A parità di cilindrata i motori con più cilindri sono più potenti?

[matty-78]

Proprio questo ha portato a più riprese il regolamento relativo alle superbike a stabilire degli handicap di cilindrata in funzione del frazionamento dei motori. Oggi le bicilindriche 1200 gareggiano contro le quadricilindriche di 1000 cm3. In passato per diversi anni i limiti di cilindrata sono stati 1000 cm3 per le moto a due cilindri e 750 per quelle a quattro. Pure il regolamento delle supersport prevede limiti diversi in funzione del frazionamento.
Come ovvio, non tutte le conseguenze di un maggiore frazionamento sono positive. Il motore diventa più complesso e più costoso, e il suo ingombro e il suo peso aumentano. Cresce poi l’estensione delle superfici di strisciamento, il che è svantaggioso ai fini del rendimento meccanico. La massima potenza ottenibile è però più elevata.

Una prima considerazione è immediata ed evidente, anche se tutto sommato risulta di importanza relativamente modesta. Un motore più frazionato ha cilindri più piccoli, che a pari rapporto corsa/alesaggio risultano più facili da raffreddare e consentono di ottenere camere di combustione più compatte. Ciò permette di adottare rapporti di compressione più alti. Oggi comunque, per quanto riguarda le cilindrate e gli alesaggi usualmente in gioco, le differenze non appaiono tanto sensibili.

Quando si aumenta il numero dei cilindri le cose più significative, ai fini delle prestazioni, sono fondamentalmente due. In primo luogo, la diminuzione della corsa fa sì che, a parità di regime di rotazione, la velocità media del pistone risulti minore. Ciò significa che le sollecitazioni meccaniche sono più basse. E viceversa, a pari velocità media del pistone (e quindi con eguali sollecitazioni), il motore può girare più in alto. Questo è importantissimo, in quanto, dato che la potenza è direttamente legata al regime di rotazione, si hanno sensibili vantaggi in termini di cavalli.

In secondo luogo, aumenta la superficie totale dei pistoni. Questo significa che anche le sezioni di passaggio a disposizione dei gas possono essere complessivamente maggiori, il che è ovviamente positivo (aumenta però l’estensione delle pareti lambite dai gas, ossia la superficie “bagnata”, e la cosa è svantaggiosa). Più importante, anzi fondamentale, è il fatto che che, ferme restando la cilindrata, la velocità media del pistone e la pressione media effettiva, la potenza ottenibile risulta direttamente proporzionale alla superficie totale dei pistoni.


Sintetizziamo ora i risultati in termini di prestazioni di punta (cioè di potenza), tenendo presente che le considerazioni seguenti si riferiscono a un raffronto, tra motori di eguale cilindrata ma con diverso numero di cilindri, effettuato a parità di rapporto corsa/alesaggio, velocità media del pistone e pressione media effettiva.
La potenza ottenibile è proporzionale alla radice cubica del numero dei cilindri. Dunque, se un monocilindrico di 500 cm3 eroga 50 cavalli, un bicilindrico ne erogherà 63 (l’aumento è del 26 %, in quanto la radice cubica di 2 è 1,26 e 50 x 1,26 = 63). Un tricilindrico fornirà 73 cavalli e un quadricilindrico 80. Se si passa addirittura a un otto cilindri, la potenza ottenibile diventa doppia, rispetto a quella erogata dal “mono” (infatti la radice cubica di 8 è uguale a 2).

Queste potenze vengono ottenute a regimi differenti. Quella che rimane costante (come il rapporto corsa/alesaggio e la PME) è la velocità media del pistone. Ciò significa che se le misure caratteristiche sono quadre (cioè la corsa è uguale all’alesaggio), la stessa velocità media del pistone che si ha nel monocilindrico (86 x 86 mm) a 6000 giri/min, il quadricilindrico (54 x 54 mm) la raggiunge a 9500 giri/min.
Attenzione, in questo esempio abbiamo fatto sempre riferimento all’incremento di potenza ottenibile aumentando il numero dei cilindri rispetto a un mono. Negli altri casi, cioè prendendo come base di partenza un motore che di cilindri ne abbia più di uno, occorre moltiplicare la sua potenza per la radice cubica del rapporto tra il nuovo numero di cilindri e quello di riferimento.
Così, se un quadricilindrico eroga 100 cavalli, un motore a sei cilindri di analoghe caratteristiche complessive fornisce 114,5 CV, in quanto la radice cubica di 1,5 (cioè di 6 diviso 4) è 1,145.

