Se i pistoni girano troppo velocemente... | Officina

Velocità e sollecitazioni

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Nella formula di questo indice troviamo al denominatore la velocità del suono e il coefficiente di efflusso medio. Quest’ultimo, rapporto tra la portata aria effettiva e la portata che, con quella determinata differenza di pressione, dovrebbe passare in quella data sezione geometrica disponibile, deve pertanto essere quanto più elevato possibile. Al numeratore c’è la velocità del gas, che chiaramente non deve essere troppo alta. A sua volta essa è direttamente legata alla velocità media del pistone. È perciò chiaro che quando quest’ultima supera un certo valore il motore entra in crisi respiratoria. È quindi questo che in effetti limita il massimo regime di rotazione del motore.

Con una pressione media effettiva di 14,2 bar e un regime di potenza di circa 16.500 giri/min (velocità media del pistone = 26,6 m/s) il motore di 1000 cm³ di una MotoGP eroga 265 cavalli. Poiché l’alesaggio è di 81 mm, le valvole di aspirazione dovrebbero avere un diametro di circa 33 mm e l’alzata dovrebbe essere di 12,5–13 mm. Il rapporto tra la superficie delle valvole di aspirazione e quella dei pistoni dovrebbe essere dell’ordine di 0,33 (ben difficile andare al di sopra). Se la pressione media effettiva dei quadricilindrici delle MotoGP fosse 14,5 bar, cosa tutto sommato non impossibile, la potenza sarebbe 271 CV (sempre a 16.500 giri/min).

Le Formula 1 dell’era-Schumacher, ovvero quelle da circa 900 cavalli, sono arrivate a superare i 19.000 giri/min pur avendo cilindrate unitarie di ben 300 cm³. I loro straordinari motori aspirati avevano però un alesaggio di 98 mm e una corsa di soli 39,7 mm mentre nelle MotoGP quest’ultima è notevolmente superiore (48,4 mm). In effetti a 19.000 giri/min nel motore di quelle F1 la velocità media del pistone era di 25,15 metri al secondo, e quindi nettamente inferiore a quella delle odierne MotoGP. Queste raggiungono regimi di rotazione più bassi ma hanno velocità dei pistoni più elevate.

In teoria se ogni valvola si aprisse istantaneamente, raggiungendo l’alzata massima in un tempo zero (!!), si avrebbe subito la massima sezione di passaggio a disposizione dei gas. La curva delle alzate avrebbe la forma di un rettangolo avente come base la durata della fase di aspirazione. L’efficacia della legge del moto sarebbe del 100%. Nella realtà questo non è possibile, perché le sollecitazioni sarebbero inammissibili. Le pressioni di contatto sarebbero infinite come le accelerazioni. Il meglio che possiamo fare è andarci vicino, e fare sì che l’area sotto la curva delle alzate si avvicini il più possibile a quella del rettangolo. Quindi migliorare la “permeabilità” della testa. Non è facile.

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