Parametro chiave per determinare la potenza di alcuni tipi di propulsore, l’alesaggio permette di individuarne tre categorie e di calcolare la cilindrata del motore.
Gli appassionati di auto e moto avranno di certo ben presente la sostanziale differenza che separa un motore di serie da uno destinato alla competizione agonistica: dalla progettazione alle prestazioni, queste due categorie di propulsori sono estremamente diverse. A questa specializzazione concorre un parametro noto come alesaggio.
Con questo termine di origine francese si indica, in generale, il diametro interno di un tubo, mentre in ambito meccanico e motoristico si fa riferimento al diametro interno del cilindro dei motori a combustione interna. Il processo di messa a punto dell’alesaggio viene definito alesatura, e può essere effettuato a mano (utilizzando un utensile chiamato alesatore) oppure con uno strumento meccanico in grado di realizzare lavori ad alta precisione (alesatrice).
La misurazione dell’alesaggio viene effettuata mediante uno strumento chiamato alesametro o alesometro: esso è costituito da un’impugnatura al cui estremo si trova una testa tastatrice dotata di elementi ad espansione. Nella versione analogica, la testa dell’alesametro utilizza un comparatore collegato ad un sistema di leve; nei modelli digitali, invece, lo spostamento dell’asta viene misurato attraverso un trasduttore.
Il rapporto tra alesaggio e corsa
Il rapporto tra l’alesaggio e la corsa è un parametro che influisce in maniera significativa sulle prestazioni del motore: dal punto di vista tecnico, può essere calcolato solo per i motori a pistoni alternati, ovvero quella tipologia di propulsore che utilizza pistoni a movimento alternativo. In parole povere, parliamo di quel tipo di meccanismo in cui il pistone va su e giù all’interno del cilindro sfruttando l’energia generata dalla rotazione dell’albero motore.
All’interno del cilindro esistono due punti morti, generalmente indicati come PMS (punto morto superiore) e PMI (punto morto inferiore): questi corrispondono ai punti in cui il pistone si ferma ed inverte il proprio movimento all’interno del cilindro di un motore a movimento alternativo. La distanza che separa questi due punti, che può variare sensibilmente da un propulsore all’altro, si definisce corsa.
Il rapporto alesaggio corsa serve a definire le caratteristiche del motore. In base al valore di tale rapporto, è possibile individuare tre diverse tipologie di motore:
- Motore “quadro”, se le due misure sono uguali.
- Motore a “corsa corta” (detto anche “superquadro”), se l’alesaggio è maggiore della corsa.
- Motore a “corsa lunga” (“sottoquadro”), se la corsa è maggiore dell’alesaggio.
In genere, il rapporto alesaggio corsa resta compreso tra un valore minimo di 0,6:1 e un valore massimo di 1,4:1. Gli assetti superquadro vengono di solito montati su auto e moto destinate alle competizione agonistiche (ad esempio, i motori di Formula 1 in genere superano il valore di 1,4:1), mentre i motori sottoquadro sono destinati in gran parte ai prodotti di serie, in quanto consentono di contenere maggiormente sia i consumi che le emissioni inquinanti.
La scelta del rapporto tra alesaggio e corsa è fondamentale per ottenere il risultato desiderato in termini di potenza del motore, e i progettisti devono tenere in considerazione pregi e difetti che derivano da questa scelta, ovviamente al netto di altri fattori, in primis la qualità delle componenti meccaniche utilizzate.
Ad esempio, in un motore superquadro un alesaggio maggiore della corsa diminuisce la superficie di contatto tra pistone e cilindro. Il risultato è quello di una minore dispersione di energia a causa dell’attrito, e una corsa ridotta permette anche di sostenere regimi di rotazione più elevati e diminuire le vibrazioni. In particolare, nei motori superquadro a 4 tempi si realizza un riempimento più efficace del cilindro; sui modelli a 2 tempi, invece, i vantaggi portati da questo tipo di rapporto sono la minore dispersione di carburante e un processo di raffreddamento più efficace.
Non mancano, di contro, determinati svantaggi. Anzitutto, il sistema comporta il coinvolgimento di forze più grandi: un cilindro con un alesaggio maggiore della corsa richiede una forza più intensa alle componenti rotanti, e nello specifico alla biella e al pistone. In aggiunta, aumentano i tempi di combustione e lo scampanamento (cioè l’oscillazione del pistone), e non sono da non sottovalutare, infine, le maggiori sollecitazioni cui sono sottoposte le fasce elastiche, ossia gli anelli metallici alloggiati sulla testa del pistone per far sì che essa combaci perfettamente con la parte interna del cilindro.
Come funziona l’alessaggio per i motori F1
I motori delle auto di Formula 1 sono progettati e costruiti per sviluppare la maggior potenza possibile; per questo, i valori di alesaggio e corsa sono molto diversi da quelli che di norma caratterizzano i propulsori dei veicoli di serie in commercio. Avendo finalità agonistiche, e dovendo fornire prestazioni di gran lunga superiori, i motori da F1 presentano misure di alesaggio e corsa molto lontane da quelle delle normali vetture. Per fare un esempio, l’ultimo dei modelli Ferrari da Formula 1, la SF70H, aveva un alesaggio di 80 mm e una corsa di 53 mm, con un rapporto di 1,5:1.
Il motivo di tale sostanziale e sensibile differenza sta nel fatto che i motori di F1 devono poter sostenere regimi di rotazione altissimi, evitando al contempo che la velocità media del pistone sia troppo elevata.
L’alesaggio delle MotoGP
Per quanto concerne le moto il discorso è molto simile. In genere, le due ruote da competizione utilizzano motori superquadro, ma la crescita delle prestazioni, soprattutto in termini di velocità massima, è stata rallentata dalle disposizioni regolamentari. Dal 2012, infatti, il valore dell’alesaggio non può superare gli 81 mm e i motori non possono avere un frazionamento diverso dal 4 cilindri. Una conformazione a 2 o 3 cilindri richiederebbe un alesaggio maggiore; dal momento che per ottenere più potenza (cioè più cavalli) bisognerebbe portare più miscela di aria e benzina nelle camere di combustione, bisognerebbe allargare la superficie del pistone e quindi l’alesaggio. Visto che come accennato le restrizioni regolamentari non lo consentono, i progettisti si devono allora concentrare sul miglioramento della capacità di aspirazione e scarico del motore per poter migliorarne ulteriormente le prestazioni.
Il calcolo della cilindrata
I valori di alesaggio e corsa servono anche a calcolare la cilindrata di un motore, che in quelli a moto alternativo è rappresentato dal volume descritto dal pistone tra i due punti morti del cilindro. Se il motore è dotato di più cilindri, il valore della cilindrata “unitaria” va moltiplicato per il numero dei cilindri. In termini aritmetici, per calcolare la cilindrata si utilizza la stessa formula geometrica necessaria al calcolo del volume di un cilindro, per cui:
Cilindrata unitaria = π (alesaggio/2)²·corsa
Cilindrata complessiva = Cilindrata unitaria · Numero cilindri
Fonte immagine: https://pixabay.com/it/motore-pistone-macchina-chiudi-2154575/
