Pillole di tecnologia: l'architettura dei motori moderni (5° parte)

Partiamo con il motore Yamaha con albero a croce: un pistone arriva al punto morto superiore ogni 90° di rotazione dell'albero motore; ovviamente, una volta si ed una volta no, ci sarà uno scoppio. Da qui, come vedremo nella prossima puntata, l'irregolarità della distribuzione degli scoppi. Quello che ci interessa adesso è un altro aspetto: quando un pistone è a PMS (punto morto superiore) ne troviamo un altro a PMI (punto morto inferiore) e due a metà strada; insomma, è un ballo a coppie.

DA QUELLO CHE GIÀ SAPPIAMO possiamo dire che le forze di inerzia del primo ordine sono sostanzialmente equilibrate. Il bello è che essendo le manovelle sfalsate di 90°, otteniamo anche una seconda bella notizia: anche le coppie del secondo ordine (grossomodo) si auto-equilibrano. Abbiamo allora il motore perfetto? Ovviamente no! Troppo semplice, il problema che nasce è lo stesso che abbiamo rilevato a proposito bicilindrico parallelo della puntata scorsa: le forze di inerzia dei pistoni in opposizione, è vero che si equilibrano, ma non essendo coassiali creano una coppia di inerzia. Quindi, anche in questo caso serve un contralbero. Questa volta però deve girare alla stessa velocità dell'albero principale.

QUEI FURBONI DI YAMAHA hanno poi pensato che, dovendo avere un contralbero, tanto valeva usarlo anche per un'altra funzione: per fare girare il motore della MotoGP al contrario. Qualcuno ha detto motore controrotante? Dimenticate tutto! Ne parleremo un'altra volta. Passando ai motori a V osserviamo invece un effetto molto interessante.

PRENDIAMO UN MOTORE CON DUE BANCATE A 90°: avremo una forza d'inerzia alterna lungo una bancata ed una forza lungo la seconda bancata. Queste due forze hanno ovviamente la stessa frequenza e la stessa intensità ma sono sfasate di 90°; ovvero raggiungono il valore massimo con 90° di rotazione di albero motore di differenza. Per la precisione, quando una ha intensità massima l'altra ha valore zero. Se adesso applichiamo un pochino di algebra vettoriale (insomma calcoliamo la risultante delle due forze) scopriamo che si ottiene una forza ROTANTE come verso, ma COSTANTE come intensità... una botta di fortuna incalcolabile.

ANZI, PERFETTAMENTE CALCOLABILE, che è meglio e addirittura perfettamente bilanciabile. Un sogno! In pratica basta appesantire nel punto giusto l'albero motore con dei contrappesi ed il gioco è fatto. E infatti su un motore a V troveremo sempre delle mannaie molto grandi e pesanti. Il bello è che questo giochino vale per ogni coppia di pistoni sulla stessa manovella, quello che fanno gli altri due pistoni sulla seconda manovella è ininfluente. Questo vuol dire che le due manovelle fra di loro possono essere fasate a piacere senza incorrere in problemi di bilanciamento.

ECCO PERCHÉ su un V4 a 90° si vedono tante diverse configurazioni di scoppi, perché basta (si fa per dire) cambiare albero motore ed alberi a cammes per ottenere la sequenza di scoppi che si vuole, senza modifiche al modi di vibrare del sistema. E se invece la V non è a 90° ma con un angolo più largo (difficile) o più stretto (vedi Aprilia), la situazione si complica perché la risultante delle forze di inerzia è sempre una forza rotante assieme all'albero motore, ma non è costante come intensità. Insomma non è un vettore che ruotando descrive una circonferenza, ma piuttosto un ovale. Tradotto, anche in questo caso serve un contralbero, e guarda caso Aprilia sui suoi V4 (ma anche sui vecchi V2 della RSV Mille) adotta appunto un contralbero.

RIASSUMENDO, PER AVERE UN MOTORE CHE NON VIBRA, o per meglio dire, che vibra poco: se è uno screamer, serve un contralbero (meglio addirittura due) che gira al doppio del regime del motore; se è un motore a scoppi irregolari serve un contralbero che gira allo stesso regime del motore; se è un V a 90° non serve niente; e se è un V stretto torna a servire il contralbero.

Con questo chiudiamo il nostro excursus sulle vibrazioni, nella prossima puntata ci occuperemo di una delle scelte che al giorno d'oggi è strategica per determinare il carattere di un motore: la fasatura degli scoppi.