Rubrica: Motorismo
Titolo o argomento: Effetti della variazione di alesaggio e corsa sul manovellismo
Segue dall’articolo introduttivo:
Dal motore L537 della Lamborghini Murcielago LP640 al… – Parte prima
Effetti della variazione di Alesaggio e Corsa sul manovellismo
Interasse canne. Con un incremento dell’alesaggio, risulta ovvio che l’interasse tra le canne dei cilindri del motore diventi maggiore. L’interasse è la quota che intercorre tra l’asse di due cilindri adiacenti. Passando da 93 mm a 103,5 mm si hanno oltre 10 mm di incremento. Questo comporta un motore più lungo di circa 50 mm, il che può diventare un rilevante problema in fase di progettazione.
Lunghezza motore. Per contenere il più possibile il maggiore ingombro longitudinale conseguente dall’aumento dell’alesaggio dei cilindri, si è operata una completa riprogettazione delle intercapedini entro le quali scorre il fluido refrigerante. Una difficoltà non da poco per gli ingegneri motoristi i quali sono chiamati a collaborare con gli ingegneri telaisti e con i carrozzieri che spesso impongono forti vincoli dimensionali per l’alloggiamento dei motopropulsori sia per evitare di intaccare la maneggevolezza del veicolo, sia per ragioni estetiche.
Velocità media del pistone. La velocità media del pistone è un parametro che riguarda il grado di sollecitazione degli organi del manovellismo, inoltre offre un’idea del rendimento meccanico del motore. La riduzione della corsa da 89 mm (motore L537) a 76,4 mm (motore L539) ha permesso di ridurre la velocità media del pistone da 23,7 m/s a 21 m/s nonostante il regime di rotazione massimo sia aumentato di 250 giri/min. Tale variazione ha inoltre permesso di ridurre il lavoro medio di attrito sviluppato ad ogni ciclo dall’unità di cilindrata.
Il raffreddamento. Premesso che in un motore a corsa corta si riduce la capacità di raffreddamento dello stantuffo, è opportuno notare che il rapporto tra la quantità di calore sottratta dal cilindro e quella sviluppata dalla combustione che in esso avviene, e quindi il grado di raffreddamento del motore, è inversamente proporzionale alla velocità media dello stantuffo.
Sollecitazioni meccaniche. La velocità media del pistone è scesa dal valore di 23,7 m/s (motore L537) al valore di 21 m/s (motore L539) riducendo così le forze d’inerzia, le forze centrifughe ed i conseguenti carichi agenti su pistoni, bielle, albero motore e bronzine. Ciò, abbinato ad un nuovo ordine di accensione (il motore L537 aveva il seguente ordine: 1-7-4-10-2-8-6-12-3-9-5-11; mentre per il motore L539 l’ordine è: 1-12-4-3-2-11-6-7-3-10-5-8), ha permesso di eliminare il volano e ridurre la massa dell’albero a gomiti (forgiato) il quale, tra l’altro, è più rigido avendo una forma più raccolta dovuta a bracci di manovella più corti.
Regime di rotazione. Se consideriamo due motori, a parità di cilindrata e di grado di riempimento dei cilindri, quello che gira più in alto erogherà una maggiore potenza. Il motivo risiede nel semplice fatto che la quantità di aria e combustibile introdotti è direttamente proporzionale al numero di giri raggiunti. Come indicato pochi paragrafi sopra, diminuendo la corsa si riduce la velocità media raggiunta dal pistone. Questo significa che si può incrementare il regime di rotazione fino a raggiungere le medesime sollecitazioni agenti sul precedente motore con corsa maggiore. In questo caso la riduzione della corsa, da 89 mm a 76,4 mm, ha permesso un incremento del regime di rotazione di circa 250 giri al minuto a beneficio dell’erogazione della potenza in alto. In realtà i tecnici potevano spingersi oltre ma, molto probabilmente, hanno conservato questa possibilità per il motore che equipaggerà la prossima novità Lamborghini attualmente in fase di studio.
I motori a corsa corta e la coppia. Tra il motore L537 ed il motore L539 vi è una differenza di coppia massima di soli 3 kgm anche se questa si presenta ora 500 giri/min prima, a tutto vantaggio delle prestazioni. In effetti non è facile ottenere importanti aumenti di coppia laddove vi è una riduzone della corsa (problema tipico dei motori di F1 che sono noti per la loro scarsa trattabilità ed elasticità fuori dai regimi di utilizzo); tuttavia la progettazione di condotti adeguati e di una distribuzione ottimale, giocano un ruolo fondamentale sulla modifica delle curve di coppia e potenza a beneficio del tipo di utilizzo che si intende fare del motore. Operazioni le quali, nonostante siano complesse, risultano più fattibili grazie alla presenza della fasatura variabile a controllo elettronico. La sensazione di una maggiore capacità di sviluppare coppia motrice, da parte della Aventador, deriva più che altro dall’adozione di un nuovo cambio a 7 rapporti ben spaziati (motore L539) al posto del precedente a 6 rapporti abbinato al motore L537.
Lo schema del motore. Inutile dire che lo schema 12 cilindri a V di 60° risulti essere uno dei migliori in assoluto per la semplice ragione che le forze ed i momenti del primo e secondo ordine sono perfettamente equilibrati. Inoltre l’adozione di un motore molto frazionato come il V12 permette di ottenere potenze specifiche superiori a mano a mano che si incrementa il regime di rotazione. Anche il rendimento termico del V12, rispetto ad esempio ad un V8 di pari cilindrata totale, risulta migliore in quanto il diametro dei singoli cilindri è minore e permette di raggiungere maggiori rapporti di compressione riducendo di conseguenza i consumi specifici. Cosa da non sottovalutare, in un motore destinato ad avere prestazioni elevate, è che un maggiore frazionamento implica la possibilità di un migliore raffreddamento. Nonostante ciò gli Ingegneri della Lamborghini stanno pensando di adottare sulle future vetture termostati pilotati elettronicamente al fine di ottenere un miglior controllo sulle temperature in gioco (con variabilità).
Continua…
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