[sapphire]

Non sono d'accordo che il motore corsa corta sia meno sollecitato nel suo insieme rispetto ad un corsa lunga. Il corsa corta oltre ad essere sollecitato da un maggiore numero di giri utilizza un pistone più grande che significa anche maggiore spinta e sollecitazione della biella, albero motore e cuscinetti di banco.Da ciò ne consegue che nei mezzi da lavoro o che devono percorrere migliaia di chilometri o che richiedono molta coppia si preferiscono usare i quadri cioè motori che hanno la corsa uguale all'alesaggio o i corsa lunga.

[alex]

Ci ho dovuto ragionare sopra anche io, quando l'ho letto, tirando fuori dai cassetti della memoria (compromessa dall'Alzheimer) cognizioni ormai vaghe che proverò a illustrare, anche se in modo non propriamente tecnico rigoroso:
la corsa è uno dei punti critici di tutti i classici motori a scoppio a 2 e 4 tempi, dal momento che è l'inerzia, dovuta alla continua inversione di direzione della biella-pistone, che assorbe molta energia cinetica fornita dalla combustione (di qui ad es. il vantaggio "teorico" del motore rotativo). Ergo, con una corsa più corta si hanno maggiori prestazioni diminuendo i pesi delle parti meccaniche in movimento e si ha meno inerzia.
Nei motori attuali, si tende ad avere le minori velocità possibili ai fini del rendimento perchè, come puoi immaginare, appunto più è veloce il movimento degli organi meccanici e maggiori sono gli attriti e le inerzie, come detto prima.
In sostanza: durante la corsa un pistone raggiunge velocità ragguardevoli. Ma ci sono due fasi cicliche in cui la velocità è teoricamente pari a 0: il PMS e il PMI. Pe raggiungere un regime di rotazione anche piuttosto modesto, un mono a corsa lunga deve correre a una velicità decisamente superiore a quella di un frazionato superquadro. Dal momento che stiamo aprlando di velocità media della corsa a regime di potenza massima, ho usato dei dati a me noti per avere una semplicità di computo (quelli del motore Ducati 1000DS, 2V) e poi li ho paragonati a quelli di altre moto più "tirate"
La corsa del 1000DS è di 71.5mm ed il regime massimo (concesso dal limitatore) è circa 9000 giri. La velocità massima risulta di 21.45m/s che è TANTISSIMO per un motore da 92bHP!!!!!!!
Tanto per dire, la R1 del 2007 arriva a 22.3m/s, ma con una corsa, e quindi con stress meccanico, decisamente inferiori !
perchè? Perchè a parità di cilindrata, a una corsa minore corrisponde necessariamente un alesaggio maggiore. E viceversa. Questo è il motivo per cui un motore che abbia 15.000 giri non é, necessariamente, meccanicamente più stressato di uno da 10.000 giri con la corsa molto lunga. Ovviamente a parità di qualità di materiali e tecnologie impiegate. Motivo per il quale, a fini conservativi, il 1000 Ducati ha il limitatore che mura a 9800 rpm e la Yamaha no.
Speriamo, nonostante il raffazzonamento, di essere comunque stato sufficientemente intellegibile...

[alex]

Le macchine da lavoro hanno corsa lunga per motivi alquanto eterogenei. Il primo, di ordine industriale stretto, è che la ricerca e sviluppo dei motori da fatica non ha certo l'evoluzione che abbiamo nei motori da trazione sportiva e, di riflesso, utilitaria.
Il secondo è che (parlando di 4T) hanno un miglior rendimento termico, diminuendo in questo modo il tempo di combustione. Poi hanno una miglior tenuta delle fasce elastiche e dei raschiaolio, il che ne consente cicli manutentivi moto dilatati. Per ultimo, è possibile, come conseguenza, disporre di bielle, pistoni e componenti di rotazione di foggia semplice e di qualità modesta, con logico contenimento dei costi sia di produzione sia dei ricambi.
Lo svantaggio è che, per contro, hanno un peggior rendimento volumetrico, anche per il fatto che si devono giocoforza usare valvole più piccole.

