Coppia motore: cos'è e come influisce sulle prestazioni del tuo motore

Quando vediamo la pubblicità che i diversi marchi fanno delle loro auto sui media, possiamo notare che, a livello tecnico, di solito mostrano una serie di cifre relative a velocità, consumi, accelerazione... insomma, dei numeri freddi che anche un'alta percentuale di piloti non sarà mai in grado di eguagliare. C'è però un fatto fisico che piace a tutti i piloti, che viene pubblicizzato raramente e al quale non molti anni fa è stata data una certa importanza: il dal motore.

Non molto tempo fa, quando le auto non avevano ancora subito l'attuale escalation di potenza, la riprendere dell'auto come la capacità che aveva di guadagnare velocità. Questa affermazione popolare, anche se quando si tratta di interpretare ciò che è reprís è corretta, a capire cos'è la coppia è un po' corto o piuttosto impreciso

Cos'è la coppia?

La coppia del motore, nota anche come coppia, è a grandezza fisica che misura il momento di forza da applicare ad un asse che ruota su se stesso ad una certa velocità. Applicato al mondo automobilistico e spiegato in modo comprensibile a tutti, può essere definito come il forza richiesta per la rotazione dell'albero a gomiti del motore e, quindi, essere in grado di trasmettere detto movimento al resto degli elementi meccanici necessari alla movimentazione del veicolo.

Ed è qui che osserviamo la prima differenza tra realtà e costume; Quando ci riferiamo alla coppia del motore per esprimere la capacità di accelerazione di un veicolo, non stiamo davvero definendo cosa sia la coppia del motore, stiamo solo descrivendo una delle sue applicazioni. Questo perché la coppia di un motore misura la potenza richiesta al motore per compiere un certo numero di giri ma non tiene conto della potenza aggiuntiva che deve essere applicata per modificare la velocità angolare dell'albero o dell'albero motore.

Un po' di fisica per spiegare la coppia

Per spiegarti cos'è la coppia motrice, fuggendo dai principi fisici, ti spiegherò la funzione dell'albero motore e le forze che agiscono su di esso.

Si genera un motore termico potere nei cilindri. Nello specifico è nel camere di combustione dove esplode la miscela aria-carburante. È l'energia rilasciata da questa esplosione che genera un movimento lineare spingendo il pistone in direzione opposta a quella della testata motore. I pistoni dei diversi cilindri sono fissati al albero motore da Rods ed è proprio nell'unione di questi con l'albero a gomiti che si trasforma il movimento lineare moto rotatorio.

Vale la pena ricordare a questo punto l'eccezionale costruzione del motori rotativi, in cui le camere circolari dei "cilindri" circondano direttamente un asse centrale che ruota su se stesso mosso dalle esplosioni prodotte nelle camere, per cui in questo caso il moto rotatorio. In ogni caso, i principi fisici che agiscono in relazione alla coppia del motore sono gli stessi.

Anche senza entrare in uno studio eccessivo, per semplificare l'idea di trasformazione dell'energia, si potrebbe dire che i blocchi rotanti generano coppia anziché potenza. Non ci si può fidare a questo proposito perché né le camere né il rotore dei motori rotativi sono esattamente circolari e l'accensione del carburante avviene in una porzione della camera, a differenza dei tradizionali motori a cilindro in cui la miscela aria-carburante occupa il suo intero volume .

Tornando alla spiegazione fisica, la forza esercitata dal pistone sull'albero motore non è costante durante tutto il processo di espansione. Questo perché all'interno di ogni cilindro si genera il massimo valore di potenza al momento dell'accensione del carburante. E con questi momenti di massima potenza arrivano momenti di massima coppia.

Il ritardo tra il momento in cui viene generata la massima potenza nel cilindro e la massima applicata all'albero motore non è facilmente calcolabile. Questo perché i pistoni non compiono un movimento puramente lineare ma, poiché anche l'albero motore non è completamente rettilineo, compiono un movimento che unisce l'effetto lineare del pistone con l'effetto circolare dei cuscinetti di biella.

Tuttavia, questi momenti di massima potenza e coppia massima sono di grande importanza in termini di percezione della scorrevolezza nel funzionamento del motore.

Più cilindri ha il veicolo, più volte al minuto esisterà quel momento di forza massima e più omogenea sarà la percezione da parte del guidatore del buon funzionamento del motore.

