MOTORE AUTO

Il rendimento e le prestazioni di un motore: come si ottengono?

Quali sono le misure e i parametri caratteristici di un motore? Come influenzano il suo rendimento e le sue prestazioni?

4 agosto 2020 - 8:00

Nelle due puntate precedenti abbiamo scoperto come è fatto un motore, nelle sue parti principali e abbiamo affrontato il tema della combustione, descrivendo le quattro fasi del motore a Ciclo Otto. Ora è il momento di approfondire, andando a scoprire quali sono i parametri che influenzano il rendimento e quindi le prestazioni di un motore. Del rapporto di compressione, dell’alesaggio e della corsa abbiamo già dato definizione, adesso cerchiamo di capire che cosa varia a secondo delle loro dimensioni.

Articolo aggiornato il 4 agosto 2020 ore 08:00

LA CILINDRATA, RENDIMENTO E PRESTAZIONI DI UN MOTORE

Il diametro del cilindro (alesaggio) e la distanza tra PMI e PMS (la corsa), definiscono la cilindrata unitaria di un singolo cilindro, secondo la formula “metà dell’alesaggio al quadrato per pigreco, moltiplicato per la corsa”. Ovviamente, per ottenere la cilindrata totale di un motore, bisogna moltiplicare la cilindrata unitaria per il numero dei cilindri. In un epoca di diffusione dei propulsori modulari, come è la nostra, facendo qualche rapido calcolo si possono scoprire le parentele tra motori che differiscono tra loro solo per numero e disposizione di cilindri. Ad esempio, a partire dal 2014, BMW avrà tre motori diversi dalla stessa cilindrata unitaria: un 1.5 3 cilindri, un 2.0 4 cilindri e un 3.0 6 cilindri. I vantaggi quanto a condivisione dei componenti e abbattimento dei costi di progettazione risultano evidenti.

RAPPORTO ALESAGGIO E CORSA DI UN MOTORE

Il rapporto alesaggio/corsa è uno dei parametri che più caratterizzano un motore. Quando l’alesaggio supera la corsa si parla di motore “super quadro”, quando i valori sono identici abbiamo un motore “quadro”, infine se la corsa è maggiore dell’alesaggio si ha un motore “sotto quadro”. A parità di numero di cilindri, di cilindrata e di regime di rotazione, un motore sotto quadro è meno sollecitato meccanicamente di quello super quadro. Al contrario, se il rapporto aumenta si possono utilizzare valvole di aspirazione e di scarico più grandi, una misura imprescindibile quando si va alla ricerca delle prestazioni.

VELOCITA’ MEDIA DEL PISTONE

Per sapere a quali sollecitazioni meccaniche sono sottoposti i pistone, i segmenti, le bielle, l’albero a gomito e i cuscinetti, si può iniziare calcolando la velocità media del pistone, che si esprime in metri al secondo. Bisogna moltiplicare la corsa per la velocità di rotazione del motore e dividere il risultato per 30.000. Nella produzione di serie sono comuni valori compresi tra i 18 e i 23 m/s, mentre oltre questa soglia e fino a circa 29 m/s si entra nel campo dei motori da competizione.

PRESSIONE MEDIA EFFETTIVA NEL MOTORE

Il valore della pressione media effettiva (PME) stabilisce l’energeticità delle singole fasi utili, nel caso di un motore a quattro tempi quelle di espansione. Più il motore brucia con efficienza la miscela aria/benzina, più la PME sale. Anche la potenza, se misurata in kW, è direttamente proporzionale alla PME, ovviamente a parità di cilindrata e regime di rotazione. La pressione media effettiva si esprime in bar e differisce dalla pressione media indicata (PMI), in quanto quest’ultima non tiene conto delle perdite organiche, ovvero quelle legate agli attriti, alle forze d’inerzia degli organi e alla potenza necessaria a muovere gli ausiliari. 

LA DISPOSIZIONE DEI CILINDRI

In campo automotive alle disposizioni dei cilindri più tradizionali se ne sono affiancate altre più fantasiose. Quella più comune è sicuramente la disposizione in linea, tipicamente a 4 cilindri e secondariamente a 2, a 3,a 5, a 6 e, in passato, anche a 8 cilindri. Molto diffusa anche la disposizione a V, in maniera maggiore a 6 e 8 cilindri, ma anche a 4 a 10 e a 12. Più rara, invece, la disposizione boxer, attualmente utilizzata dai motori Porsche (a 6 cilindri) e dai motori Subaru (a 4 cilindri); ma in passato abbiamo visto applicazioni anche a 12 cilindri. Infine, c’è la disposizione a W, portata nel mondo automotive dal Gruppo Volkswagen, che produce sia una W12 che un W16.

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