Cos'è l'Albero Motore? Funzione, Sintomi di Guasto e Manutenzione

Un trattore stradale a pieno carico, in salita, apre il gas e dal basso del motore arriva un colpo sordo; rilasciando l'acceleratore il rumore si attenua, per tornare al nuovo carico. Al minimo a caldo la spia della pressione olio è lampeggiata per un istante. In officina, aperto il tappo della coppa, l'olio è più fluido del previsto e nella retina di aspirazione si notano sottili scaglie metalliche. Il quadro punta allo scheletro portante del motore: l'albero motore e i cuscinetti che lo sostengono. Questa guida tratta l'albero motore non come un semplice perno, ma come l'elemento centrale della catena pistone-biella-cuscinetto-olio, la cui integrità dipende dall'intera catena.

Cos'è l'albero motore? Il perno principale che trasforma il moto lineare in moto rotatorio

L'albero motore è il perno principale che trasforma il moto rettilineo alternato generato dalla pressione di combustione sul pistone, tramite le bielle, in un moto rotatorio continuo, raccogliendo su di sé l'intera coppia prodotta dal motore. La potenza viene trasferita agli organi di trasmissione tramite il volano sull'estremità posteriore, mentre dall'estremità anteriore, tramite la puleggia, viene distribuita alle utenze ausiliarie come alternatore, compressore del freno ad aria, pompa dello sterzo e pompa dell'acqua.

L'errore più comune è immaginarlo come un semplice perno dritto. In realtà l'albero alterna tratti allineati con l'asse di rotazione e tratti disassati rispetto ad esso. I tratti in asse sostengono l'albero nel basamento; quelli disassati trasformano il moto verticale del pistone in rotazione su un raggio. Il disassamento determina la corsa del motore: la corsa è pari al doppio del raggio di manovella. È la ragione geometrica per cui i diesel pesanti a corsa lunga sviluppano elevata coppia ai bassi regimi. Le parti dell'albero sono:

• Perni di banco: superfici sull'asse di rotazione con cui l'albero è sostenuto nel basamento. Un sei cilindri in linea ne ha in genere sette.
• Perni di biella: superfici disassate, impegnate dalla testa di biella; la parte che trasforma la forza in coppia.
• Manovelle e contrappesi: bracci che collegano i perni e masse che bilanciano la forza centrifuga delle parti rotanti.
• Fori e canali dell'olio: condotti che portano l'olio dal perno di banco, tramite un foro inclinato nella manovella, al perno di biella.
• Estremità anteriore e posteriore: da un lato puleggia, ingranaggio di distribuzione e paraolio anteriore; dall'altro flangia del volano, paraolio posteriore e target del sensore giri.

I perni sono lavorati e temprati a specchio, ma il punto più critico è il raggio di raccordo tra perno e manovella: è lì che si concentra lo sforzo e quasi sempre nascono le cricche da fatica. Il gioco assiale dell'albero è invece limitato dal cuscinetto reggispinta accanto a uno dei perni di banco.

Qual è la differenza tra albero motore e albero a camme?

L'albero motore è supportato nella parte bassa del motore, riceve il moto dei pistoni e restituisce potenza. L'albero a camme è l'albero di comando: con le camme stabilisce quando valvole e, in alcune architetture, pompa-iniettore devono muoversi. In breve, uno trasmette forza, l'altro trasmette tempo. Sono collegati da ingranaggi, catena o cinghia e, in un quattro tempi, mentre l'albero motore compie due giri l'albero a camme ne compie uno; un ciclo richiede 720 gradi di rotazione dell'albero motore. I guasti lato albero a camme sono trattati nella guida sull'albero a camme.

Come funziona l'albero motore? Catena di forza, ordine di accensione e continuità

La pressione in camera di combustione preme sulla testa del pistone, che la trasmette tramite lo spinotto alla biella e, attraverso il cuscinetto del piede di biella, al perno di biella. Essendo il perno disassato, la forza agisce lungo il braccio di manovella e nasce l'effetto rotante: la coppia è il prodotto della forza per il raggio di manovella. Il rendimento varia con l'angolo di manovella: al punto morto superiore la componente rotante è minima, per poi massimizzarsi dopo una certa rotazione. Su questa geometria viene calibrata la messa a punto dell'accensione.

