La curva caratteristica o curva motore è una curva che rappresenta la relazione che sussiste fra la potenza effettiva o la coppia motrice sviluppate dal motore, con il regime di rotazione dell’albero motore. L’analisi della curva di coppia ci permette di capire a quale regime la vettura ha un miglior riempimento di miscela aria/benzina, il che permette lo sviluppo della più alta coppia motrice possibile. Analizzando la curva di potenza è possibile invece sapere fin quanto e con quale rapidità il motore è in grado di svilupparla. Non esiste un solo grafico per ogni motore: a parità di regime, una differente regolazione del carico può portare a valori di coppia e di potenza più bassi rispetto a quelli a pieno carico. Il carico viene definito in base al motore adottato: nel motore a benzina il carico viene regolato con la parzializzazione della miscela aria/benzina tramite la valvola a farfalla, mentre nel motore Diesel il carico viene regolato tramite la regolazione del gasolio da parte della pompa di iniezione. Per farla semplice si relaziona a quanto si preme il pedale dell’acceleratore. Solitamente viene preso in considerazione il grafico a pieno carico in quanto vi è rappresentato il motore alle sue condizioni limite.
Motori Benzina
Prendiamo come esempio la curva caratteristica di un motore a benzina, 4 cilindri, 4 tempi (Pe: potenza effettiva, Me: coppia motrice):
Le curve assumono tale andamento a causa della qualità di riempimento della miscela nella camera di combustione. A regimi bassi, parte della miscela ha tempo di fuoriuscire dal cilindro tramite la valvola di aspirazione per riflusso, peggiorando la qualità della combustione. La curva di coppia diminuisce inoltre ad alti regimi in quanto vengono raggiunte le condizioni soniche, ovvero non può essere richiamata più portata (necessaria a regimi sempre più elevati) a causa del blocco sonico, una condizione fluidodinamica che impedisce incrementi di velocità del fluido e, di conseguenza, di portata (legata all’area della sezione e alla velocità del fluido). La curva di potenza continua a crescere anche dopo il picco della curva di coppia, anche se con minor pendenza di prima, in quanto il regime raggiunto compensa il calo della coppia. Anche la curva di potenza ha il suo massimo in quanto la coppia troppo bassa e le perdite per attrito degli organi meccanici non consentono lo sviluppo di energia utile per il funzionamento del motore.
Motori Diesel
E il motore Diesel? È sempre un motore a combustione e quindi la sua curva si comporta similarmente a quella del motore a benzina. Nel motore Diesel la curva di coppia si mantiene più piatta. Questo è dovuto al fatto che l’entità di riempimento del cilindro si mantiene più costante a variare del regime. Si nota inoltre che la massima potenza è più bassa, in quanto la combustione avviene più lentamente e gli organi che compongono il manovellismo (pistoni, bielle,…) sono più pesanti. Vediamo ora la curva caratteristica di un motore Diesel, 6 cilindri, 4 tempi (Pe: potenza effettiva, Me: coppia motrice):
La lettura delle curve caratteristiche non è limitata all’individuazione dei valori massimi riportati nel grafico. Individuare l’intervallo di regime a partire dai valori massimi di coppia e potenza permette di valutare il grado di elasticità del motore. Per elasticità di un motore si intende la sua capacità di sopperire alla riduzione di potenza, dovuta all’aumento di resistenze esterne (es.: passaggio da una strada piana ad una in salita), con un incremento di coppia. Maggiore è l’intervallo di regime fra i due massimi, più il motore è elastico (o propriamente detto, stabile) ovvero in grado di mantenere in moto il veicolo senza la necessità di scalare marcia. Poniamo a confronto tre motori con grado di elasticità differente.
Nel grafico a sinistra, l’intervallo ∆n ampio consente al Motore A di essere elastico, contribuendo a mantenere in marcia la vettura anche ad elevata resistenza al moto. Ciò permette l’adozione di cambi con poche marce, caratteristiche di funzionamento che ben si adattano per un’utilitaria in quanto il guidatore può concentrarsi sulla guida nel traffico cittadino, fatta di frequenti rallentamenti e riprese. Man mano che tale intervallo si riduce, il motore diventa più potente, ma anche meno elastico (o sempre più rigido). Ciò costringe a scalare per mantenere in moto il veicolo e l’adozione di cambi con un numero di marce maggiore. Per questo, per raggiungere potenze più elevate, le vetture sportive montano motori rigidi e sono caratterizzate da un numero di marce elevato.
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters, Disegni: “Motori a Combustione Interna”, di Giancarlo Ferrari, Ed. Il Capitello, pag. 40, 46
