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Tecnica

Motori sportivi: come ottenere la potenza

- Un articolo decisamente tecnico per spiegare dove siamo arrivati, e come, nel campo della “produzione” dei cavalli nei moderni motori sportivi
Motori sportivi: come ottenere la potenza

Le prestazioni fornite dai moderni motori sportivi sono tali che viene spontaneo domandarsi come sia stato possibile ottenere risultati di questo genere. Prendendo lo spunto dalla nostra recente comparativa, in questo articolo facciamo riferimento ai 1000 a quattro cilindri, autentica punta di diamante del motorismo a livello di sviluppo (in ottica prestazionale).
I quadricilindrici di 600 cm3 hanno una potenza specifica più elevata e girano più forte, grazie a una cilindrata unitaria più piccola e a una corsa minore, ma appare logico prendere in esame i 1000 in quanto realizzati da un maggior numero di case, che propongono modelli di progettazione più recente, e in quanto più “popolari” perché impegnati, in versioni debitamente preparate, nel seguitissimo mondiale Superbike.

I 200 cavalli delle moderne 1000 a quattro cilindri sono erogati da motori che hanno una affidabilità eccezionale, una durata elevatissima e una trattabilità fantastica (e per di più rispettano severi limiti in fatto di emissioni acustiche e di scarico). Si tratta di un risultato straordinario.
Basta pensare che una potenza specifica di questo genere i motori di Formula Uno aspirati l’hanno raggiunta solo nei primissimi anni Novanta, ed erano a scarico libero, non avevano alcuna esigenza in fatto di durata ed venivano costruiti senza badare ai costi. Inoltre, dovevano “stare assieme” solo per una gara più le prove…


Super respirazione

Suzuki GSX-R 1000 2017

I 1000 ai quali facciamo riferimento al regime di massima potenza aspirano un volume di aria che si avvicina ai 110 litri al secondo, con un susseguirsi di fasi di ammissione che hanno una durata di circa 3,7 millisecondi ciascuna (ipotizzando 300° di apertura valvola, il che è un valore plausibile). L’aspirazione avviene attraverso condotti il cui collegamento con i cilindri è regolato da valvole aventi diametri dell’ordine di 31 – 33,5 mm e un peso che può essere addirittura inferiore a 19 grammi!

Molto interessante è la tendenza a passare dalle punterie a bicchiere ai bilancieri a dito di ultima generazione (con il pattino sul quale agisce la camma piazzato sopra la valvola), sono leggerissimi e utilizzano un riporto superficiale di DLC al posto del classico cromo applicato galvanicamente. La strada è stata mostrata, in questo settore, dalla BMW (che a sua volta si era ispirata ai motori di Formula Uno), la quale è stata di recente seguita dalla Yamaha e dalla Suzuki. Un vantaggio fondamentale è costituito dalla riduzione delle masse in moto alterno.
Nel motore della GSX-R le punterie, che pesavano 16 grammi ciascuna, sono state sostituite da bilancieri a dito che pesano soltanto 10 grammi; inoltre, buona parte del materiale è concentrata in prossimità del fulcro e quindi non costituisce una massa in moto alterno. Un altro vantaggio di grande importanza è dato dalla possibilità di adottare leggi del moto delle valvole particolarmente radicali.

In quanto al DLC, giova ricordare che con questa sigla si indica un nutrito gruppo di rivestimenti superficiali, le cui caratteristiche possono differire in misura anche cospicua. Denominatori comuni sono una elevata durezza e un coefficiente di attrito molto basso.


Pistoni “box-n-box”

All’interno dei cilindri dei moderni 1000 si muovono con una rapidità incredibile pistoni forgiati che hanno un evolutissimo disegno del tipo “box-n-box”, con traversini di irrigidimento tra le portate. Ciascuno di essi ha un peso dell’ordine di 170 – 190 grammi. Per quanto riguarda il rapporto tra l’altezza e il diametro, in alcuni casi è sceso addirittura leggermente al di sotto di 0,5.
 

Particolarmente significativa è la potenza specifica areale. Quelli raggiunti dai 1000 quadricilindrici sono valori record per dei motori aspirati destinati a impiego stradale

Non sono tanto le velocità medie di questi componenti a impressionare quanto le loro accelerazioni (e quindi le forze d’inerzia che devono sopportare); al regime di potenza massima ognuno di essi inverte il senso del suo movimento qualcosa come 430-450 volte al secondo. Ciascun pistone compie ogni corsa in 2,2-2,3 millisecondi soltanto. L’accelerazione ormai ha raggiunto valori spesso superiori a 60.000 m/s2 (in altri termini, è oltre 6000 volte superiore alla accelerazione di gravità!); ciò è quasi incredibile, per dei modelli di serie.

Particolarmente significativa è la potenza specifica areale, che come noto indica livello delle sollecitazioni di natura termica e che si esprime comunemente in cavalli per unità di superficie del pistone. Anche in questo caso quelli raggiunti dai 1000 quadricilindrici sono valori record per dei motori aspirati destinati a impiego stradale. Qui si va da 1,00 a 1,11 CV/cm2, il che è davvero tanto. I normali motori automobilistici di serie aspirati arrivano a poco più di 0,70 CV/cm2, se molto brillanti; possono invece superare valori dell’ordine di 0,90 – 0,95 CV/cm2 i turbo che adottano una notevole pressione di sovralimentazione. I motori di Formula Uno dei primi anni 2000 (gli aspirati da 300 CV/litro che ruotavano a 19000 giri/min o giù di lì, per intenderci) arrivavano a 1,17-1,19 CV/cm2.

Due parole meritano anche i segmenti, che oggi sono invariabilmente in acciaio. Il primo ha in genere una altezza dell’ordine di 0,8 mm soltanto ed è dotato sulla superficie che contatta la canna del cilindro di un sottile riporto dalla elevata resistenza all’usura e dal ridotto coefficiente di attrito. Il cromo deposto elettroliticamente è pressoché scomparso dalla scena, ampiamente sostituito dal nitruro di cromo, applicato con procedimento PVD (Physical Vapour Deposition), e sempre più promettente appare il ricorso al DLC.

 

Per la distribuzione dell’ultima versione della sua GSX-R la Suzuki è passata dalle punterie a bicchiere ai bilancieri a dito. Nell’immagine si possono notare la disposizione degli assi dei bilancieri stessi (diversa per l’aspirazione e per lo scarico) e le molle delle valvole a passo variabile
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  • Macro Muscario, Roma (RM)

    Sto tentando di capirci qualcosa, ma le mie poche nozioni, mi sono da ostacolo.
    Purtroppo... :-(
  • Fortysix

    This video shows an operational cutaway of a BMW S1000RR — a 193HP superbike — bumping against its 14,200RPM redline. A cam and valvetrain at 118 cycles per second is an amazing sight (and sound)

    https://www.youtube.com/watch?v=nsa6kq-qqIE&feature=player_embedded


    Grazie Mr Clarke
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