In un quattro tempi, ogni cilindro produce lavoro utile una volta ogni quattro tempi; nei restanti tre è la forza degli altri cilindri, insieme all'inerzia del volano, a mantenere in rotazione l'albero. Nei diesel pesanti a sei cilindri in linea i 720 gradi del ciclo si ripartiscono equamente, per cui le accensioni avvengono ogni 120 gradi e il flusso di potenza è quasi continuo. La configurazione è inoltre intrinsecamente bilanciata, poiché le forze d'inerzia di primo e secondo ordine si compensano da sole. L'ordine più diffuso è 1-5-3-6-2-4, variabile secondo il codice motore.

Poiché le accensioni avvengono in punti diversi dell'albero, questo si torce leggermente ad ogni scoppio e torna elasticamente. Questa vibrazione torsionale cresce ai regimi vicini alla frequenza propria dell'albero ed è la principale fonte di cricche da fatica; lo smorzatore montato sull'estremità anteriore serve proprio ad assorbirla. L'albero subisce contemporaneamente tre sollecitazioni: compressione, flessione e torsione.

La mappa della meccanica interna del motore: la catena dall'albero motore alla valvola

L'albero motore raramente si guasta da solo. La meccanica interna è una catena di componenti collegati, e il difetto di un anello si manifesta spesso proprio sui cuscinetti di banco. La sequenza è: albero motore, biella, pistone e fasce elastiche, canna del cilindro, testata, valvole, bilancieri e albero a camme.

Queste relazioni non sono a senso unico. Un accoppiamento pistone-canna usurato non fa perdere solo compressione: i gas che sfuggono nel basamento diluiscono l'olio e lo contaminano di fuliggine, riducendo la vita dei cuscinetti. Per l'usura di questa coppia si veda la guida su pistone e canna del cilindro. Anche un trafilamento dall'alto scende verso il basamento: una testata con guarnizione compromessa porta liquido di raffreddamento nell'olio e innesca corrosione sui cuscinetti; i sintomi sono nella guida alla testata motore.

Materiale e lavorazione dell'albero motore: forgiatura, fusione e indurimento superficiale

L'albero motore è il componente a maggior carico di fatica del motore; il metodo di lavorazione dipende dalla densità di potenza da sopportare. Nell'albero forgiato un tondo d'acciaio riscaldato è sagomato tra stampi; la fibratura segue la forma del pezzo e resta continua nei raccordi, dando alta resistenza a fatica. È la scelta più diffusa nei motori con pressioni di combustione elevate. Nell'albero in ghisa sferoidale si ottengono geometrie complesse in un'unica colata, a costo minore; la grafite sferoidale dà tenacità superiore alla ghisa grigia, ma resistenza inferiore al forgiato.

Sagomato il grezzo, la resistenza reale si ottiene con trattamenti superficiali: i perni sono temprati e il raggio di raccordo viene rinforzato.

La conseguenza pratica: l'albero motore non è rettificabile all'infinito. Lo strato temprato è sottile e ogni rettifica ne asporta parte. In alcuni motori è definito componente non rettificabile: decide il manuale OE, non la capacità del banco.

Cuscinetto di banco e di biella: il velo spesso pochi micron che sostiene l'albero motore

Nel basamento l'albero non appoggia mai metallo su metallo. Tra perni e gusci c'è un sottile velo d'olio su cui l'albero galleggia. Il meccanismo si chiama lubrificazione idrodinamica: il perno in rotazione trascina l'olio in un cuneo che si restringe, e la pressione generata solleva l'albero. La pompa dell'olio non crea direttamente questo velo: il suo compito è garantire portata continua all'interstizio.

