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giovedì, 18 Aprile 2024
  • Lassù dove pochi osano

    Il valore di potenza non è tutto. Con quest’affermazione si potrebbe sintetizzare tutta la tradizione che si nasconde dietro un particolare motore. Per i più tecnici, come noto, la potenza è il prodotto della coppia motrice (o momento motore) per il numero di giri. Ed è proprio partendo da questo concetto che si costruisce, e si delinea, la differenza tra un propulsore e l’altro. Prendendo infatti due identici valori di potenza si può immediatamente rilevare che l’uno può essere ottenuto con un valore di coppia elevato a basso numero di giri mentre l’altro, al contrario, con una coppia più bassa ma con un regime molto più elevato. Dal punto di vista puramente ingegneristico, le unità giapponesi ad alte prestazioni appartengono a quest’ultima categoria. Ma tutto ciò cosa significa in termini di guidabilità e di contenuti tecnici?

    Tutto ciò che serve per volare verso l’alto
    Per rispondere al quesito appena posto è necessario ampliare il discorso considerando alcuni sottosistemi del motore, la trasmissione e naturalmente il body del veicolo. I motori che girano a elevati regimi devono necessariamente essere dotati di organi del manovellismo molto leggeri. Questo fatto è imprescindibile e obbligatorio, per ridurre le forze alterne di inerzia e le forze centrifughe che si generano. In generale, poi, quando si sale parecchio con il regime di giri bisogna analizzare con estrema cura le vibrazioni indotte dal funzionamento del motore, comprese quelle che occorrono ai regimi più elevati e che richiedono metodi e organi atti alla loro riduzione. Per un propulsore che gira molto in alto, in genere, nascono delle serie difficoltà progettuali che si scontrano con il solito adagio per cui se si migliora un comportamento se ne peggiora un altro. In altre parole ci riferiamo al fatto che in questi casi, solitamente, la coppia motrice non solo tende a essere più bassa, ma si sposta anche verso la parte alta del contagiri. Il fatto è imputabile generalmente a una particolare scelta in termini di alberi a camme (quindi forma degli eccentrici) e di condotti di aspirazione. Per favorire la respirazione del motore ai regimi più elevati è quasi obbligatorio sacrificare il rendimento in corrispondenza di quelli più bassi. Sebbene questo sia un inevitabile scotto da pagare, bisogna dire che i progettisti giapponesi sono sempre stati bravi a ovviare al problema introducendo sofisticati sistemi di aspirazione a geometria variabile e apparati di distribuzione a fasatura variabile. I lettori che hanno avuto modo di provare una vettura giapponese appartenente a questa famiglia, pensiamo per esempio all’Honda S2000, si saranno sicuramente accorti di come sia eccezionale la risposta del motore in funzione dello spostamento dell’acceleratore. Si faccia però attenzione a non confondere la prontezza di risposta con i valori di coppia. Molto spesso, infatti, se queste vetture vengono provate su banco a rulli, quello che si nota è che la coppia motrice non raggiunge mai valori molto elevati, mentre il range di giri lungo il quale questa coppia viene spalmata è sempre molto ampio. Nel caso dell’Honda S2000 si raggiungono anche i 9.000 giri/min. Questo modo di costruire motori impone anche altre scelte quasi obbligate. Una di queste per esempio potrebbe essere quella di ricorrere a soluzioni con corsa corta, anzi estremamente corta. Ciò consente di limitare fortemente la velocità media del pistone e quindi di salire con il regime. Per far fronte alla minor coppia indotta, la soluzione ideale per questo genere di unità è data, naturalmente, da trasmissioni a elevato numero di rapporti, generalmente molto corti, che, a fronte di una richiesta di impegno maggiore da parte del pilota, assicurano una spinta coerente in ogni marcia.
    Due settori su cui i motoristi lavorano parecchio per realizzare motori capaci di ruotare a regimi molto elevati sono quelli di cui abbiamo dato un accenno poco sopra: la distribuzione e i sistemi di aspirazione. Per quanto riguarda il primo, la tendenza è quella di utilizzare fasatura variabile e angoli di incrocio molto spinti. In altre parole, l’apertura e la chiusura delle valvole di aspirazione vengono rispettivamente anticipate e ritardate di parecchio, mentre giocando sul diagramma di quelle di scarico si cercano ampi angoli (riferiti all’albero motore) di incrocio, ossia periodi durante i quali le due valvole (scarico e aspirazione) rimangono contemporaneamente aperte. Per quanto riguarda invece i condotti di aspirazione, la necessità, per girare a elevato numero di giri, è quella di avere condotti corti di diametro elevato. Aspetto che però si scontra con il bisogno di poter contare su condotti di lunghezza superiore e diametro inferiore quando ci si trova ai bassi regimi. Proprio per questo il ricorso a condotti di aspirazione a geometria variabile diventa un obbligo.
    I motori che girano a regimi molto elevati trovano il loro miglior impiego sulle piste. Le vetture di Formula 1 ne sono un chiaro esempio. In questo caso un uso intenso del cambio associato alla possibilità di rimanere sempre in corrispondenza dei regimi più elevati aumenta il piacere della guida che sicuramente beneficia anche “dell’urlo” attraverso il quale questi motori fanno sentire la loro presenza. Dal punto di vista puramente turistico, invece, non si tratta certo di unità molto premianti e nel caso di alcuni percorsi tortuosi, come per esempio quelli di montagna, il confronto con un motore di cubatura inferiore, ma dotato di maggiore elasticità, potrebbe portare a sconfitte anche clamorose. Come si diceva poco sopra, infatti, la necessità di doversi affidare costantemente al cambio marcia, così come l’impossibilità di contare su coppie consistenti anche a basso numero di giri, compromette quasi completamente la guidabilità del mezzo.
    Questi motori rimangono pertanto delle unità che possono trovare consenso solo tra gli appassionati e solo su vetture destinate per lo più a ricoprire il ruolo di “oggetti” di culto più che di uso quotidiano.

