Kit bilancieri e albero: guasti, sostituzione e manutenzione

Quando si apre il coperchio punterie di un veicolo commerciale pesante, il primo meccanismo che salta all'occhio e il gruppo bilancieri; ed e anche il punto di cui si parla piu spesso in officina per via del classico ticchettio. Un motore che ticchetta a freddo e tace una volta caldo e un motore il cui rumore si irrigidisce con l'aumentare dei giri indicano due guasti completamente diversi nella stessa zona. E' abitudine diffusa passare dal rumore direttamente alla registrazione delle valvole, ma la regolazione del gioco nella maggior parte dei casi corregge l'effetto, non la causa. Questa guida spiega, con il linguaggio del tecnico di officina, che cosa fa il gruppo, quale sintomo indica quale componente, la corretta sequenza di smontaggio e serraggio e le abitudini di manutenzione che ne determinano la durata.

Che cos'e il kit bilancieri e albero bilancieri? Funzione e principio di funzionamento

Il kit bilancieri e albero bilancieri e il gruppo completo della distribuzione che, nei motori dei veicoli commerciali pesanti, trasmette il moto proveniente dall'albero a camme alla valvola o al ponticello dell'iniettore, tramite l'asta di spinta oppure per contatto diretto; lavora tipicamente con un rapporto di leva compreso tra 1,4:1 e 1,8:1 ed e composto da bilancieri, albero portante, boccole, viti di registro ed elementi di fissaggio. Anche la regolazione del gioco valvole avviene attraverso questo gruppo e, nei motori diesel pesanti, si colloca generalmente nella fascia 0,2-0,8 mm.

Lo stesso gruppo di componenti viene chiamato in officina e nei cataloghi con piu nomi: bilanciere, braccio oscillante, rocker arm, albero dei bilancieri, asse bilancieri, gruppo bilancieri e, nelle versioni complete, kit albero bilancieri. Indipendentemente dal nome con cui viene cercato, il criterio di scelta non cambia: codice motore e numero di riferimento OE.

Il principio di funzionamento e quello della leva. La camma sull'albero a camme spinge verso l'alto una estremita del bilanciere, tramite punteria e asta di spinta; il bilanciere oscilla attorno al centro di rotazione sull'albero e, con l'altra estremita, la vite di registro o il rullo preme sullo stelo della valvola o sul ponticello, aprendo la valvola. La corsa breve del profilo della camma si trasforma, grazie al rapporto di leva, in una alzata maggiore sul lato valvola; quando si arriva sul cerchio base, la molla richiude la valvola. Poiche questo ciclo si ripete centinaia di volte al minuto anche al minimo, il gruppo bilancieri lavora costantemente sotto carico impulsivo.

Nei diesel per veicoli commerciali pesanti il gruppo bilancieri non ha il solo compito di aprire le valvole. Nell'architettura a iniettore-pompa (unit injector) un bilanciere dedicato preme il pistoncino di alta pressione dell'iniettore; nei motori dotati di freno motore, invece, il meccanismo aggiuntivo montato sul bilanciere di scarico svolge la funzione di decompressione. Per questo motivo sullo stesso albero possono trovarsi affiancati tre o persino quattro bilancieri con funzioni diverse, e non sono intercambiabili tra loro.

Come funziona la lubrificazione sull'albero?

Il kit bilancieri e albero bilancieri e collegato al circuito di lubrificazione in pressione del motore. L'olio passa dal canale ricavato nella testata al supporto dell'albero, da li entra nel foro assiale interno all'albero e si distribuisce sulla superficie della boccola attraverso i fori radiali in corrispondenza di ogni sede di bilanciere. La conseguenza pratica e questa: un problema di lubrificazione nella zona dei bilancieri non significa quasi mai "manca olio"; di solito significa che il foro e ostruito, che l'albero e stato montato al contrario oppure che la pressione dell'olio al minimo a caldo e scesa.

Differenza tra bilanciere a rullo e a pattino

Il kit bilancieri e albero bilancieri viene prodotto con due architetture di contatto fondamentali. Nei bilancieri a pattino il contatto con la valvola o con il ponticello avviene per attrito radente su una superficie sferica temprata; sono semplici e robusti, ma fortemente dipendenti dal film d'olio. Nei bilancieri a rullo il contatto avviene per rotolamento su un rullo con cuscinetto a rullini; le perdite per attrito sono ridotte e sono ammessi profili di camma piu aggressivi, ma il cuscinetto del rullo e sensibile all'olio sporco. Non e possibile sostituire l'uno con l'altro: l'altezza del bilanciere e il profilo della camma sono progettati insieme.