I cuscinetti a semiguscio hanno un dorso in acciaio con uno strato morbido di antifrizione colato sopra. La morbidezza non è un difetto ma una scelta progettuale: lascia che piccole particelle dure si incorporino nel materiale, proteggendo il perno. Nei bimetallici a due strati si usa alluminio-stagno; nei trimetallici a tre strati, per applicazioni pesanti, sopra lo strato intermedio c'è un sottile rivestimento antiusura. La linguetta sul dorso posiziona il guscio ma non lo trattiene: lo tiene in sede la tensione circonferenziale del serraggio del cappello.

Cos'è il gioco del cuscinetto e perché è così importante?

Il gioco è la differenza tra il diametro del perno e il diametro interno del cuscinetto montato, una delle quote più critiche del motore. Se troppo ridotto, l'olio non entra a sufficienza, il velo si assottiglia, il calore d'attrito sale e il cuscinetto fonde. Se eccessivo, l'olio sfugge rapidamente, la pressione cala e il perno urta il cuscinetto ad ogni accensione: è il corrispondente meccanico del colpo sordo dal basso. Si misura con il metodo Plastigage oppure con micrometro e comparatore per interni.

Cuscinetto assiale e gioco assiale

Lo spostamento avanti-indietro dell'albero è limitato dal cuscinetto assiale, cioè dalle rondelle di spinta ai lati di un perno di banco. Con il gioco assiale aumentato, l'albero oscilla longitudinalmente: si notano gioco sulla puleggia, trafilamento dal paraolio posteriore e frizione irregolare. Il nemico più comune è l'abitudine del conducente di tenere il piede sul pedale della frizione, che spinge costantemente l'albero in avanti privando il cuscinetto del velo d'olio.

Canali dell'olio e dipendenza dalla pressione

L'olio in pressione raggiunge prima il perno di banco tramite il canale nella sua sede, poi il foro inclinato nella manovella e infine il perno di biella. In altre parole l'olio del cuscinetto di biella è lo stesso già passato dal cuscinetto di banco; se il gioco di banco aumenta o il canale si restringe per fuliggine e fanghi, il primo a restare a secco è il cuscinetto di biella. Un calo di pressione al minimo a caldo è normale, avvicinarsi alla soglia d'allarme no. Con l'usura dei cuscinetti la pressione scende in modo permanente; per questo è l'indicatore più precoce e affidabile dello stato dei cuscinetti di banco.

Come si riconoscono i sintomi di guasto dell'albero motore?

I sintomi vengono per lo più dai cuscinetti e la loro evoluzione è graduale: prima un calo silenzioso della pressione, poi un rumore sotto carico, infine vibrazione e particelle metalliche.

La maggior parte di questi sintomi non è esclusiva dell'albero motore: una vite della puleggia allentata o una retina intasata possono dare un quadro simile. Il rumore si propaga lungo tutto il basamento, quindi lo stetoscopio da solo non conferma dove sia il guasto.

Come si sviluppa la fusione del cuscinetto? Meccanismo e cause principali

Il "cuscinetto fuso" non è un evento istantaneo, ma una breve catena che si autoalimenta. Il velo d'olio perde portanza, il perno tocca l'antifrizione, il calore d'attrito sale, lo strato morbido si scioglie e si spalma sul perno, restringendo ulteriormente l'interstizio: il processo accelera da sé. Alla fine l'antifrizione scompare, il dorso in acciaio taglia il perno e il cuscinetto ruota nella sede, chiudendo il foro dell'olio.

Il danno non si ferma qui: il calore può alterare il trattamento termico dell'albero e provocare imbrunimento del perno, mentre il cuscinetto in rotazione usura anche la sede nel basamento. Per questo, su un motore con cuscinetto fuso, vanno misurate anche le sedi.

