Pillole di tecnologia: l'architettura dei motori moderni (terza parte)

Pillole di tecnologia: l'architettura dei motori moderni (terza parte)

Prosegue la nostra analisi sulle scelte che influenzano la progettazione di un motore

Francesco Gulinelli

04.10.2017 11:48

E TRE - Oltre al pistone ed all’albero motore c'è un terzo elemento che va tenuto sott'occhio, quello più rognoso da studiare, che ha un moto misto di rotazione traslazione: la biella. Per uno studio ad alto livello, ormai i progettisti utilizzano sistemi di calcolo computerizzato. A titolo informativo, si divide il peso della biella in due parti: una la si considera assieme all'albero motore, l'altra assieme al pistone. Già questa è una semplificazione non da poco. Un’altra semplificazione viene applicata per determinare la velocità con cui si muove il pistone in funzione della velocità di rotazione dell'albero motore: si ipotizza che la biella sia “molto lunga” rispetto alla corsa del pistone e che di conseguenza ruoti relativamente poco durante il suo moto, una condizione che sui motori moderni super compatti è sempre meno veritiera.

FATTE LE PREMESSE, vediamo cosa succede su un singolo pistone dal cui moto si generano forze rotanti e forze alterne. Le forze rotanti sono quelle più semplici da gestire: basta mettere sull'albero motore dei contrappesi dalla parte opposta: le cosiddette mannaie. Per le forze alterne la situazione si complica e di molto. Soluzione più semplice: si allunga l'albero motore, ci si mette una seconda manovella a 180 gradi rispetto alla prima ed un secondo pistone dalla parte opposta rispetto a quello di partenza.

ABBIAMO APPENA INVENTATO IL MOTORE BOXER, detto anche a cilindri contrapposti. I due pistoni vanno “in sù” assieme e tornano “in giù” assieme, le forze di inerzia si elidono. Peccato che un motore del genere abbia il non piccolo problema di essere spaventosamente ingombrante, non a caso di MotoGP fatte in quel modo, ma anche di Superbike, non ne abbiamo mai viste.

PASSO SUCCESSIVO - Il secondo cilindro non va in opposizione al primo, ma affiancato, le manovelle sono sempre a 180° e quando un pistone va sù, l'altro va giù. Bene, le forze di inerzia alterne si equilibrano da sole. Ma a questo punto nasce un altro problema: è vero che le forze di inerzia, per come le stiamo conoscendo finora, si equilibrano, ma col fatto che le due manovelle sono ad una certa distanza fra loro, ben maggiore di quanto succede sul boxer, i due pistoni quando sono ai punti morti generano delle forze uguali come valore, opposte come verso, ma che non essendo sullo stesso asse formano una coppia, col risultato che il motore tende a ruotare oscillando alternativamente in una direzione oppure in un'altra. Risolto un problema se ne crea un altro.

A QUESTO PUNTO LA GRANDE IDEA: non mettiamo solo due cilindri, ne mettiamo quattro! Mentre due vanno su (quelli esterni), due vanno giù (quelli interni). Niente forze di inerzia e niente coppie di inerzia. Abbiamo inventato il quattro cilindri in linea “screamer” ed il gioco è fatto! E invece no: spiacenti di interrompere questo idillio, ma all’inizio non vi abbiamo detto tutta la verità ed il risultato è che anche con questa configurazione ci troveremo con delle vibrazioni di troppo.

E quindi, come procedere? Alla prossima puntata...

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