Componenti ed elementi accessori

• Bilanciere: corpo in acciaio stampato o in ghisa sferoidale; geometrie diverse per aspirazione, scarico e iniettore.
• Albero dei bilancieri (asse bilancieri): albero in acciaio temprato e forato internamente; funge da canale di distribuzione dell'olio.
• Boccola (bronzina di supporto): boccola in bronzo o composito inserita nel corpo del bilanciere; l'usura inizia qui.
• Vite di registro e controdado: elemento su cui si regola il gioco valvole.
• Rullo e cuscinetto a rullini: contatto con camma o ponticello nei bilancieri a rullo.
• Supporti dell'albero (cavalletti) e viti: elementi che fissano l'albero alla testata, nella maggior parte delle applicazioni serrati con angolo.
• Molle, rasamenti e anelli elastici: elementi che mantengono la posizione assiale dei bilancieri sull'albero.
• Ponticello valvole (traversino) e spina di guida: nelle testate a doppia valvola distribuisce il moto su due valvole.

Come si riconosce un guasto del kit bilancieri e albero bilancieri?

I guasti del kit bilancieri e albero bilancieri si manifestano quasi sempre prima con il rumore e solo dopo si riflettono sui dati prestazionali. L'errore piu frequente in officina e attribuire ogni ticchettio al gioco valvole; in realta l'aumento spontaneo del gioco e spesso la conseguenza dell'usura della boccola, della punta della vite di registro o del ponticello. La tabella seguente mette in relazione i sintomi rilevati in officina con le possibili cause e il metodo di verifica.

Diagnosi del gioco con lo spessimetro

Il kit bilancieri e albero bilancieri si diagnostica anzitutto misurando il gioco valvole a motore freddo, seguendo la sequenza di ciclo indicata dal costruttore. Il valore diagnostico non sta tanto nella misura del singolo cilindro quanto nella distribuzione tra i cilindri: se il gioco si e aperto in misura uguale ovunque si tratta di usura normale, se un solo bilanciere si discosta nettamente sono sospetti la sua boccola, la sua vite o il suo ponticello. La lamina dello spessimetro deve entrare parallela alla superficie di contatto e scorrere con un leggero attrito; una sensazione di "entra a forza" o "balla nel vuoto" indica un errore di misura.

Misura del gioco tra boccola e albero

Il kit bilancieri e albero bilancieri ha come vera coppia di usura la boccola del bilanciere e l'albero. Nella diagnosi in officina, a coperchio aperto, il bilanciere viene mosso a mano in senso radiale; un gioco percepibile indica gia il superamento del limite. La valutazione precisa si ottiene misurando il diametro dell'albero con micrometro e il diametro interno della boccola con comparatore per interni, quindi calcolando la differenza. Lo scavo localizzato (gradino) che si forma sull'albero nelle zone di appoggio dei bilancieri emerge alla misura anche quando e troppo piccolo per essere visto a occhio; per questo sostituire solo i bilancieri lasciando l'albero usurato e un errore diagnostico frequente.

Verifica del percorso di lubrificazione

Il kit bilancieri e albero bilancieri, in presenza di usura ricorrente, impone di estendere la diagnosi fino al circuito dell'olio. Ad albero smontato si controllano con aria compressa i fori olio assiali e radiali; morchia e fanghi d'olio si accumulano proprio in questi fori. Sul motore, invece, e determinante la pressione dell'olio misurata al minimo a caldo; una pressione al limite si manifesta per prima proprio sul gruppo bilancieri, che e l'utenza piu lontana. Scoprire che la vera causa dei bilancieri usurati e un intervallo di cambio olio prolungato e una delle situazioni piu comuni in officina.