• Pressione o portata dell'olio insufficiente: livello basso, pompa usurata, retina di aspirazione intasata, valvola di sfogo bloccata aperta.
• Canale dell'olio ostruito: restringimento del foro nella manovella o del canale nel basamento per fuliggine, fanghi o residui di rettifica.
• Viscosità errata o olio degradato: olio fuori specifica, cambio ritardato, diluizione da carburante, liquido di raffreddamento infiltrato, filtro sostituito in ritardo.
• Gioco errato ed errori di montaggio: montaggio senza misurare, sottomisura sbagliata, sede sporca, sporco dietro il guscio, bulloni serrati con coppia o sequenza errate.
• Sovraccarico e difetti geometrici: basso regime con carico elevato, motore freddo caricato subito, biella piegata, sede ovalizzata, albero disassato.

Il significato pratico: la fusione è una conseguenza. Se la causa non viene trovata, anche il cuscinetto nuovo avrà vita breve. Esaminare i cuscinetti smontati è la via più rapida: forma e colore della traccia d'usura indicano quasi sempre il meccanismo.

Approfondimenti

Per una panoramica tecnica in linguaggio semplice di questo argomento, vedere l'articolo di riferimento su Wikipedia. Verificare sempre valori e procedure specifici con i dati di assistenza del costruttore del veicolo.

Diagnosi dell'albero motore: metodo sequenziale, dal campo all'officina

L'errore più costoso è smontare il motore su una supposizione. Il metodo corretto parte da passaggi economici e reversibili.

1. Ricostruire la storia del veicolo: cambi olio, classe usata, ultime riparazioni, surriscaldamenti e consumo d'olio.
2. Controllare livello e stato dell'olio. Livello salito e olio diluito indica carburante; colore "caffellatte" indica liquido di raffreddamento.
3. Filtrare l'olio allo scarico ed esaminare la calamita sul tappo. Scaglie argentate indicano antifrizione, trucioli d'acciaio un danno più grave.
4. Misurare la pressione con manometro meccanico, a freddo e a temperatura d'esercizio, non solo dall'indicatore.
5. Ascoltare il rumore sotto carico e a vuoto: il rumore di biella cresce col carico e cala interrompendo l'iniezione a quel cilindro; quello di banco è più profondo.
6. Controllare a vista e con comparatore puleggia e volano; scorrimento sull'anello esterno indica smorzatore inefficace. Si misurano disassamento anteriore e gioco assiale.
7. Misurare la pressione nel basamento: un valore alto spiega trafilamenti e possibili problemi lato fasce-canna.
8. Se i riscontri puntano ai cuscinetti, aprire la coppa e smontare un cuscinetto di biella a scopo ispettivo; il quadro d'usura orienta sull'intero motore, poi si classifica il danno.

I passaggi più spesso saltati sono il secondo e il settimo: stato dell'olio e pressione nel basamento sono le due misurazioni economiche che indirizzano la diagnosi, entrambe senza smontare il motore.

Misurazione e rettifica: micrometro, controllo delle cricche e sottomisura del cuscinetto

Dopo smontaggio e pulizia, l'esame visivo non basta: decide la misurazione. Diametro e geometria del perno: ogni perno va misurato al micrometro in almeno due o tre sezioni, in due direzioni perpendicolari per sezione. La differenza tra le due direzioni dà l'ovalizzazione, quella tra sezioni la conicità. Oltre il limite OE, l'albero va rettificato o sostituito.

Controllo di disassamento e cricche: l'albero si appoggia su supporti a V tramite i perni estremi, un comparatore sul perno centrale legge lo scostamento ruotando l'albero; un albero piegato, rimontato, usura i cuscinetti in modo asimmetrico. Ogni albero che ha subito carichi elevati o fusione va controllato per cricche: il controllo con particelle magnetiche le rende visibili, e i punti da ispezionare sono i raggi di raccordo e gli sbocchi dei fori dell'olio. Una cricca nel raggio significa albero da scartare; saldatura o rettifica non sono rimedi accettabili. Se il perno è imbrunito c'è danno termico, e l'albero non va rimontato senza verificarne la durezza.

