Potenza e coppia motore: cosa sono e quali differenze

Prosegue il nostro viaggio alla scoperta del motore a scoppio, in particolare di quello a Ciclo Otto. Dopo aver definito le sue parti principali, il suo funzionamento e le sue misure caratteristiche, è il momento di parlare del rendimento e di due valori fondamentali, la potenza e la coppia. Questi dati sono molto spesso al centro dei discorsi degli appassionati, ma altrettanto spesso vengono definiti in maniera errata, oppure interpretati in modo scorretto. Vediamo, quindi, di fare chiarezza.

Articolo aggiornato il 26 ottobre 2020 alle ore 8:00

MOVIMENTO RETTILINEO E DI ROTAZIONE

Il motore genera una certa quantità di energia meccanica nell’unità di tempo, perché i pistoni, spinti verso il basso dalla pressione dei gas in espansione, trasmettono forza (tramite la biella) all’albero a gomiti. Questa forza viene applicata a una data distanza dall’asse di rotazione, determinando così una coppia motrice. In altre parole, il movimento rettilineo del pistone viene trasformato in movimento di rotazione dal sistema biella-albero a gomiti; così la forza diventa coppia, che si può definire anche come momento torcente. Essa è il prodotto della forza per la distanza tra il punto dove essa agisce e l’asse di rotazione del corpo al quale essa è applicata. È importante notare che una coppia può essere esercitata anche senza che ci sia movimento.

COS’E’ LA COPPIA

Facciamo un esempio per capire meglio. Quando si prende in mano un cacciavite e si cerca di allentare una vite, nel momento stesso in cui si gira la mano in senso antiorario si applica una coppia. Se la vite non vuole svitarsi, si può aumentare la forza (e quindi la coppia), oppure si può prendere un cacciavite dotato di un’impugnatura più grossa: così facendo si aumenta il raggio di manovella e quindi cresce anche la coppia applicata.

COS’E’ LA POTENZA

La coppia espressa sull’albero a gomiti si può aumentare con una trasmissione a ingranaggi (il cambio); il guadagno, tuttavia, avviene a spese della velocità di rotazione. Infatti, il lavoro che può essere compiuto nell’unità di tempo (la potenza) non cambia. Nello specifico, il valore della potenza si ottiene moltiplicando la coppia per la velocità di rotazione. La potenza specifica, invece, è un valore che si ottiene dividendo la potenza erogata per la cilindrata. Indica quanti cavalli avrebbe quel motore con una cilindrata di 1.000 cc. È il parametro motoristico più comune per valutare le performance di un motore.

LA TRASMISSIONE

Chiariti questi due concetti possiamo capire bene a che cosa serve il cambio. Innanzitutto, la coppia prodotta dal motore viene subito incrementata grazie alla trasmissione primaria, che fornisce una riduzione per cui l’albero di entrata del cambio gira più lentamente dell’albero a gomiti. Di conseguenza la coppia che arriva la cambio è più alta di quella che scaturisce dal motore. Il cambio, a sua volta, con i suoi diversi rapporti permettere d’incrementare la coppia a seconda del numero dei giri; il guadagno sarà massimo nel primo rapporto.

CURVE CARATTERISTICHE COPPIA POTENZA

Le curve caratteristiche sono dei grafici che indicano la coppia e la potenza erogate dal motore in funzione del regime di rotazione, nella condizione di funzionamento con la valvola del gas completamente aperta. La coppia tende ad aumentare fino a una certa velocità di rotazione, dopodiché raggiunge il valore massimo e inizia a calare. Allo stesso tempo, però, la potenza continua ad aumentare, poiché la diminuzione della coppia è superata dall’incremento del regime di rotazione. Successivamente anche la potenza raggiunge il suo valore massimo, poi inizia a decrescere, perché la velocità con cui la coppia diminuisce è tale da non poter essere compensata da un ulteriore aumento del regime. Se pensiamo che durante il funzionamento del motore, c’è una sola fase utile (in cui viene fornita energia meccanica all’albero a gomiti) per ciclo, capiamo subito che la trasformazione di energia è pulsante e non continua. Per questo i motori con meno di 4 cilindri hanno quasi sempre una erogazione più irregolare. Ma anche nei propulsori a 4 cilindri – in cui a ogni fase avviene uno scoppio – c’è necessità di regolarizzare la rotazione dell’albero a gomiti. Il componente fondamentale è il volano, ma si possono anche utilizzare dei contralberi.