Come si sostituisce il kit bilancieri e albero bilancieri? Passo dopo passo

1. Mettete il veicolo in sicurezza e fate raffreddare il motore: inserite il freno di stazionamento, calzate le ruote, spegnete il motore e attendetene il raffreddamento. Staccate il polo negativo della batteria. Nelle applicazioni che richiedono il ribaltamento della cabina inserite sempre il fermo di sicurezza del ribaltamento.
2. Liberate l'accesso e rimuovete il coperchio: smontate, etichettandoli, il coperchio superiore motore, i tubi dell'aria, le canaline dei cavi e, se necessario, i connettori degli iniettori. Allentate le viti del coperchio punterie in modo graduale dall'esterno verso l'interno e, aperto il coperchio, asciugate la zona con un panno pulito; i fanghi d'olio falsano sia la misura sia il montaggio. Nella maggior parte delle applicazioni la guarnizione del coperchio e monouso.
3. Effettuate le misure prima dello smontaggio: annotate i giochi valvole esistenti cilindro per cilindro. Questa registrazione e il modo piu rapido per capire se il guasto riguarda un solo bilanciere o l'usura generale e funge da riferimento per il confronto dopo il montaggio.
4. Allentate gradualmente le viti dei supporti dell'albero: allentate le viti non in una sola volta, ma in piu passate e in modo simmetrico dall'interno verso l'esterno. Poiche le molle delle valvole spingono l'albero verso l'alto, un allentamento rapido da un solo punto puo piegare l'albero o incrinare il supporto.
5. Estraete il gruppo albero in un pezzo unico e marcatelo: albero, bilancieri e supporti vanno rimossi possibilmente insieme; ogni bilanciere va marcato con il numero di cilindro e l'indicazione aspirazione/scarico e disposto in ordine su un vassoio. Se le posizioni si confondono, le superfici di contatto ormai assestate non combaciano piu.
6. Controllate aste di spinta e ponticelli: verificate la rettilineita delle aste di spinta facendole rotolare su una superficie piana e controllate a vista le sfere delle estremita. Verificate la presenza di vaiolature sui ponticelli valvole e di usura sulla spina di guida; se si rinnova il bilanciere lasciando un ponticello usurato, il rumore torna in breve tempo.
7. Valutate il gruppo smontato con misure: misurate il diametro dell'albero nelle zone di appoggio dei bilancieri e il diametro interno delle boccole con il comparatore. Se sulla superficie di contatto del bilanciere ci sono vaiolature, se la punta della vite di registro e scavata, se il rullo gira con durezza o mostra colore da surriscaldamento, il pezzo va sostituito; se l'usura riguarda piu bilancieri, la sostituzione dell'intero kit e la scelta corretta.
8. Preparate il kit nuovo lubrificandolo: verificate che i fori olio del nuovo albero siano aperti e privi di bave; applicate olio motore pulito o la pasta di montaggio consigliata dal costruttore su albero, boccole e superfici di contatto. Il montaggio a secco lascia rigature permanenti nei primi secondi di funzionamento.
9. Posizionate l'albero facendo attenzione all'orientamento: i fori dell'olio e la spina di riferimento consentono un solo orientamento corretto; un albero montato al contrario scarica l'olio dentro il coperchio anziche sulle boccole. Verificate a vista che le aste di spinta siano alloggiate nelle rispettive sedi e che i bilancieri siano centrati sul ponticello.
10. Serrate nella sequenza e alla coppia corrette: serrate le viti dei supporti nella sequenza indicata dal costruttore, dall'interno verso l'esterno e in almeno due passate; in molti motori per veicoli commerciali pesanti l'ultima passata e un serraggio angolare (coppia + gradi) e queste viti possono essere monouso. I requisiti di precisione e taratura degli attrezzi di serraggio sono definiti dalla famiglia di norme ISO 6789; verificate la validita della taratura della chiave che state usando.
11. Registrate il gioco valvole e richiudete: regolate i giochi a motore freddo, seguendo la sequenza di ciclo del costruttore; nel serrare il controdado verificate con lo spessimetro che la registrazione non sia slittata. Rimontate il coperchio con guarnizione nuova, avviate il motore e tenete sotto controllo rumore e pressione olio al minimo, quindi ricontrollate i valori dopo un breve giro di prova.

Quali sono gli errori piu frequenti nella sostituzione del kit bilancieri e albero bilancieri?

• Confondere la posizione dei bilancieri: quando una superficie di contatto gia assestata si trova su una valvola diversa inizia un'usura accelerata; l'etichettatura durante lo smontaggio non va trascurata.
• Scambiare il bilanciere di aspirazione con quello di scarico: anche se l'aspetto esterno e simile, il rapporto di leva e la geometria di contatto sono diversi; il campo di registro non si raggiunge.
• Serrare le viti dei supporti in una sola volta: un serraggio asimmetrico contro la resistenza delle molle valvole piega l'albero e crea rischio di cricche nel supporto.
• Saltare la procedura di serraggio angolare: le viti serrate con la logica del "piu o meno la stessa coppia" si allentano nel tempo; il riutilizzo di una vite monouso comporta lo stesso rischio.
• Montaggio a secco o invertito: un albero fatto girare senza lubrificazione si riga nei primi secondi; su un albero montato al contrario i fori dell'olio mancano il bersaglio.
• Ignorare ponticello, asta di spinta e stelo valvola: la catena dell'usura non si limita al solo bilanciere; il rumore torna in breve tempo.
• Serrare il controdado senza trattenere la vite di registro: la vite gira, la registrazione slitta e la misura va persa.
• Sostituire solo il pezzo senza indagare la causa profonda: se persistono bassa pressione olio o intervalli di cambio olio prolungati, anche il kit nuovo avra la stessa durata.