Se le misure sono nella norma, l'albero è portato a una sottomisura sul banco di rettifica, con il corrispondente cuscinetto maggiorato. Le sottomisure sono in genere multipli di 0,25 mm, ma disponibilità e ammissibilità della rettifica dipendono dal codice motore. In rettifica tre regole non cambiano: il raggio di raccordo resta alla misura originale, i fori dell'olio sono smussati e ripuliti, l'albero è lucidato per ultimo. Dopo la lavorazione sono obbligatori lavaggio e pulizia dei canali con aria e olio in pressione.

Contrappesi, bilanciatura, puleggia e volano: la gestione della vibrazione

L'albero motore deve gestire anche lo squilibrio che genera da solo. I perni di biella e le masse rotanti, disassati, producono forza centrifuga; i contrappesi sulle manovelle la bilanciano. Lo squilibrio residuo si misura su una macchina bilanciatrice e si elimina per asportazione di materiale. Spesso la bilanciatura riguarda l'insieme con volano e puleggia: prima dello smontaggio conviene segnare la posizione reciproca dei componenti.

Lo smorzatore di vibrazioni, spesso integrato nella puleggia, assorbe la vibrazione torsionale tramite un elemento in gomma o un corpo viscoso. Non è a vita illimitata: la gomma invecchia e si screpola, l'anello esterno scorre rispetto al mozzo; nel tipo viscoso il fluido perde le proprietà. Uno smorzatore inefficace non avverte, ma espone l'albero a fatica torsionale; dietro molte rotture sul campo c'è uno smorzatore mai sostituito. Lo spostamento del riferimento di fasatura sull'anello esterno è insieme il segnale più visibile e la causa di letture errate.

Il volano, all'estremità posteriore, è massa d'inerzia e interfaccia di trasmissione: imbullonato alla flangia, porta la corona per l'avviamento e la superficie della frizione. In molti motori i bulloni del volano sono monouso, serrati col metodo coppia più angolo. Un volano allentato o disallineato affatica il cuscinetto di banco posteriore e il paraolio; una vibrazione di frizione può evolvere in danno al cuscinetto.

Paraolio dell'albero motore e trafilamenti: paraolio anteriore e posteriore

L'albero esce dal motore alle due estremità, ciascuna con un paraolio contro il trafilamento. Il paraolio anteriore è dietro la puleggia, sul coperchio distribuzione; il paraolio posteriore è davanti al volano, spesso su un supporto dedicato. Il trafilamento posteriore è il più discusso, perché la sostituzione richiede smontare volano e spesso l'intero gruppo frizione.

Individuare la causa conta più che sostituire il paraolio. Le cause principali: invecchiamento del labbro, solco d'usura sulla superficie di tenuta, gioco eccessivo dell'albero e, spesso trascurata, la pressione troppo alta nel basamento. Con ventilazione ostruita, la sovrapressione spinge l'olio verso il punto debole; anche sostituendo il paraolio, il trafilamento torna in breve tempo.

In montaggio una regola conta particolarmente: i paraolio in gomma si montano con il labbro leggermente lubrificato, mentre i paraolio a labbro PTFE a montaggio a secco vanno installati senza lubrificazione, con l'apposita guida fornita; lubrificarli ne compromette subito la tenuta. Per non danneggiare il labbro si proteggono gli spigoli vivi dell'albero e si spinge il paraolio con un mandrino, perpendicolare alla sede, mai a colpi di martello.

Sostituzione dell'albero motore e disciplina di montaggio

La sostituzione richiede rimuovere il motore dal veicolo e smontare completamente il basamento. La difficoltà sta nella disciplina più che nella manualità: pulizia, misurazione, sequenza e coppia. Valori, sequenze e attrezzi speciali variano per motore e vanno presi dal manuale OE.

