Motori bicilindrici paralleli: guerra alle vibrazioni

In effetti la situazione è ancora più complessa. In aggiunta a quelle appena descritte, cioè alle forze d’inerzia del primo ordine, ci sono anche quelle del secondo ordine.
Sono di entità notevolmente minore ma in certi casi possono originare vibrazioni fastidiose. Vengono originate dal movimento della biella che, inclinandosi ora da un lato e ora dall’altro rispetto all’asse del cilindro influisce considerevolmente sulla legge del moto del pistone. In pratica, l’inclinazione della biella determina una accelerazione che si somma algebricamente a quella dovuta al solo spostamento verticale del perno di manovella. Fermo restando il regime di rotazione, quando parte dal punto morto superiore (PMS) il pistone accelera più forte di quando parte dal punto morto inferiore (PMI)! Se la biella non si inclinasse ma rimanesse sempre verticale le forze del secondo ordine non ci sarebbero!
Per completare il quadro, nei policilindrici ci sono anche le coppie, da equilibrare…

Per abbattere le vibrazioni nei monocilindrici e negli altri motori nei quali la sola contrappesatura dell’albero non è sufficiente a eliminare le forze perturbanti, occorre adottare un equilibratore dinamico. Si impiegano cioè uno o più alberi rotanti con masse eccentriche opportunamente disposte o un organo ausiliario di altro genere, che in genere è costituito da una massa oscillante che viene mossa da una “falsa biella” (sistema detto in gergo “a batacchio”).

In questo modo si generano forze che agiscono in senso opposto rispetto a quelle squilibranti, col risultato di annullarne gli effetti.

Via con i bicilindrici paralleli

Ormai da alcuni decenni gli equilibratori dinamici sono una realtà importante e consolidata nel panorama tecnico del nostro settore. Sulle moto hanno esordito per merito della Yamaha che li ha utilizzati sui motori bicilindrici in linea di due modelli dei primi anni Settanta.
Gli alberi ausiliari di equilibratura erano due (controrotanti) nella sfortunata TX 750, dotata di manovelle a 360°. Questa moto è entrata in produzione nel 1973 ed è stata seguita pochi mesi dopo dalla TX 500 con testa bialbero a quattro valvole per cilindro; in questo caso le manovelle erano a 180° e veniva utilizzato un solo albero di equilibratura munito di due masse eccentriche.

Perché gli equilibratori dinamici iniziassero ad affermarsi davvero su vasta scala non è stato necessario attendere molto. La Kawasaki ha rapidamente adottato sulla KZ 400 la soluzione a due alberi ausiliari, collocati in maniera simmetrica nel basamento, uno davanti e l’altro dietro all’albero a gomiti, che aveva le manovelle a 360°.
Poco dopo è stata la volta della Suzuki che sulla GS 400, rapidamente evolutasi nella 450, ha optato per manovelle a 180° e di conseguenza per lo schema con un singolo albero di equilibratura.

Nel 1977 sono state presentate le Honda CB 400 T e N a due cilindri paralleli con manovelle a 360°, dotate di due alberi ausiliari. Ormai la strada era chiaramente indicata e negli anni successivi hanno fatto la loro comparsa diversi modelli a due cilindri paralleli muniti di equilibratori dinamici.

Quando le manovelle erano a 360° si impiegavano due alberi ausiliari di equilibratura, rotanti entrambi con la stessa velocità ma in senso opposto rispetto all’albero a gomiti. Quando invece erano a 180° veniva utilizzato un solo albero ausiliario (anche in questo caso la velocità era uguale a quella dell’albero a gomiti e il senso di rotazione era opposto), di norma azionato mediante una coppia di ingranaggi.

Quando le manovelle sono a 360° quelle che è importante equilibrare sono le forze d’inerzia del primo ordine mentre quando esse sono a 180° quella da bilanciare è una coppia, che si genera in quanto gli assi dei due cilindri sono inevitabilmente a una certa distanza uno dall’altro. In questo caso infatti un pistone sale al PMS (e quindi tende a tirare verso l’alto il relativo perno di manovella) mentre l’altro scende al PMI (e quindi tende a spingere verso il basso la sua manovella). Dopo mezzo giro dell’albero a gomiti la situazione si inverte e così via. Di conseguenza il motore tende ad oscillare alternativamente in senso trasversale. In altre parole, si crea una coppia squilibrata. Con un albero ausiliario a due masse è possibile originare forze che agiscono in senso opposto ed ottenere così una efficace bilanciatura.

Tra i bicilindrici paralleli apparsi negli ultimi anni va menzionato in particolare il BMW F800 bialbero raffreddato ad acqua, nel quale le manovelle sono a 360°. Per abbattere le vibrazioni i progettisti in questo caso hanno optato per un sistema “a batacchio”, con una falsa biella centrale montata su un perno eccentrico e collegata a una leva oscillante piazzata inferiormente e dotata di una massa di equilibratura.
Questa scelta, molto razionale ed efficiente, ha reso necessario l’impiego di quattro supporti di banco, con la falsa biella collocata tra quelli centrali. Inoltre tale soluzione ha indubbiamente influito sulla scelta dei tecnici di adottare un sistema di lubrificazione a carter secco, con poco olio all’interno del basamento, cosa che riduce drasticamente lo sbattimento.

Di recente sono entrati in scena alcuni bicilindrici paralleli con manovelle dell’albero a gomiti disposte in maniera non convenzionale. In altre parole, né a 360° né a 180°. L’idea in questo caso è quella di avere un pistone che viaggia con elevata velocità mentre l’altro si ferma momentaneamente in corrispondenza di un punto morto per invertire il senso del suo movimento. Per intenderci, un pistone “fa da volano” all’altro. Per ottenere questo si dispongono le manovelle a 270°.

In questi casi le esigenze di equilibratura sono intermedie tra quelle dei bicilindrici paralleli con manovelle a 360° e di quelli con manovelle a 180°. Per ottenere una buona bilanciatura in genere è sufficiente impiegare un solo albero ausiliario con masse eccentriche opportunamente disposte. Le manovelle possono anche essere disposte in maniera differente da quelle fin qui indicate. Nel 2011 ha fatto la sua comparsa la Husqvarna a due cilindri paralleli di 900 cm³ con manovelle a 315° e una rumorosità di scarico non molto dissimile da quella di un bicilindrico a V….