    La scocca e il problema del peso
    Sembrerebbe assurdo parlare di telaio e carrozzeria all’interno di un’analisi tecnica destinata ai motori. In realtà il salto logico è tutt’altro che esagerato. I motori che ruotano a elevato regime dispongono molto spesso di coppie motrici basse. Questo aspetto che abbiamo introdotto nella parte iniziale dell’articolo assume fondamentale importanza quando si pensa che, secondo un’affermazione un po’ semplicistica, quello che muove il veicolo è la coppia e non la potenza. Quest’ultima, infatti, dal punto di vista strettamente ingegneristico rappresenta la quantità di lavoro che viene svolta nell’unità di tempo. Ma il valore del lavoro svolto non è funzione della potenza. In parole più semplici, e facendo un esempio per chiarire, è possibile spostare di 1 metro un oggetto che pesa 1 kg in dieci secondi oppure pensare di spostare di un metro dieci oggetti che pesano ciascuno 0.1 kg ciascuno in un secondo. È evidente che alla fine delle due situazioni il peso spostato sarà sempre stato 1 kg e il tempo impiegato 10 secondi. La differenza sostanziale è però evidente: nel primo caso il lavoro è stato fatto da una macchina in grado di spostare 1 kg alla volta mentre nel secondo caso il peso massimo gestibile è stato di un solo etto. Questo esempio banale rende ragione di cosa significa avere a disposizione più coppia a parità di potenza.
    Tutto questo discorso trova giustificazione se leghiamo i bassi valori di coppia motrice, tipici dei motori che girano a elevati regimi, con la necessità di realizzare telai, o più in generale scocche, di peso estremamente contenuto. Se si analizzano infatti le auto sulle quali questi motori trovano impiego, è quasi sempre verificata la circostanza di cui sopra: uso di leghe leggere e strutture estremamente snelle sono alla base della realizzazione di vetture di peso molto contenuto.

    Due filosofie
    La battaglia ideologica che da sempre coinvolge progettisti e appassionati vede il pubblico dei motori sostanzialmente suddiviso in due principali fronti: quello costituito da coloro che amano la guidabilità e che quindi scelgono le unità più elastiche (coppie consistenti a basso regime e potenza massima e regime limitato) e quello composto da coloro che sposano l’idea della vettura quasi da competizione. In quest’ultimo caso, la scelta cade ovviamente sui motori di cui abbiamo parlato in queste pagine. Una semplice analisi commerciale sullo stato delle vendite di auto nel nostro paese, e in altri, dimostra come la fetta più grossa di pubblico sia però normalmente indirizzata su motori del primo tipo. Il successo dei motori a gasolio va infatti interpretato anche in questa direzione. L’alternativa a questi ultimi sono i motori a benzina di grossa cubatura. Ma questa è tutta un’altra storia.


    Articolo di Roberto Balotti pubblicato su Notiziario Motoristico (giugno 2008)

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