette una regolazione più precisa della fasatura e migliora l’efficienza.
🔥 4. Perché la valvola di scarico è soggetta a elevate temperature?
Le valvole di scarico sono tra i componenti più sollecitati termicamente:
Sono esposte direttamente ai gas combusti, la cui temperatura può variare da 700°C (diesel lento) fino a 1200°C (motori a benzina o turbocompressi).
La testa valvola riceve pochissimo raffreddamento diretto: il contatto con la sede è il principale mezzo per dissipare il calore.
In motori ad alte prestazioni si usano valvole sodiate: contengono sodio liquido al loro interno che, durante il funzionamento, trasferisce calore al gambo e alla guida.
🧱 5. Materiali utilizzati per la costruzione della valvola
Le valvole di scarico devono avere:
Resistenza alla fatica termica.
Stabilità dimensionale a caldo.
Resistenza alla corrosione da combustibili solforosi.
Materiali tipici:
Acciai martensitici (es. 21-4N): resistenti al calore e alla fatica meccanica.
Acciai austenitici: eccellenti contro la corrosione.
Superleghe (Inconel, Nimonic): usate nelle teste valvola per motori estremi.
Stellite (lega di cobalto): spesso usata per riporti sulla sede per resistere all’usura.
💥 6. Cos’è il “valve hammering” (martellamento valvola)?
Il martellamento della valvola è un fenomeno distruttivo in cui la valvola impatta ripetutamente e violentemente contro la sede.
Cause:
Depositi di carbonio o incrostazioni che impediscono la chiusura fluida.
Molle indebolite → non richiudono la valvola in modo tempestivo.
Usura di guida e gambo → la valvola non scende perfettamente in asse.
Conseguenze:
Rottura della sede.
Deformazione della testa.
Perdita di compressione → riduzione potenza → aumento consumi.
🧪 7. Segni di usura e diagnostica
Principali segni:
Bruciature sulla testa: perdita di tenuta e surriscaldamento.
Sede deformata: causa perdite e scarsa efficienza.
Gioco eccessivo nel gambo: sintomo di guida consumata.
Come rilevarli:
Test di tenuta con aria compressa o liquido a pressione.
Misurazione del gioco laterale tra gambo e guida.
Controllo visivo con endoscopi industriali.
Analisi vibrazionale o spettro acustico nei grandi impianti.
🔧 8. Manutenzione e rettifica della sede valvola
La manutenzione regolare della valvola di scarico è essenziale nella programmazione navale.
Procedura:
Smontaggio e pulizia completa della valvola e guida.
Rettifica della sede con mole diamantate o utensili pneumatici.
Verifica degli angoli di sede e battuta (45° ±0,5°).
Controllo delle molle e sostituzione se il carico è fuori specifica.
Nei motori marini si effettua spesso lappatura finale per garantire la tenuta ermetica.
❌ 9. Cause comuni di rottura della valvola
Surriscaldamento cronico → cricche termiche nella testa.
Lubrificazione inadeguata → grippaggio del gambo nella guida.
Fatica ciclica → frattura nel punto di saldatura testa/gambo.
Overspeeding → stress meccanico oltre i limiti di progetto.
👉 In caso di rottura, si consiglia analisi metallografica per identificare la causa.
🛢️ 10. Effetti dei carburanti con alto contenuto di zolfo
I combustibili navali tradizionali (HFO, IFO) contengono elevate quantità di zolfo, che durante la combustione:
Reagisce con l’umidità → forma acido solforico.
Il pH acido corrode la testa e la sede.
Aumenta i depositi solidi che causano martellamento e perdita di tenuta.
Soluzioni:
Utilizzo di carburanti a basso tenore di zolfo (ULSFO, VLSFO).
Additivi neutralizzanti o lubrificanti specifici.
Valvole costruite con superleghe resistenti alla corrosione acida.
📚 Fonti Tecniche e Approfondimenti