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Regimi di Rotazione – Parte 1


SEMPRE PIU’ GIRI

Per migliorare le prestazioni dei moderni motori a quattro tempi si cerca prima di tutto di ottenere un regime di rotazione più elevato. Scopriamo perché e come si può fare

La potenza erogata dal motore non è altro che il prodotto della coppia per il regime di rotazione. Dunque, per aumentarla occorre far crescere una di queste due “voci” (ferma restando, più o meno, l’altra) in modo da incrementare il prodotto in questione. Meglio ancora, ovviamente, se crescono tutte e due… La coppia a sua volta dipende direttamente dalla cilindrata, dalla efficienza del motore come trasformatore di energia (deve convertire la maggior parte possibile del calore sviluppato dalla combustione in energia meccanica), dalla quantità di combustibile che viene bruciata ad ogni ciclo e dal rendimento meccanico. Quest’ultimo è costituito dal rapporto tra la potenza disponibile all’uscita del motore e quella raccolta dal pistone. La quantità di combustibile che viene bruciata a ogni ciclo è legata alla respirazione del motore, ovvero al suo rendimento volumetrico. Al crescere della velocità di rotazione aumenta il numero di fasi utili che si svolgono nell’unità di tempo, ed è per questo che la potenza del motore sale. Esso deve però continuare a respirare bene, convertire efficacemente il calore in energia meccanica e perdere poca di quest’ultima lungo la strada che porta dai pistoni all’uscita del motore stesso. In caso diverso, le singole fasi utili risultano meno vigorose e la coppia diminuisce; a un certo punto questa diminuzione può diventare tale che il prodotto della coppia per il regime decresce anche continuando ad aumentare il regime, e la potenza quindi cala.

MOTORE
Per dare tanti cavalli un motore deve respirare bene, avere pochi attriti interni e girare forte. Lo stato dell’arte, per quanto riguarda le soluzioni costruttive, è ben rappresentato dal BMW K1200. Si osservino i bilancieri a dito.

TEMPI BREVISSIMI TRA UNA FASE E QUELLA SUCCESSIVA

Sedi valvole GIRI EL
VALVOLE MAGGIORATE Per ottenere un buon rendimento volumetrico quando il motore gira forte sono essenziali valvole di aspirazione di grandi dimensioni (anche la loro alzata è importante).

I motori delle motoGP, che hanno una cilindrata unitaria di 250 cm3 (1000 : 4 = 250), erogano la potenza massima a regimi superiori a 16.000 giri/min; alcuni raggiungono velocità di rotazione anche dell’ordine di 18.000 giri/min. I 600 quadricilindrici delle supersportive di serie (cilindrata unitaria = 150 cm3) forniscono la potenza massima a regimi di 13.000 – 13.500 giri/min e possono arrivare in fuorigiri dalle parti di 16.000 – 16.500 giri/min.
Nei moderni motori di altissime prestazioni i tempi a disposizione per lo svolgimento delle varie fasi del ciclo di funzionamento sono quindi brevissimi. A 12.000 giri/min ogni pistone compie 400 corse al secondo (dunque, ogni corsa viene coperta in 2,5 millisecondi!) e ogni valvola si apre e si richiude 100 volte al secondo. Non è facile ottenere rendimenti volumetrici elevatissimi quando il regime diventa particolarmente alto, proprio a causa dei tempi estremamente ridotti. E diventa progressivamente più difficile evitare che il rendimento meccanico scenda fino a raggiungere valori inaccettabili (le perdite per attrito e per pompaggio aumentano con legge esponenziale, al crescere della velocità di rotazione). Le forze d’inerzia, che dipendono dalla massa delle parti in moto alterno e dalle accelerazioni che esse subiscono, crescono sempre più al salire del regime (aumentano infatti col quadrato della velocità), raggiungendo valori impressionanti.