1. Mettere in sicurezza il veicolo, scollegare la batteria, scaricare olio e liquido di raffreddamento, rimuovere il motore e posizionarlo sul cavalletto.
2. Smontare volano, gruppo frizione, puleggia, coperchio distribuzione e coppa dell'olio, annotando posizione e riferimenti di fasatura.
3. Smontare testata e gruppi pistone-biella. Prima dei cappelli dei cuscinetti, verificarne numerazione e orientamento: non sono intercambiabili.
4. Estrarre l'albero sostenendolo dalle sedi dei cuscinetti. È pesante e squilibrato; un urto del perno contro superficie dura può renderlo inutilizzabile.
5. Misurare le sedi dei cuscinetti nel basamento; con ovalizzazione o disallineamento, la sola sostituzione dell'albero non basta.
6. Pulire tutti i canali con lavaggio in pressione e verificarne la pervietà; i trucioli di rettifica sono la causa più comune di fusione dei cuscinetti nuovi. Pulire sedi e retro dei gusci con panno senza pelucchi: un solo granello dietro il guscio può chiudere il gioco e causare fusione.
7. Misurare il gioco con Plastigage o micrometro e comparatore, verificando il valore OE.
8. Applicare olio di montaggio, posizionare l'albero, montare i cappelli nella numerazione originale, serrare alla coppia OE nella sequenza indicata, se previsto coppia più angolo. Dopo ogni cappello, ruotare l'albero a mano verificando che giri liberamente.
9. Misurare il gioco assiale nell'intervallo OE; montare bielle, coppa, paraolio, puleggia e volano. Prima dell'avviamento assicurare la pressione dell'olio ed evitare carichi elevati durante il rodaggio.

Valori tecnici e intervalli di riferimento generali

La tabella riepiloga i parametri più richiesti; non serve a decidere da sola, ma a valutare se il risultato è plausibile.

La regola invariabile: nessun valore relativo all'albero motore vale a prescindere dal codice motore. Due motori dello stesso costruttore e cilindrata possono richiedere giochi e regole di rettifica differenti.

Manutenzione, durata e il ruolo dell'albero motore nel motore

L'albero motore non ha un intervallo di sostituzione prestabilito. In un motore per veicoli pesanti mantenuto correttamente, accompagna l'intera vita del motore e in genere non si sostituisce mai. A determinarne la durata non è il chilometraggio, ma pressione, pulizia e temperatura dell'olio che lo attraversa. Tra due veicoli con lo stesso motore, uno può non aprire mai l'albero, l'altro, per un cambio olio ritardato, arrivare prima a una revisione del basamento.

• Disciplina su olio e filtro: sostituire secondo chilometraggio o tempo indicato dal costruttore, quale venga prima; ridurre l'intervallo in uso gravoso e restare nella classe di viscosità approvata, che determina lo spessore del velo d'olio.
• Livello e pressione dell'olio: verificare che il livello non scenda né salga; registrare la pressione al minimo a caldo come valore normale e monitorarne l'andamento.
• Disciplina di riscaldamento e raffreddamento: non caricare subito un motore freddo, lasciare un breve minimo prima di spegnere.
• Ventilazione, smorzatore e registrazione: ventilazione ostruita causa trafilamenti; controllare periodicamente cricche e scorrimento dell'anello dello smorzatore; annotare sottomisura e misura dei cuscinetti nella scheda veicolo.

L'albero motore è, nella meccanica interna del motore, insieme il componente più robusto e il più dipendente: superfici temprate perché non venga quasi mai toccato, eppure galleggia su un velo d'olio spesso pochi micron, e mantenere quel velo è compito del resto della catena. Per questo un guasto all'albero motore, il più delle volte, non è colpa dell'albero motore. La sequenza corretta in diagnosi è nota: prima si verifica che l'olio sia pulito, poi che la pressione sia stabilita, poi che la parte superiore del motore sia integra; l'albero motore si mette in discussione per ultimo. In ogni caso fa fede la documentazione OE aggiornata relativa al codice motore e telaio del veicolo.

Per i sintomi di usura e la procedura di sostituzione del gruppo pistone-canna che trasmette questo moto all'albero motore, vedere la guida pistone e canna motore.

Categoria prodotto: Motore

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