Quando si parla delle prestazioni di un motore, la prima cosa a cui si pensa è la potenza massima erogata. Con l'arrivo sempre più massiccio sul mercato delle auto elettriche, un parametro diventato particolarmente importante è la coppia massima.
La coppia rappresenta la capacità di un motore di generare una forza rotazionale, misurata in Nm (Newton metri). È un parametro fondamentale perché influenza la capacità del motore di accelerare un veicolo o di superare resistenze come pendenze o carichi pesanti. È particolarmente rilevante in applicazioni in cui è necessario superare resistenze inerziali o di attrito, come nel caso dei veicoli. Inoltre, mentre la potenza massima non viene mai utilizzata durante la guida di tutti i giorni in quanto raggiunta ad elevato regime, la coppia massima sulle moderne vetture è posta a bassi regimi. Ciò facilita la guida in città e dunque le riprese.
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Coppia massima: differenze fra alti giri e bassi giri
Come già anticipato precedentemente, il comportamento della vettura cambia se lo stesso valore di coppia massima è ottenuto a bassi o alti regimi e quindi è funzione della velocità di rotazione del motore. Questo concetto è essenziale per comprendere le prestazioni complessive del motore in varie condizioni di guida. Vediamo nel dettaglio cosa cambia in ciascun caso. I vantaggi di una coppia massima raggiunta ad alto numero di giri sono:
- velocità massima: un motore con una coppia massima agli alti regimi è più adatto a raggiungere velocità elevate. Poiché la potenza è il prodotto fra coppia e velocità, un motore con una coppia massima agli alti regimi può mantenere una potenza elevata a velocità superiori;
- guida sportiva: questa caratteristica è spesso preferita in situazioni di guida sportiva o ad alte prestazioni, dove si desidera una maggiore potenza disponibile a velocità elevate per prestazioni dinamiche;
- cambi di marcia: nei veicoli con trasmissione manuale, permette di mantenere alte velocità durante i cambi di marcia senza perdita di potenza.
I vantaggi, invece, di una coppia massima a bassi giri riguardano:
- accelerazione: il motore sarà più reattivo e fornirà una maggiore spinta iniziale all'accelerazione. Questo è particolarmente utile in partenza da fermo o in salita;
- guida in città: in situazioni di traffico urbano, dove le velocità sono generalmente basse, un motore con coppia massima ai bassi regimi sarà più adatto. Ciò permette una risposta più vivace alle richieste di accelerazione senza dover necessariamente raggiungere elevati regimi;
- traino e carico: questo tipo di motore è vantaggioso per veicoli che devono gestire carichi pesanti o trainare rimorchi, in quanto fornisce una maggiore forza a basse velocità.
Dopo aver evidenziato queste importanti differenze, si comprende come le citycar, ormai, siano tutte sovralimentate. Il motivo di ciò è da attribuire al fatto che la curva di coppia di un motore turbo non solo ha un picco massimo ai bassi giri, ma ha un vero e proprio range di velocità di rotazione nel quale esso è costante. Ciò consente di avere fra i 1500 e i 4000 giri al minuto, circa, un alto valore di coppia, utile durante la guida in città.
Come avviene la regolazione della curva di coppia
La regolazione della curva di coppia di un motore per ottenere il punto di massima coppia ad un determinato numero di giri richiede un'attenta progettazione e regolazione del sistema di alimentazione, dell'aspirazione, dell'accensione e di altri fattori. Ci sono diversi modi per raggiungere l'obiettivo:
- Il sistema di aspirazione, che comprende il collettore, i condotti e il sistema di sovralimentazione, può essere progettato per ottimizzare il flusso d'aria e il riempimento dei cilindri ad un determinato regime di rotazione. Ciò può essere fatto attraverso l'ottimizzazione delle dimensioni e della lunghezza dei condotti, l'uso di collettori a geometria variabile o l'installazione di sistemi di sovralimentazione come i turbocompressori o i compressori volumetrici;
- l'aumento del rapporto di compressione del motore può migliorare l'efficienza termica e la coppia del motore ad alti regimi. Tuttavia, ciò richiede una progettazione e una costruzione robusta del gruppo propulsore per evitare problemi di detonazione;
- modificare l'anticipo all'accensione può influenzare il momento in cui comincia la combustione all'interno dei cilindri e, di conseguenza, la curva di coppia;
- l'ottimizzazione dell'iniezione di carburante può influenzare significativamente la curva di coppia del motore. Si regola la quantità di carburante iniettata, la pressione di iniezione, il tempo di iniezione e altri parametri;
- un sistema di scarico ben progettato può migliorare il flusso dei gas di scarico e ridurre la contropressione, contribuendo così ad aumentare la coppia del motore ad alti regimi;
- l'utilizzo di un'unità di controllo del motore (ECU) programmabile consente di regolare in modo preciso l'iniezione di carburante, l'accensione e altri parametri del motore per ottimizzare la curva di coppia in base alle specifiche esigenze.
È chiaro, quindi, che, in base all'utilizzo previsto di un veicolo, converrà avere una specifica calibrazione motore per favorire quanta più coppia possibile nel range di regimi di rotazione maggiormente utilizzato.