Engine R6
RETTILINEI Le dimensioni e la conformazione dei condotti di aspirazione, qui ben apprezzabili, sono di importanza fondamentale ai fini della respirazione del motore alle alte velocità di rotazione, e quindi della potenza

MOLTO MEGLIO A CORSA CORTA (E CON PIU’ CILINDRI)

Per poter girare molto forte, un motore deve respirare bene “in alto”, avere ridotte (per quanto possibile) perdite meccaniche alle elevate velocità ed essere in grado di sostenere impunemente sollecitazioni meccaniche molto cospicue (ma anche termiche, dato che aumenta la quantità di calore che viene sviluppata nell’unità di tempo). Esistono quindi dei limiti per quanto riguarda la percorribilità di questa strada, e sono costituiti fondamentalmente dall’entità delle sollecitazioni in gioco e dalla “capacità respiratoria” del motore. In merito a quest’ultima, si faceva spesso riferimento alla velocità media (teorica) dei gas nei condotti di aspirazione (oltre un certo valore non conveniva salire) ma poi si è passati all’indice di Mach, che consente di effettuare valutazioni notevolmente più accurate; esso consente infatti di sapere con notevole precisione quando un motore entra in crisi di respirazione. Ne parleremo in dettaglio quando tratteremo il rendimento volumetrico.

Un fattore di notevole importanza, che i tecnici tengono sempre in debito conto in fase di progetto, è il rapporto corsa/alesaggio. A parità di cilindrata totale e di numero di cilindri, il motore nel quale tale rapporto è più basso risulta avvantaggiato, in quanto consente di raggiungere regimi più elevati a parità di sollecitazioni meccaniche (la corsa è minore) e permette anche di ottenere una migliore respirazione alle velocità di rotazione molto alte dato che le sezioni di passaggio a disposizione dei gas sono maggiori (si possono montare valvole più grandi in quanto l’alesaggio è superiore). Nei motori di serie a quattro cilindri, con riferimento specifico a quelli giapponesi (tutti in linea), che poi vengono impiegati anche nel mondiale Superbike, tale rapporto è compreso tra 0,696 (Yamaha R1) e 0,804 (Suzuki GSX-R). Con tutta probabilità i tecnici vorrebbero scendere più in basso, ma poi il motore diventerebbe troppo largo (a causa dell’aumentato alesaggio), il che penalizzerebbe la guidabilità.

Albero a camme GIRI ELSI PARTE DAGLI ALBERI A CAMME
A determinare la velocità di rotazione del motore sono principalmente gli alberi a camme; una fasatura di distribuzione molto spinta fa sì che il motore respiri meglio proprio agli alti regimi
Pistone GIRI ELMENO ATTRITO
Nei motori veloci le bielle e i pistoni sono estremamente sollecitati. Pistoni con altezza ridotta contribuiscono a limitare le perdite per attrito.
Condotti GIRI EL
MENO PERDITE Condotti di aspirazione grandi e per quanto possibile rettilinei sono essenziali (assicurano un migliore riempimento e minori perdite per pompaggio ai regimi molto elevati).

Nelle 600 supersportive la minore cilindrata consente di adottare un rapporto corsa/alesaggio più basso (0,634 per tutti i quadricilindrici). Nei bicilindrici, che hanno in genere una architettura a V, il problema dell’ingombro trasversale non esiste; le cospicue cilindrate unitarie obbligherebbero però ad impiegare alesaggi davvero eccessivi, se il rapporto in questione diventasse molto radicale. Si han-no quindi valori dell’ordine di 0,62 – 0,67 (sempre con riferimento ai motori di serie destinati a scendere anche in pista). Per quanto riguarda il frazionamento del motore, è chiaro che, ferma restando la cilindrata totale (e adottando rapporti corsa/alesaggio analoghi), aumentando il numero dei cilindri si possono raggiungere regimi di rotazione più elevati (le corse sono minori e anche le masse in movimento sono più basse). A questo punto sono chiare le principali ragioni per le quali i motori motociclistici con potenze specifiche più alte sono quadricilindrici e hanno un alesaggio notevolmente superiore alla corsa…

Fine prima parte

La seconda parte di questo articolo la puoi trovare QUI

About TDM Staff

Sono un motociclista a tempo pieno. Adoro condividere le mie esperienze scrivendo articoli sul web grazie anche alla collaborazioni di realtà importanti nel settore. Fin da bambino ho sempre sognato di fare qualcosa a contatto con le moto, e ora eccomi qua a condividere la mia passione più grande. Con Voi.

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