Dalla coppia motore dipende buona parte dell’aspetto prestazionale del veicolo, in particolare l’accelerazione e l’elasticità.
Le prestazioni del motore di un’auto o di una moto vengono comunemente descritte attraverso una serie di parametri; alcuni, come la velocità di punta, riguardano esclusivamente le performance offerte dal propulsore; altri, invece, ne descrivono le capacità di esercizio. Tra queste ultime rientrano la potenza – espressa in CV o kW – e la coppia motore.
Cos’è la coppia motore
Per capire cosa sia la coppia motrice è bene tenere presente, per sommi capi, come funziona un motore a combustione interna.
Un propulsore endotermico è costituito dal motore (ossia dall’insieme degli organi meccanici che producono forza motrice) e dalla trasmissione, ovvero l’insieme delle parti che trasferisce la forza prodotta dal motore alle ruote, in modo tale da consentire al mezzo di muoversi. In altre parole, il motore esercita una forza sugli organi di trasmissione: l’attitudine di questa forza è quella di imprimere una rotazione agli organi che trasmettono il moto dal propulsore alle ruote.
La coppia motrice è il momento meccanico della forza motrice (prodotta dal motore) sulla trasmissione, ossia la già citata ‘attitudine’ della prima a imprimere un moto di rotazione alla seconda.
A tal proposito basti pensare a due forze (F), parallele ma opposte – stessa direzione e intensità ma verso contrario – applicate ad un corpo rigido: quest’ultimo, sotto l’azione delle due forze, inizierà a roteare: il momento (M) delle due forze è il prodotto tra l’intensità della forza applicata (F) al corpo moltiplicata per il braccio (b), che consiste nella distanza tra le due rette di applicazione della forza (F). Da ciò deriva che M = F x b.
Di conseguenza, poiché la forza (F) si misura in Newton (N) e la distanza si misura in metri (m), l’unità di misura della coppia è Nm (Newton per metro o Newton metro) che ha progressivamente sostituito il kgm (chilogrammetro); negli Stati Uniti e nel Regno Unito, l’unità di misura della coppia motore (in inglese ‘torque‘) è il piede per libbra.
Il rapporto tra coppia motore e potenza
Sulla base di quanto evidenziato sin qui, è chiaro che esiste una stretta correlazione tra la potenza erogata dal motore e il valore massimo della coppia motrice. Questo rapporto viene espresso tramite formule complesse ma può essere anche constatato concretamente, osservando il comportamento meccanico delle biciclette.
Il ciclista applica una forza ai pedali; questa è uguale al prodotto del numero di ‘giri’ della bici (ossia quante volte il pedale compie una rotazione completa) e dalla coppia sul perno dell’albero della bici. La trasmissione – ossia la catena metallica che connette la ruota posteriore ai pedali – trasmette la forza alla ruota posteriore che, a sua volta, ‘scarica’ la forza ricevuta sulla strada.
Per analogia, tenendo presente questa immagine, possiamo descrivere ancor più nel dettaglio la coppia motrice. Come il ciclista ‘spinge’ sui pedali, così i gas di combustione spingono i cilindri del motore; questi, a loro volta, insistono su un biella che trasmette la forza all’albero motore che, per tanto, inizia a ruotare.
A questo punto, è possibile spiegare concretamente quale sia il rapporto che lega coppia e potenza. Premesso che entrambi i valori (massimi) sono rilevati in presenza di uno specifico regime di rotazione del motore, la potenza è il prodotto della coppia per la velocità angolare; un altro rilievo da fare è quello per cui la potenza è sostanzialmente legata ad un lavoro meccanico svolto lungo una distanza, quindi essa presuppone uno spostamento. Per meglio comprendere questo concetto, basti pensare a quanto è difficile pedalare lungo una strada con elevata pendenza: la coppia – ossia la forza impressa sui pedali – sarà di certo notevole ma la potenza risulta di molto inferiore, in quanto la forza di gravità limita la forza motrice.
La coppia alla ruota
Quella alla quale si è fatto finora riferimento è la coppia motrice, ossia il momento meccanico del motore sugli organi di trasmissione. Esiste, però, anche la coppia che viene successivamente trasmessa alle ruote dalla trasmissione stessa; questa rappresenta una grandezza diversa, che dipende dalla coppia motrice (a sua volta legata la regime al quale opera il motore) e dal rapporto di trasmissione (ossia la marcia inserita).
Coppia motore diesel benzina: differenze, pregi e difetti
Per vie delle caratteristiche costruttive e strutturali peculiari, oltre che il un processo di funzionamento differente, i motori a benzina e quelli a diesel offrono un rendimento, anzi una ‘elasticità‘ differente.
Questo tipo di caratteristica viene espresso dalle curve di coppia, rappresentazione grafica dell’erogazione della coppia motrice in corrispondenza di un determinano numero di giri del motore.
Una curva ‘piatta’, ovvero senza particolari punti di massimo è tipica di quei propulsori in grado di sviluppare una buona coppia già a regimi non particolarmente elevati; è il caso dei motori alimentati a gasolio oppure di quelli a benzina dotati di turbocompressore. Una curva di coppia che tocca valori più elevati ma solo in corrispondenza di alti regimi di rotazione meglio si adatta a descrivere il comportamento dei motori a benzina aspirati.
Dal punto di vista strettamente pratico, nel primo caso avremo motori più scattanti in grado, cioè, di essere più brillanti in ripresa mentre nel secondo, il propulsore può risultare ‘pigro’ quando i regimi di rotazione non sono ancora particolarmente elevati.
Naturalmente, le prestazioni di un motore non risentano solo dei valori di coppia e potenza ma anche di fattori esterni: l’attrito con la superficie stradale, la resistenza dell’aria (un buon coefficiente di penetrazione aerodinamica può risultare decisivo in tal senso) e la massa della vettura.
La coppia nel motore elettrico
Le auto full-electric stanno diventando sempre più popolari. La tecnologia più diffusa per questo tipo di auto prevede uno o due pacchi di batterie agli ioni di litio in grado di alimentare la vettura (il range di autonomia è di alcune centinaia di chilometri).
Pur essendo strutturalmente diverso, anche il motore elettrico genera coppia motrice, con alcune sostanziali differenze rispetto ad un tradizionale propulsore a combustione interna. Il motore elettrico non ha un ‘regime’ di rotazione né tanto meno rapporti di trasmissione; per questo, la coppia massima viene erogata fin da subito.
Fonte foto: pixabay.com/it/photos/veicolo-cromo-tecnologia-automobile-193213/