[sapphire]

Diciamo che in teoria è come dici ma nella pratica le cose sono leggermente diverse.
Il motore superquadro ovvero motore con pistone enorme e corsa piccolissima difatto dura meno di un quadro o corsa lunga.
Il superquadro avendo un numero di giri molto più elevato gli organi meccanici quale pistone biella albero e cuscinetti di banco devono sopportare un numero di scoppi maggiore con conseguente minore durata, inoltre cambia un altro parametro molto importante e cioè la velocità con cui si raggiuunge il numero di giri massimo,il superquadro sale di giri molto rapidamente sollecitando maggiormente tutta la meccanica il quadro o il corsa lunga sale di giri più lentamente presevando la meccanica.
Giusto per fare un esempio un motore di una vettura da formula 1 con il suo bel motore superquadro a corsa cortissima da 600 700 cavalli  non riuscirebbe a spostare nemmeno per un giro di pista un Tir con rimorchio senza fondere il motore. Tir che invece con il suo bel motore quadro o corsa lunga con 500 cavalli lo muove anche con forti pendenze e percorre 800000 chilimetri.
Inoltre il superquadro per come sale di giri rapidamente scende di giri altrettanto rapidamente e sente maggiormente gli sforzi prolungati.
Insomma per motori da competizione ad alte prestazione vanno benissimo ma per motori che devono sviluppare coppia e durata nel tempo meglio non esagerare con le piccole corse e i pistoni a padella. Diciamo pure che la teoria conta ma il risultato finale ancor di più.

[alex]

beh, stiamo uscendo un po' dal tema, il paragone che fai è indiscutibile ma mi metto di fronte due macchine studiate per fare un lavoro quanto mai diverso, con sistemi endotermici differenti e coppie distribuite su funzioni diametralmente opposte. Senza contare che il camion mal che vada fa 8000cc
Comunque io più in là non ci arrivo, rimanendo sul piano tecnico. Sul piano concettuale invece si potrebbero consumare sull'argomento fuimi di birra. Il che non è mai un male 

[sapphire]

Certamente sono due motori studiati per usi diversi ma sono due esempi che testimoniano che se si deve progettare un motore per un uso sportivo ad elevato numero di giri si va sul superquadro corsa ultra corta,invece per un motore che deve macinare chilometri dove serve coppia e durata si va sul quadro o corsa lunga.
Dimenticavo di dire che nel motore superquadro anche se la velocità lineare del pistone è minore il pistone si usura molto prima sia per il maggiore numero di giri e conseguenti fasi di scoppio ma principalmente perchè ha necessariamente un mantello cortissimo ed alla minima usura scampana nel cilindro e perde di tenuta.
 Per la birra OK un bicchiere lo accetto volentieri !
 

[alex]

aaah, che buona la birra! Quando è fresca poi...  :-*
Col boccale in mano, potrei provare a fare un esempio banale:
immaginiamo di avere in mano un sasso di 1 kg e di lasciarlo cadere da 10 cm da terra. La forza dell' impatto al suolo sarà di un valore mettiamo 2 kg per esempio (ok, il valore corretto è facilmente ricavabile, ma usiamo 2, che è cifra tonda e semplifica le cose).
Ora, se il solito sasso lo lasciamo cadere da un altezza di un metro, il valore dell'impatto sarà di 2x10= 20kg.
Con questo cosa voglio dire: semplicemente che il motore a corsa corta stressa in modo inferiore l'albero motore, perchè " l'impatto "sara più contenuto; va detto che la differenza sta anche nell' erogazione della potenza e della coppia in particolare, ossia che, in termini assoluti, il motore a corsa lunga avrà più coppia o quantomeno la darà ad un regime inferiore (vedi una Harley per esempio) il motore a corsa corta invece avrà una coppia minore ma una potenza maggiore, ma ad un regime di rotazione più elevato (ed è la scelta che devono privilegiare per i motori da competizione, indipendentemente dalla forza minore che i cinematismi ricevono, ma per motivi del tutto differenti correlati alla erogazione).
Se devi andare oltre i 7500 giri non pensare di farlo con un corsa lunga  :celebrate: .. diciamo che dai primi anni 80 la scelta è obbligata. Del resto alcuni motori motociclistici a corsa lunga (versioni 350 di mezzi più grandi) altro non erano che "sottoalesamenti" e l'albero spesso rimaneva uguale. Da qui la presunta maggiore affidabilità dei motori vecchi, come delle jappe anni 80. Sui "mono" da cross si parla addirittura dagli anni 70 . Misure come 56 x 50,6 o 54 x 54 la dicono lunga: da vent'anni a questa parte. poi se il diametro è piccolo e la corsa è lunga come ce le fai stare valvole grandi? o multiple? . Per info basti andare a cercare foto del 4 cilindri "genesis" e vedrete che casino....  
Tra l'altro, i confronti vanno fatti a parità di cubatura e frazionamento, o fra cubature uguali e frazionamenti diversi a parità di rapporto corsa/alesaggio. Altrimenti tutto il palco non è comparabile e perde senso.

