Pillole di tecnologia: l’architettura dei motori moderni (6° parte)

Abbiamo parlato di motori screamer e di motori big bang o a scoppi irregolari. L’idea di ottenere una distribuzione irregolare degli scoppi lungo i due giri di rotazione dell’albero motore, cioè quelli che identificano il ciclo completo di un motore quattro tempi, nasce... con i due tempi.

NEGLI ANNI 90 SULLE HONDA NSR500 si capì che condensare gli scoppi su pochi gradi di rotazione dell’albero motore garantiva maggiore aderenza ed una erogazione più fluida, un concetto che rimane valido anche sui quattro tempi. Un motore in linea con albero “tradizionale” ha gli scoppi equamente spaziati: uno ogni 180° di rotazione del motore. Il rumore di ogni scoppio si accorda con i successivi ed il motore canta, anzi urla, su frequenze altissime, da qui il nome screamer. Invece, con un albero motore a croce, cioè con le manovelle spaziate a 90°, si può ottenere una sequenza di scoppi irregolare. Come si nota nel grafico, i vari scoppi non sono equamente distanziati ed il suono è più cupo e rauco.

NEL PASSATO venne addirittura sperimentata da Kawasaki, sulla Ninja ZX-RR di Nakano, una sequenza chiamata “long bang” con albero piatto e gli scoppi “doppi” a due a due, con un suono praticamente da bicilindrico. Una soluzione che non è passata alla storia e di cui non ci occuperemo. Un motore a V, invece, nasce già irregolare perché i due pistoni sulla stessa manovella scoppiano con un intervallo che è pari all’angolo fra le bancate (oppure, 360° + l’angolo fra le bancate). Si possono ottenere però sequenze di scoppi più o meno concentrate a seconda dell’angolo fra le bancate e dell’angolo fra le due manovelle.

IL MOTORE DELLA APRILIA RSV4, ad esempio, è quanto di più possibile vicino ad uno screamer, mentre il motore della nuova Ducati (con manovelle sfalsate di 70°) e della mitica Honda RC45 (manovelle a 360°) sono decisamente più irregolari. Queste differenze nella sequenza degli scoppi si traducono in differenti sequenze di punti di spinta sullo pneumatico durante la sua rotazione.

IPOTIZZIAMO AD ESEMPIO di trovarci in terza marcia, in questa condizione ad ogni giro della ruota posteriore corrispondono all’incirca (abbiate pazienza, è un’approssimazione) otto giri di albero motore; quindi quattro cicli utili, ovvero 16 impulsi di trazione. Il diagramma mostra come sono distribuiti sulla superficie dello pneumatico questi impulsi a seconda della sequenza degli scoppi del motore.

OVVIAMENTE UN MOTORE SCREAMER presenta impulsi equamente spaziati, mentre un motore big-bang presenta impulsi “a fisarmonica”. Sotto ognuno di questi impulsi lo pneumatico tende a perdere trazione per poi recuperarla nel momento in cui il motore non fornisce spinta. Ovvio, la nostra è una semplificazione: considerare ogni scoppio un impulso istantaneo è una forzatura. In realtà lo scoppio è una spinta progressiva che si sviluppa per parecchi gradi di angolo di manovella ed in più tutte le inerzie rotanti del sistema ammorbidiscono parecchio il diagramma a spigoli, ma il concetto non cambia.

IN QUELLO CHE VIENE DEFINITO “tempo di rilassamento dello pneumatico”, si riacquista aderenza a tutto vantaggio della trazione e (pare) anche a vantaggio dell’usura del battistrada. Su una Superbike da 220CV sono aspetti importanti, ma evidentemente non imprescindibili visti i successi di Kawasaki. Su una MotoGP da oltre 270 invece sono scelte fondamentali. E difatti in MotoGP tutti i motori sono a scoppi irregolari, alcuni pesantemente irregolari: i motori in linea dovrebbero (il condizionale è d'obbligo senza un'analisi acustica ad alta frequenza) essere ad albero a croce quindi con successione degli scoppi tipo Yamaha R1. I quattro motori a V sono molto irregolari con una fasatura tra le due manovelle evidentemente prossima a quella della futura Ducati V4 stradale.

UNA SCELTA DETTATA DALL'ESPERIENZA. Non a caso, chi è arrivata per ultima a questa scelta è KTM, che ha basato lo sviluppo del suo motore sul modello della Honda degli ultimi anni: un V4 con scoppi molto distribuiti (salvo poi trovarsi spiazzata quando Honda ha iniziato la stagione 2017 con il motore a scoppi molto più irregolari, provato per la prima volta durante i test di Valencia 2016). KTM si è trovata con un motore semplice, leggero e con molta potenza ma.. con enormi problemi nello scaricarla a terra. Espargarò lo definì un “Wild Bull”, che nemmeno appesantendo l'albero motore riusciva ad essere trattabile. In Austria però evidentemente sono abbastanza reattivi e, stante la libertà di sviluppo consentita dal regolamento, si sono presentati a maggio a Jerez con un motore allineato alle rivali e in pochi mesi i risultati hanno iniziato ad arrivare!

IL MOTORE A SCOPPI IRREGOLARI non è ovviamente tutto pregi e niente difetti: questa sequenza di scoppi stressa tanto gli organi meccanici e crea vibrazioni squilibrate, quindi la costruzione deve essere più robusta: basta guardare l'aumento del diametro dei supporti di banco del motore Yamaha 2008 rispetto allo screamer 2007, ma evidentemente sono compromessi che si rivelano vincenti. Alla prossima puntata per parlare dei motori “contro-rotanti”.