I motori con una corsa più lunga hanno più tiro ai medi regimi?

di Massimo Clarke

In genere - ovviamente a parità di cilindrata - sì, ma non per il fatto di essere a corsa lunga! Semplicemente, perché hanno le valvole più piccole. E questo, in genere, perché più grandi non ci stanno | Massimo Clarke

di Massimo Clarke

5 maggio 2011

Aumentando la corsa, se la cilindrata deve rimanere immutata, diminuisce l’alesaggio. E quindi anche lo spazio a disposizione delle valvole. Ciò significa che i condotti, a loro volta, hanno un diametro minore. Questo si traduce in una maggiore velocità media teorica dell’aria che viene aspirata nel motore, a parità di regime di rotazione. Quella ottimale ai fini della respirazione del motore in questo caso viene raggiunta a un regime più basso, rispetto a quello che si avrebbe se le valvole fossero più grandi.

È giusto parlare di velocità “media” e “teorica” in quanto in effetti il moto dei gas nei condotti dei motori a pistoni è pulsante. La velocità varia di continuo e quello al quale, per praticità, si fa riferimento è un valore medio, ottenuto mediante un semplice calcolo. Siccome il diametro del condotto non è costante per tutta la sua lunghezza, sempre per ragioni di praticità nel calcolo ci si riferisce alla sezione ristretta (in corrispondenza della parte interna della sede o subito a monte di essa) o, meno frequentemente, al passaggio tra sede e valvola, quando quest’ultima è alla massima alzata.
La velocità media teorica dell’aria (a valle del corpo farfallato, a rigore si dovrebbe parlare di miscela aria-benzina) è proporzionale alla velocità media del pistone, che per una data corsa varia solo in funzione del regime di rotazione.

La curva che indica l’andamento del rendimento volumetrico in funzione del regime di rotazione sale gradualmente, fino a raggiungere il valore massimo (in corrispondenza di una certa velocità dell’aria nel condotto), superato il quale inizia a scendere. Al crescere della velocità della colonna gassosa aumenta la sua inerzia, e questo è vantaggioso; da un certo punto in poi, però, continuando ad aumentare la velocità, le perdite di carico diventano sempre più elevate, penalizzando la respirazione del motore in misura via via crescente.

In effetti la situazione è più complessa, e ci sono altri fattori in gioco (spicca come ovvio il “gioco” delle onde); queste sono solo considerazioni schematiche e di massima, ma comunque senz’altro indicative. In questo modo si spiega anche il fatto che il valore ottimale, per quanto riguarda la velocità media teorica dell’aria aspirata, non è rigorosamente fissato, ma varia a seconda dei casi, pur rimanendo all’interno di un campo relativamente ristretto. Poi ci sarebbero anche delle considerazioni di altro tipo, da fare, oltre a quelle di ordine fluidodinamico, parlando del rapporto corsa/alesaggio.

A questo punto, qualche numero. Indicativamente, nei moderni motori di alte prestazioni la potenza

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massima si ottiene con velocità medie dell’aria dell’ordine di 80 – 110 metri al secondo (dunque, la coppia massima si ha con velocità minori, ma in diversi casi la differenza non è molta). Per avere un’idea di cosa accade all’interno dei condotti di aspirazione, basta pensare che 100 m/s corrispondono a 360 km/h. Dunque, le colonne gassose subiscono delle accelerazioni positive e negative impressionanti, che si susseguono con estrema rapidità (a 12000 giri/min ogni valvola si apre e si chiude 100 volte al secondo!).

I motori a corsa molto corta, nei quali l’alesaggio è cospicuo, consentono di raggiungere regimi di rotazione più elevati, a pari velocità media del pistone, e quindi con analoghe sollecitazioni meccaniche, rispetto a quelli con un rapporto C/D più alto (ovvero con una corsa maggiore, ferma restando la cilindrata). Inoltre, permettono l’installazione di valvole più grandi, e quindi l’ottenimento di un ottimo rendimento volumetrico a un regime molto elevato. Ciò si traduce in una maggiore potenza specifica. In effetti, i rapporti corsa/alesaggio assai bassi che caratterizzano i motori sportivi (per non parlare di quelli da corsa) vengono adottati proprio per questa ragione. Di conseguenza vengono montate sempre le valvole più grandi che è fisicamente possibile installare, o quasi. Se però si dotasse un motore a corsa corta di valvole piccole come quelle adottate su uno a corsa lunga, di eguale cilindrata e con architettura costruttiva e caratteristiche del tutto simili, sarebbe possibile ottenere una coppia tutto sommato analoga, tanto come valore massimo che come andamento della curva!

Per concludere, poniamo in altri termini la domanda: è vero che per avere più coppia ai medi regimi, ferma restando la cilindrata, è necessario adottare un rapporto corsa/alesaggio più alto? In questo caso, la risposta è negativa!