Partiamo dal presupposto che il parametro dalq uale è obbligatorio partire nel ragionamento è la velocità media lineare del pistone.
A parità di cubatura unitaria (cioè per il singolo cilindro) e numero di giri, detta velocità sarà maggiore nei motori ove la corsa è maggiore, in quanto in 180° di manovella, in un dato intervallo di tempo (funzione del numero di giri), il pistone percorre una distanza maggiore.
Se il limite tecnologico è proprio questa velocità (in un motore veloce NON da competizione, vedi esempio del mio post precedente, si attesta attorno ai 15m/s), più corta sarà la corsa, più elevato potrà essere il n° di giri raggiungibile.
Ovviamente quanto detto non ha pertinenza, se non sommaria, con le potenze in gioco, tantomeno con limiti tecnologici che riguardino altri componenti e/o parametri motoristici (es. distribuzione, riempimento, combustione, etc.)
In ogni caso, attenzione ai corsa lunga. lo dimostra il fatto che imbastire un motore custom è tutt'altro che facile. Le vibrazioni di un motore che altro sono, se non stress ?

Lo paghi tu un altro giro, sapph?   Sta pappardella mi ha messo sete...

[sapphire]

Caro Alex mi stai facendo ubriacare ma non di buona birra ma solo di teorie sostanzialmente corrette tranne che per un piccolo particolare non trascurabile.
Il tuo errore fondamentale è quello di pensare che un motore quadro o corsa lunga debba necessariemente girare a 12000 giri ed oltre come un  un superquadro o corsa corta........non occorre, deve girare molto più basso di giri e può permetterselo perchè sviluppa una maggiore coppia motrice a bassi giri,deve salire di giri lentamente ma inesorabilmente,anche a basso numero di giri il riempimento perfetto gli consente di avere potenza e un minimo molto più regolare. A parità di cilindrata, cioè di volume aspirato, quanto più la corsa è corta, tanto più si ha una superficie di contorno minore e quindi minori perdite di calore verso l’esterno però il corsa corta è più difficile da raffreddare rispetto al corsa lunga che ha un cilindro più alto.Dimenticavo di dire che ovviamente si parla di durata nel tempo e non di rendimenti o prestazioni assolute dove il corsa corta è vincente.
Insomma chi progetterebbe mai un motore a superquadro per un utilizzo gravoso e stressante ????  Adesso non rispondere con dei numeri ma con una buona birra. Di dove sei ?
 

[alex]

ma non mi pare che una moto debba fare lavori gravosi o stressanti  :o
Oltretutto una moto con un motore che giri lentamente non saprei a cosa potrebbe servire... 
Comunque facciamo così: altro giro!! 

Sono veneto, figlio del Leòn 

[sapphire]

La cosa più importante è trovare il giusto compromesso tra coppia e potenza massima e non esagerare ne in un senso che nell'altro ma oggi si vogliono le moto da gran premio sulle strade urbane e quindi corsa ultra corta,alto numero di giri e manutenzioni ad ore. Peccato che sei così distante altrimenti un altro giro lo avrei fatto volentieri di presenza !  Alla prossima !   
 

[alex]

Per mantenere la discussione accentrata sull'oggetto originario ho spostato tutto il resto della interessante discussione, che possiamo continuare qui

http://motoalpinismo.it/smf/index.php?topic=1381.0

dove si portà dare sfogo a qualsiasi pensiero da osteria, tranne ovviamente gli insulti 

[Coz]

Per rispondere alla domanda del titolo, senza scomodare inerzie e camere di combustione più compatte, basta guardare ciò che offre il mercato.

