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L'equilibramento delle forze d'inerzia nei motori a combustione interna - parte I
di Andrea Crosato

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Motore monocilindrico

Esaminiamo, a titolo di esempio, quello che succede in un motore monocilindrico: la situazione è molto semplice, essendoci un solo stantuffo.

Le quattro componenti precedentemente descritte sono tutte presenti, come si vede dallo schizzo riportato a lato, non essendoci alcuna possibilità di eliminarle con forze dovute ad altri stantuffi. Nello schizzo le forze del primo ordine sono rappresentate con linee blu, mentre quelle del secondo ordine con linee rosse.

Nel grafico sottostante si riporta l'andamento delle accelerazioni (e quindi delle forze) di primo e secondo ordine (queste ultime con linea tratteggiata).

Come si può facilmente osservare, le forze di secondo ordine hanno effettivamente modulo minore (circa 1/3) di quelle di primo ordine, ed inoltre la loro maggior frequenza le rende meno fastidiose:



Il motore monocilindrico è quindi "squilibrato", ed occorre impiegare accorgimenti per porre rimedio a questa situazione e limitare le vibrazioni, che sono appunto provocate dalle forze che stiamo studiando. Con l'impiego di un contrappeso, opportunamente dimensionato e collocato, si può eliminare la forza di primo ordine concorde, mentre per eliminare la forza del primo ordine discorde è necessario un albero controrotante (o contralbero) di equilibratura.

Nei motori monocilindrici, soprattutto se di grossa cilindrata (come quelli impiegati sulle motociclette da enduro) è praticamente indispensabile l'impiego del contralbero per limitare le vibrazioni: infatti le elevate masse in gioco (dovute alla notevole cilindrata unitaria) danno origine a forze (e quindi vibrazioni) di elevata intensità. Tra le enduro 4T di 500-600 cm3, solo le più sportive, come ad esempio l'Husqvarna TE610, non montano il contralbero: nel caso specifico, si preferisce conseguire una maggiore leggerezza ed una maggior brillantezza del propulsore (il contralbero comporta logicamente un aumento dell'inerzia del motore) "sacrificando" il comfort di marcia. Nello spaccato in figura possiamo vedere invece il motore della BMW F 650 ST: è evidente, nella parte anteriore del basamento, il contralbero di equilibratura (che reca un contrappeso "a mannaia").

Un altro difetto dei monocilindrici, soprattutto quelli a quattro tempi, è l'irregolarità nell'erogazione del momento motore (cioè la coppia): chiunque abbia guidato un grosso "mono" sa che aprendo il gas a regimi molto bassi il motore può mostrarsi "recalcitrante".
Ciò dipende dal fatto che (nei motori 4T) si ha uno scoppio ogni 2 giri della manovella, e quindi la fase "attiva" è seguita da tre fasi "passive". Da qui nasce l'esigenza di adottare un volano di grosse dimensioni, per regolarizzare l'erogazione della coppia: il volano non è altro che un disco con una certa inerzia, che funge da accumulatore di energia cinetica, evitando che l'albero motore rallenti durante le fasi passive (scarico, aspirazione, compressione). Il rovescio della medaglia è che questa maggiore inerzia si paga con una minore brillantezza nelle variazioni di regime.
Nei mono 2T la situazione è un po' migliore in quanto c'è una fase attiva ad ogni giro.

Abbiamo quindi appurato che il motore monocilindrico, pur economico, robusto ed affidabile, presenta l'inconveniente di vibrazioni notevoli e coppia irregolare: questi sono tra i principali motivi per cui propulsori con questa architettura sono, in genere, riservati a motociclette da fuoristrada, o comunque di estrazione "utilitaristica". I motori pluricilindrici risolvono, almeno in parte, questi problemi, al prezzo di una maggiore complessità costruttiva; essi saranno comunque il prossimo argomento che tratteremo, nelle varie configurazioni più utilizzate dai costruttori di motociclette.


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