Valori tecnici e punti di controllo del kit bilancieri e albero bilancieri

I valori riportati di seguito per il kit bilancieri e albero bilancieri sono intervalli di riferimento generali, frequenti nei motori diesel per veicoli commerciali pesanti. Famiglia di motori, fascia di emissioni, dispositivo di freno motore e anno di produzione modificano sensibilmente questi intervalli; per il dato esatto fa fede il manuale di assistenza aggiornato specifico del codice motore. Il materiale del corpo del bilanciere e dell'albero rientra generalmente nella classe degli acciai da bonifica (famiglia di norme EN 10083) o della ghisa sferoidale ad alta resistenza (famiglia di norme EN 1563), mentre la rugosita delle superfici di contatto viene indicata secondo le definizioni ISO 4287. Questi riferimenti normativi descrivono la classe del materiale e non vincolano un componente specifico: il dato preciso su materiale e finitura superficiale va verificato sul relativo catalogo OE.

• I giochi valvole sono equilibrati tra i cilindri o un singolo bilanciere si discosta?
• Muovendo i bilancieri a mano sull'albero si avverte un gioco radiale percepibile?
• Sulla superficie dell'albero, nelle zone di appoggio dei bilancieri, si vedono gradini, rigature o colore da surriscaldamento?
• I fori olio assiali e radiali dell'albero sono aperti, ci sono depositi di morchia?
• Le superfici di contatto di punta della vite di registro, rullo e ponticello valvole presentano vaiolature?
• Le aste di spinta sono rettilinee, le sfere delle estremita sono integre?
• Le viti dei supporti presentano tracce di allentamento, allungamento o danni al filetto?
• La pressione olio al minimo a caldo rientra nella fascia attesa; nel filtro dell'olio e nella coppa ci sono particelle color bronzo o metalliche lucide?

Come si esegue la manutenzione del kit bilancieri e albero bilancieri e se ne allunga la durata?

Per il kit bilancieri e albero bilancieri non esiste un intervallo di sostituzione fisso definito; a determinarne la durata sono tre cose: la pulizia dell'olio, la continuita della pressione dell'olio e l'esecuzione periodica della registrazione delle valvole. Un gruppo sottoposto a manutenzione regolare puo lavorare senza problemi per tutta la vita utile del motore. Al contrario, intervalli di cambio olio prolungati e registrazioni valvole saltate accelerano l'usura: piu il gioco cresce, piu aumenta l'urto; piu aumenta l'urto, piu rapidamente si usura la boccola, e il processo entra in un circolo che si autoalimenta.

• Disciplina su olio e filtro olio: il gruppo bilancieri e una delle utenze piu lontane del circuito dell'olio; e qui che si manifestano per primi gli effetti di un olio sporco e con viscosita degradata. L'intervallo del costruttore non va superato.
• Viscosita corretta e olio approvato OE: uscire dalle specifiche presenti nella lista di approvazione del costruttore del motore puo portare alla rottura del film d'olio al minimo a caldo.
• Eseguire periodicamente la registrazione delle valvole: la registrazione non e solo un'operazione per eliminare il rumore, e manutenzione preventiva. Un gioco corretto limita il carico impulsivo e allunga la vita sia del bilanciere sia della valvola.
• Registrare le misure durante la registrazione: annotare i valori misurati a ogni manutenzione evidenzia precocemente la tendenza all'usura; un bilanciere che devia improvvisamente viene individuato prima del guasto.
• Monitorare la pressione dell'olio: un calo di pressione al minimo a caldo e l'avvertimento da cogliere nella zona dei bilancieri prima ancora che compaia il rumore.
• Eseguire un controllo completo a coperchio aperto: se il coperchio e comunque gia smontato, vanno esaminati anche ponticelli, aste di spinta e superficie di tenuta; aprire il coperchio una seconda volta significa ripetere tutta la manodopera.
• Non sollecitare il motore a freddo: girare ad alti regimi prima che l'olio si scaldi aumenta il carico impulsivo proprio nel momento in cui il film e piu debole.

Nelle flotte l'approccio piu efficiente e pianificare il gruppo bilancieri non come singolo pezzo ma come un insieme di lavoro. Valutare insieme, quando il coperchio e aperto, bilancieri, albero, boccole, viti di registro e, se necessario, ponticelli valvole costa molto meno che riportare il veicolo in officina una seconda volta qualche mese dopo.

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