Quali sono le cilindrate nelle quali un motore monocilindrico si esprime al meglio, distinguendo tra due tempi a benzina, quattro tempi benzina e diesel

Esistono, lo sappiamo tutti, tante cilindrate. Ma volendo prendere in considerazione un monocilindrico 2T e 4T, dal 30cc della motosega all'oltre 600, in quale cilindrata le caratteristiche tecniche dell'uno (travasi, numero di travasi, forma, luci di scarico, regime di rotazione, rendimento, durata, affidabilità, disposizione delle valvole, eventuali iniettori o carburatori, pompe ecc...) prevalgono sull'altro in quella specifica cilindrata?

Ebbene, questo articolo vuole porre risposta a questa valida domanda. Con rendimento intendiamo la possibilità del motore non di dare il massimo della velocità, ma di lavorare in condizioni il più possibile vicino a quelle ideali.


2 tempi

Il 2T è un motore semplice, a rapida rotazione e dall'eccellente risposta all'aprirsi della manopola del gas. Fa uno scoppio ogni giro e ha lubrificazione a perdere, almeno nella quasi totalità dei casi e viene alimentato tramite una miscela di benzina e olio. Per questioni di natura del propulsore, si ha coppia solo ad un elevato numero di giri, superiore al 4t e una potenza massima elevata, sempre a giri alti. Grazie ad una questione di fluidodinamica, che sfrutta le turbolenze che si creano nella camera di combustione, con le fasi di espansione e compressione dei gas e loro spostamenti, determinate cilindrate riescono ad ottimizzarsi in maniera tale da riuscire a sviluppare la potenza massima ottenibile.

La fase di lavaggio, la velocità media del pistone ed i giri massimi che sono raggiungibili prima di andare in detonazione (e perdere quindi potenza) sono influenzati molto dalle turbolenze che si vengono a creare all'interno della camera di scoppio, determinando così in base alle grandezze di questa il rendimento più o meno buono di un motore. Anche l'olio svolge il suo compito più efficacemente grazie alle turbolenze, andando a lubrificare e raffreddare, insieme alla benzina, al meglio i punti critici, come le pareti del cilindro. Altro fondamentale fattore sono le onde di contro pressione che, generate dall'espansione posta sullo scarico, praticamente comandano il flusso dei gas freschi e gas combusti .

Nel 2t si raggiunge la potenza massima esprimibile nel frazionamento di 125 centimetri cubici, per le leggi della fisica fluidodinamiche sopra spiegate. E' doveroso aggiungere che sia in caso di motore quadro, superquadro o sottoquadro (alesaggio uguale, maggiore o minore della corsa) la dimensione della camera di scoppio è tale da permettere una corretta espansione del fronte di fiamma (i gas che sono incendiati), incrementando quindi la resa termica del propulsore stesso.

Naturalmente bisogna calcolare una giusta dimensione delle luci per ottimizzare lo sfruttamento delle sopracitate onde a regimi di potenza e coppia elevati nel migliore dei modi, ma nella cilindrata 125cc il vantaggio sopracitato si ha con qualsiasi genere fasatura e/o di materiali, ma con rese leggermente diverse.

Un motore 50cc, pur funzionando alla perfezione ha una camera di scoppio troppo piccola ed elevata velocità media del pistone che non permettere a pari fasatura, rapportata in proporzione con quella del 125 preso in questione, un corretto sfruttamento della fase di espansione ed i gas vanno e vengono con troppa rapidità non consentendo al propulsore di esprimere appieno la sua potenza. Il discorso e invece inverso con la cilindrata 250, in quanto il pistone ha velocità mediamente basse e i gas hanno una fase di espansione prolungata, che può portare anche a disuniformità della carica se non correttamente gestita con interventi sullo squish e sulla forma della camera di scoppio e travasi.

Fu infatti sfruttata questa conoscenza per produrre, tempi addietro, moto da gara 500 2t, che erano quadricilindrici da 125cc l'uno ed erogavano potenze paragonabili agli odierni 1000 4t quattro cilindri.

Vedi immagine su Wikipedia che mostra il ciclo di funzionamento del 2T.


4 tempi benzina

Il motore 4t è il motore che sta sempre avendo più successo sugli altri, sia nelle versioni benzina che diesel. E' un motore complesso, che teoricamente può raggiungere rotazioni più elevate del 2t dato che questi è limitato a 15-16 mila giri/min perché oltre ai suddetti regimi le fasi si sovrappongono, anche se in genere questo limite è legato sia dalla fluidodinamica, sia a motivi strutturali ed il tutto è evidenziato dalla velocità media del pistone.

Nei 4t il limite della sovrapposizione delle fasi viene superato grazie all'uso dei variatori di fase, mentre le ricerche sull'uso di materiali speciali e nuove tecnologie va avanti. Il 4t è un motore ecologico e dai bassi consumi, che svolge uno scoppio ogni 2 giri ma che oggi come oggi, sviluppa potenze massime inferiore ai 2t di pari cilindrata e fasatura, ma coppia più elevata e a bassi giri.

Sempre per le questioni di fluidodinamica citate nel 2t, valide anche per il 4t, la cilindrata unitaria più efficiente è compresa tra i 350 e 450cc.
Naturalmente bisogna calcolare la corretta fasatura delle valvole per ottimizzare lo sfruttamento delle turbolenze create in camera di scoppio, che però risultano più gestibili, grazie alla possibilità di interventi sulle valvole, a differenza dei travasi, che non possono essere forzati contro le leggi della fisica.

Vedi immagine su Wikipedia che mostra il ciclo di funzionamento del 4T.


4 tempi diesel

Sul diesel 4T la cilindrata unitaria migliore è di 450 cc, scoperta da recenti studi compiuti da Audi con la sua R10 TDI, usata nelle competizioni.