Mediamente un mono 650cc ha 40-45 cv, un bicilindrico 650 cc ha 65-70 cv, un 4 cilindri 600 cc passa i 100 cv, e sono tutti, anche se con le dovute differenze, motori con 4 valvole raffreddati a liquido.

Quindi la risposta è... SI!!!

[gianni]

 sm405...senza andare a cercare troppe idee fantasiose, la risposta è qui:

http://it.wikipedia.org/wiki/Motore_a_combustione_interna

dove si parla di potenza l'unico fattore (teorico) che la può fare aumentare, a parità di cilindrata, è il numero di giri del motore

Il numero di giri può essere aumentato frazionando la cilindrata su più cilindri: le masse alterne si annullano a vicenda e quindi il motore è più equilibrato e si possono raggiungere regimi più elevati  sm443

[alex]

Agiornamento, semmai interessasse: siccome la considerazione postata da Matty è ripresa da una nota tecnica fatta da massimo Clarke su moto.it, e siccome pare che, evidentemente, il dibattito si sia scatenato un po' ovunque, mi pare molto interessante il secondo intervento, fatto dallo stesso Clarke, a chiarire e puntualizzare:

Non ho mai detto che la coppia fornita da un motore di una data cilindrata è maggiore o minore, a seconda del rapporto corsa/alesaggio adottato o del diametro delle valvole. Nel servizio non si parla del “picco” di coppia, ma solo dell’andamento della curva, ovvero del regime di rotazione al quale la coppia raggiunge il valore massimo. Che poi questo sia più o meno elevato, è un altro discorso…

La coppia è costituita dalla pressione media effettiva (PME) moltiplicata per la cilindrata. A sua volta la PME, per un dato carburante e una data dosatura della miscela, dipende direttamente dal prodotto dei tre rendimenti (volumetrico, termico e meccanico) e dalla densità dell’aria fornita ai cilindri. Nella formula per calcolare la coppia quindi entra in gioco solo la cilindrata. Il rapporto corsa/alesaggio (e quindi il fatto che il motore sia a corsa lunga o a corsa corta) non ha alcuna importanza.

 

“Non ho mai detto che la coppia fornita da un motore di una data cilindrata è maggiore o minore, a seconda del rapporto corsa/alesaggio adottato o del diametro delle valvole”


La cilindrata si calcola moltiplicando l’alesaggio per se stesso e quindi per 3,1416; il risultato va diviso poi per 4. Questa è l’area di base del cilindro, che va moltiplicata per la corsa, onde ottenere la cilindrata unitaria (ovviamente occorre passare da millimetri cubi a centimetri cubi, cosa che si fa semplicemente spostando la virgola). La cilindrata totale del motore è quella unitaria moltiplicata per il numero dei cilindri.
Dunque, la cilindrata varia direttamente con la corsa, ma con il quadrato dell’alesaggio. Per fare un esempio, un monocilindrico di 500 cm3 perfettamente quadro avrà misure caratteristiche pari a 86 x 86 mm (in questo caso per ragioni di semplicità lasciamo perdere i decimali). Se aumentiamo l’alesaggio di 2 mm, per ottenere ancora 500 cm3 dobbiamo diminuire la corsa di 4 mm (le misure diventano quindi 88 x 82 mm). Se aumentiamo la corsa di 2 mm, basta diminuire l’alesaggio di 1 mm per mantenere la cilindrata invariata (le misure diventano 85 x 88 mm). E via dicendo…

La pressione dei gas che agiscono sul pistone determina una forza che spinge quest’ultimo verso il punto morto inferiore. Una forza non è altro che una pressione moltiplicata per una superficie. Se incrementiamo il braccio di leva aumentando la corsa (ferma restando la cilindrata), dobbiamo diminuire l’alesaggio. La superficie sulla quale agiscono i gas diventa minore e così pure la forza con la quale il pistone viene spinto verso il basso.  
Se la pressione è la stessa, la coppia rimane invariata.  
E viceversa, se aumentiamo l’alesaggio a scapito della corsa. Ai fini della coppia quella che conta è solo la cilindrata.
 

Massimo Clarke