Albero motore e cilindrata

L'albero motore, detto anche albero a gomiti, è il componente che converte il moto alternativo dei pistoni in moto rotatorio, successivamente trasferito alla scatola cambio. E' quindi collegato alle bielle (con l'ausilio delle bronzine di biella) e appoggia sui supporti di banco (di nuovo con l'ausilio di bronzine di banco).

Nella logica di costruire un buon motore ad alte performance, due sono i punti principali su cui ragionare:

equilibratura albero motore

E' molto importante avere un albero motore perfettamente equilibrato. Un albero motore perfettamente equilibrato riduce le vibrazioni del motore e riduce lo stress e le sollecitazioni a cui sono sottoposti gli organi del manovellismo. Nel momento in cui si apre un motore per effettuare una preparazione, l'equilibratura dell'albero motore è una aspetto da non dimenticare

alleggerimento albero motore

E' intuitivo che un albero motore leggero porti dei benefici sulle performance. L'albero motore di serie può essere alleggerito, oltre che equilibrato. L'albero motore TU5J4 di serie pesa circa 12,370 kg. Possono essere fatti in totale sicurezza degli alleggerimenti fino a circa 1 kg. Oltre è consigliabile pensare all'adozione di un albero motore speciale in acciaio che consente di scendere sotto i 10 kg in piena affidabilità.

L'albero motore è interessante anche perchè attraverso la sua corsa influisce su uno dei caratteri base di un motore: la cilindrata.

La cilindrata dipende infatti da due fattori: l'alesaggio dei pistoni e la corsa dell'albero motore.

La formula per calcolarla è la seguente:

Cilindrata = 3,14 x (alesaggio/2)2 x corsa x numero dei cilindri/1000

Sui motori TU5J4 e TU5JP4 è possibile intervenire sulla cilindrata lavorando sia sulla corsa che sui pistoni.

La maniera migliore per aumentare sulla cilindrata è lavorare sull'alesaggio dei pistoni. Il monoblocco Saxo/106 (così come quello C2/206) consentono una maggiorazione degli alesaggi in piena affidabilità fino a 80 mm.

Questo si traduce negli aumenti di cilindrata elencati in tabella:

Per andare oltre 1650 cc è necessario agire sulla corsa dell'albero motore.

La corsa di serie può essere maggiorata fino a 7 mm, passando da 82 mm a 89 mm.

Con un pistone da 78,5 mm (alesaggio di serie) e un albero motore con corsa di 89 mm si raggiunge una cilindrata di 1722 cc.

Adottando un pistone da 80 mm assieme all'albero da 89 mm otteniamo 1788 cc che rappresentano il limite massimo di sviluppo della cilindrata del motore.

Modificando la corsa dell'albero motore, chiaramente, vanno riviste le quote di bielle e pistoni. In altre parole, la lunghezza delle bielle e l'altezza di centraggio dei pistoni devono essere studiati per ripristinare le corrette quote rispetto al monoblocco (altrimenti i pistoni uscirebbero dal monoblocco, alterando il rapporto di compressione e causando collisioni).

Il modo più facile per realizzare la trasformazione è acquistare un kit completo composto da albero motore in acciaio + bielle + pistoni.

Il montaggio di un kit 1800 con albero da 89 mm deve essere eseguito da personale esperto. Bisogna rettificare i cilindri per alloggiare i pistoni alesaggio 80 mm e fare un'extra lavorazione nelle zona bassa del monoblocco per evitare che le bielle tocchino nei cilindri.

Nella foto un kit trasformazione 1800 con albero motore in acciaio, bielle su misura e pistoni alta compressione. Il costo del materiale si aggira attorno ai 3000 euro.

Per chi intendesse cercare tra gli alberi motore di serie PSA, il miglior riferimento che si può prendere è l'albero motore del propulsore DV6ATED4 o DV6TED4 (1600 diesel rispettivamente da 90 o 110 cv che equipaggia molte vetture del gruppo PSA, BMW e Ford: Xsara Picasso, C3, C4, C4 Picasso, C5, Ford Focus, Ford Fiesta, Ford Fusion, Mini Cooper, Peugeot 206, 307, 308, 407, Volvo S40 e V50... ).

L'albero motore di questi propulsori ha un corsa di 88,3 mm ed è adattabile alla Saxo. Non sono in grado di fornire i dettagli delle modifiche necessarie, non avendo sperimentato direttamente questa trasformazione. Considerato che il costo di 4 bielle su misura e di 4 pistoni speciali si aggira attorno ai 1200-1400 euro e che questo genere di adattamenti si porta sempre dietro una buona dose di tempo e di denaro per gestire modifiche e imprevisti, il consiglio è di optare per un kit completo con albero motore in acciaio.

Effetti dell'aumento di cilindrata

In qualunque modo sia ottenuto (mediante alesaggio, corsa o entrambi), l'incremento della cilindrata produce sempre i seguenti effetti:

• aumento della coppia motrice proporzionalmente all'aumento della cilindrata
• raggiungimento della potenza massima a un regime inferiore

E' bene sottolineare che l'aumento della cilindrata non genera aumenti di potenza. Scambiando con molti tra gli utenti che mi scrivono attraverso il sito, ho avuto modo di intendere più volte questo equivoco.

La potenza non è data dalla cilindrata ma dalla quantità di aria che il motore ingerisce e processa, la quale dipende principalmente dalla parte alta del motore: testata, camme, aspirazione e scarico.

Se, ad esempio, su un motore Saxo da 180 cv aumentiamo solamente la cilindrata otterremo sempre 180 cv.

La differenza sarà nella curva di potenza più corta e piatta e in un miglioramento di tutta la curva di coppia motrice (sia la copia massima che la coppia motrice a parità di giri).

