Parametri GEOMETRICI E  Dimensionali
- PARTE 1

Nel corso delle precedenti lezioni sono state fornite le definizioni di alcuni parametri fondamentali tra i quali richiamiamo:

C = corsa = 2Rm (distanza tra il PMS ed il PMI)

D = alesaggio (diametro interno del cilindro, spesso indicato anche con a)

V = cilindrata totale = nCπD2/4 ; con n pari al numero dei cilindri

Vediamo insieme quali passaggi dovremmo seguire per arrivare a progettare il motore.

1) SCELTA DELLA CILINDRATA

Non si può prescindere dalla conoscenza della cilindrata del motore.
Questa rappresenta il parametro più significativo per determinare la potenza del motore ed è il punto di partenza della progettazione del motore.

2) IDENTIFICAZIONE DEL NUMERO DEI CILINDRI

Il numero dei cilindri può essere scelto dallo schema seguente in base in base alla cilindrata:

• V = 500 - 600cc --> 2 cilindri

• V = 700 - 2000cc --> 4 cilindri

• V = 800 - 1300cc --> 3 cilindri

• V > 2000cc --> 6/8 cilindri

Come è possibile notare sopra per cilindrate comprese tra 800 e 1300cc si può optare per un 3 cilindri o per un 4 cilindri.
Il 3 cilindri risulta meno costoso ed inoltre presenta minori consumi ed emissioni. A fronte di questi vantaggi, però, presenta anche maggiori vibrazioni rispetto ad un 4 cilindri e produce anche una rumorosità sgradevole.

3) SCELTA DELLA DISPOSIZIONE DEI CILINDRI

Una volta definita la cilindrata ed il numero dei cilindri, è necessario stabilire la loro disposizione.
Le disposizioni possibili sono:

A) IN LINEA
Questa configurazione risulta essere la più economica. Presenta lo svantaggio di essere la meno compatta e non viene utilizzata per motori con un numero di cilindri superiore a 6.

B) A V
Si tratta di una configurazione molto compatta, ma costosa. In genere si adottano angoli di 90° per gli 8 cilindri ed angoli di 60 o 120° per i 6 cilindri.

C) A CILINDRI CONTRAPPOSTI (BOXER)
Si tratta di un caso particolare della disposizione a V in cui l'angolo è pari a 180°.

Prima di scegliere una delle tre configurazioni bisogna tenere conto delle seguenti considerazioni:

• il 2 ed il 4 cilindri in linea presenta costi bassi, ma anche elevate vibrazioni

• il 2 ed il 4 cilindri nella versione a cilindri contrapposti è più costoso, ma non presenta vibrazioni

• il 6 cilindri in linea non presenta vibrazioni

• il 6 cilindri a V presenta vibrazioni contenute

• i motori con 8 o 12 cilindri in genere non presentano vibrazioni

4) ALESAGGIO E CORSA

Questi due parametri sono estremamente importanti ed influenza il funzionamento del motore.

Si dice che il motore ha:

• CORSA CORTA  se C < D

• CORSA LUNGA se C > D

• CORSA QUADRA se C = D

Per quanto riguarda i motori a corsa corta:
- una volta stabilita la cilindrata (vedi punto 1), un motore a corsa corta avrà alesaggio maggiore rispetto ad uno a corsa lunga. Questo comporta maggiore superficie da dedicare alle valvole.
- in un motore a corsa corta, a parità di numero di giri, il pistone avrà una velocità inferiore (dovrà percorrere spazi inferiori nello stesso tempo).
- visto che il raggio di manovella è legato alla corsa, rispetto ad un motore a corsa lunga o quadra, il raggio di manovella sarà inferiore e quindi saranno minori le forze di inerzia e le vibrazioni del motore.

Anche i motori a corsa lunga però presentano alcuni vantaggi:
- possono essere raffreddati più efficacemente
- avendo un alesaggio inferiore hanno una camera di combustione più raccolta e quindi un rendimento termico maggiore

N.B. I motori di serie in genere hanno una corsa prossima a quella quadra.

5) LUNGHEZZA DELLA BIELLA

La lunghezza della biella è un parametro molto importante e viene rapportato al raggio di manovella.
Il rapporto tra la lunghezza della manovella e quello della biella viene indicato come:

λ = Rm/L ; con L = lunghezza della biella

Nei motori per autovetture questo rapporto varia tra 0.22 e 0.27 (quindi la biella in genere è 3,7 - 4,5 volte più lunga della manovella).

Esempio 1

V = 1200cc

n=4
Vu = 1200/4 = 300cc = 300000 mm3
C=D → Vu = πD2C/4 = πD3/4 → D = C = 3√(4Vu/π) = 69,52mm

Rm = C/2 = 34,76mm

Rm/L = 0,24 → L = Rm/0,24 = 144,83mm

Esempio 2

V = 1200cc

n=3

Vu=1200/3=400cc = 400000mm3
C=D → Vu = πD2C/4 = πD3/4 → D = C = 3√(4Vu/π) = 76,45mm

Rm = C/2 = 38,22mm

Rm/L = 0,24 → L = Rm/0,24 = 159,25mm