Il vantaggio dell'aumento di cilindrata sta dunque nell'avere una curva di potenza più fruibile. Una Saxo 1800, a parità di potenza, rispetto ad una Saxo 1600, avrà un'elasticità di marcia nettamente migliore, una curva di coppia più favorevole, una power band più estesa. Questo si traduce in una guida più semplice, maggiore efficacia e migliore ripresa.

L'unico elemento che si va a penalizzare è l'allungo. Il motore avrà un arco di utilizzo, inteso come numero di giri, inferiore. Un maggiorazione a 1800 fa sì che la potenza massima sia raggiunta a circa 900 giri in meno rispetto a un 1600.

Le maggiorazioni di cilindrata non fanno dunque per i patiti degli alti regimi. Ciò nonostante, sia dal confronto dei dati di banco, sia dalle esperienze dirette di guida, il vantaggio della maggiorazione di cilindrata in termini di efficacia, è rilevante e immediatamente avvertibile.

Cliccando qui, è possibile visionare il confronto a banco tra due motori da oltre 200 cv (una C2 Super 1600 e l'evoluzione 2010 con cilindrata 1800). Il confronto tra le due curve di potenza riflette quanto detto prima. Il motore 1800 è favorito nella curva anche da un'aspirazione 4 farfalle a trombetta lunga. Tuttavia il grosso del delta è dato dalla differenza di cilindrata.

Valutazione motore corsa lunga vs motore corsa corta

Un motore si dice "quadro" quando la misura della corsa e dell'alesaggio si equivalgono. Il motore XU10J4RS della Peugeot 306 GTI è un classico esempio (corsa e alesaggio sono entrambi pari a 86 mm).

Un motore si dice a corsa lunga quando la misura della corsa supera quella dell'alesaggio. Viceversa si dice a corsa corta (o superquadro) quando la misura della corsa è inferiore all'alesaggio.

I motori sportivi sono tipicamente a corsa corta. Una configurazione a corsa corta permette al motore di sostenere regimi più elevati. Per fare un esempio, i motori della moto sono tutti motori con una corsa molto corta rispetto all'alesaggio (decisamente superquadri).

I motori TU5J4 e TU5JP4 nascono, come la maggioranza dei motori moderni, con una configurazione a corsa lunga: 82 mm di corsa contro i 78,5 mm dell'alesaggio.

Gli interventi di aumento della cilindrata passano soprattutto attraverso l'allungamento della corsa, in quanto i limiti fisici del monoblocco impediscono di lavorare molto sull'alesaggio.

Ogni preparatore farà le proprie valutazioni in merito. E' bene però fugare un equivoco, molto diffuso.

Quando parliamo di portare un motore Saxo da 1600 a 1800, il confronto non va fatto su base teorica tra due motori pari cilindrata di cui uno a corsa più corta e uno a corsa più lunga.

Praticamente dobbiamo confrontare di una configurazione 1600 con corsa più corta contro una configurazione 1800 a corsa più lunga (motore meno quadro). Ci sono quindi 200 cc di differenza, che concretamente, portano un vantaggio rilevante, sopra già descritto (per approfondimenti sulle curve di potenza cliccare qui).

Una trasformazione Saxo/106 da 1600 a 1800 richiama molto da vicino l'operazione fatta da Renault al momento della progettazione della Clio Williams.

Il motore 2000 cc della Clio Williams, la cui efficacia è stata tanto apprezzata da molti appassionati, non è altro che una trasformazione a corsa lunga del propulsore 1800 della Clio 16v.

La Clio 1800 16v aveva una cilindrata di 1793 cc determinata da una corsa di 83,5 mm e un alesaggio dei pistoni di 82,7 mm. La cilindrata di 2000 cc della Clio Williams è stata ottenuta mantenendo l'alesaggio è maggiorando la corsa a 93 mm (aumento pari a quasi 10 mm in più).

Valutazioni velocità media pistone

Uno degli elementi tecnici da prendere in conto nel momento delle progettazione di un motore in merito alla corsa è la velocità media del pistone.

La velocità media del pistone è calcolata mediante la seguente formula:

Velocità media pistone (metri al secondo) = corsa x giri / 60000

Si tratta dunque di un parametro che è funzione diretta sia del numero di giri che della corsa.

Maggiore è la velocità media del pistone e maggiori sono gli stress a cui è sottoposto il motore. Non esiste una vera e propria regola ma, a semplice buonsenso ed esperienza, il consiglio è di non superare i 25 metri al secondo (per fare un esempio su un motore molto tirato le Ducati Superbike girano a 28 m/s).

Nel caso della Saxo, questi sono i dati in merito a 2 soluzioni (1600 e 1800) per arrivare oltre i 200 cv. Prendiamo in considerazione il regime di potenza massima + 200 giri di allungo.

Saxo 1800 Evo 2010 220 cv

Velocità media pistone = 89 x 7950 / 60000 = 23,59 metri al secondo

Saxo 1600 Kit Car 210 cv

Velocità media pistone = 82 x 8700 / 60000 = 23,78 metri al secondo

Per raggiungere potenze massime simili i propulsori Saxo raggiungono velocità medie pistone molto simili nelle due configurazioni.

Indicativamente i limiti del motore TU5J4 sono di 8300 giri nella configurazione 1800 e 9100 giri nella configurazione 1600. Con questi valori siamo vicini ai 25 metri al secondo. Il motore 1800 presenta bielle più corte che creano angoli di manovella meno favorevoli. Ipotizziamo dunque di tenere 200 giri di margine in più (fermando il motore a 8100 giri).

Questo si traduce in un potenziale massimo teorico di:

Motore 1600 cc: 240-250 cv a 8900 giri (limitatore a 9100)

Motore 1800 cc: 230-240 cavalli a 7900 giri (limitatore a 8100)