Ciò è dovuto al fatto che in un motore a 2 cilindri ci sarà un solo momento di forza massima ogni 360º di rotazione dell'albero motore, in un motore a tre cilindri avverrà ogni 240º, in uno su sei ogni 120º e presto. Naturalmente, questo deve essere interpretato come pura teoria poiché oggi i produttori si sforzano di rendere i loro motori il più fluidi possibile in termini di funzionamento.

questo fattore influenza anche il fatto che al minimo un motore genera più vibrazioni e che sono anche più evidenti: a 1.000 giri al minuto ci sono la metà dei momenti di forza massima che a 2.000 giri. Ad esempio, partendo da un regime minimo medio di 850 giri al minuto, un motore a tre cilindri genererà meno di dieci momenti di forza al secondo, mentre un blocco a sei cilindri ne genererà quasi venti.

Se teniamo conto che l'essere umano "normale", di fronte ad una forza intermittente di applicazione continua, riconosce meglio intervalli maggiori di un decimo di secondo rispetto a quelli minori, ecco la banale spiegazione con cui il grande pubblico riconosce le vibrazioni di i motori a due o tre cilindri: perché l'intervallo tra i momenti di massimo esterno è maggiore di un decimo di secondo.

Che coppia eroga il tuo motore?

In molte pubblicazioni sul mondo dei motori viene solitamente misurata la coppia che il motore di un veicolo “fornisce”. Questa affermazione, per definizione, non è corretta fintanto che comprendiamo che la coppia è a forza applicata e non uno forza risultante. Tuttavia, anche per il principio fisico dell'azione-reazione, quando un momento di forza viene applicato ad un asse che ruota su se stesso, si genera automaticamente un altro momento di forza con la stessa intensità e direzione ma in direzione opposta all'originale (La terza legge di Newton).

Come calcolare la coppia del motore – Carico del motore

La coppia del motore si può misurare ma il suo calcolo è estremamente complicato e quasi impossibile per i mortali, quindi è più facile affidarlo a professionisti in grado di maneggiare macchine moderne e programmi per computer molto complessi, anche se a prima vista vediamo solo un banco di rulli.

Come segue dalla sua definizione, in un motore a combustione la coppia è una variabile che dipende dalla potenza generata nelle camere dei cilindri e dal numero di giri a cui il motore sta girando in quel particolare momento, quindi il suo valore potrebbe essere calcolato dalla formula P = T · ω dove P è la potenza espressa in watt o watt , T è la coppia espressa in Newton metri e ω è la velocità di rotazione radiale espressa in radianti al secondo.

Tuttavia, ci sono altri fattori che influenzano i valori teorici che potrebbero essere ottenuti dall'applicazione diretta della formula, come il attrito interno del motore. Questi attriti interni fanno sì che una parte della potenza ottenuta dal motore non possa essere utilizzata esternamente ma anzi venga "persa" nello stesso processo di movimento del motore, normalmente sotto forma di calore. Ricordati che l'energia non si crea né si crea né si distrugge, si trasforma solo.

Ci sono anche fattori esterni che possono influire sulla potenza generata da un motore, anche in situazioni internamente comparabili. Ad esempio, lo stesso motore che gira a una velocità costante di 2.000 giri al minuto genererà più potenza quando si guida su una strada pianeggiante che in discesa. Nonostante il numero di giri sia costante, e quindi anche la velocità angolare dell'albero motore, il diverso valore della potenza generata in ogni momento si traduce anche in un diverso valore della coppia applicata all'albero motore.

Molti di voi si chiederanno come possa essere e la spiegazione è molto semplice. Come tutti sappiamo, il movimento si genera grazie all'accensione del miscela stechiometrica di carburante-aria nelle camere dei cilindri e se è richiesta meno potenza la soluzione è iniettare una miscela più povera di carburante e più ricca di aria. Questo è anche il motivo per cui i computer delle nostre auto segnano un consumo istantaneo inferiore o addirittura nullo quando abbassiamo un porto.

Vengono chiamati tutti questi parametri che modificano il funzionamento ei risultati teorici di un meccanismo carico del motore, che può essere definita come la quantità di coppia che un motore deve produrre per vincere le resistenze che si oppongono al suo movimento.

Come abbiamo visto, il carico del motore dipende sia da cause interne al motore, come l'attrito delle sue diverse parti in movimento, sia da agenti esterni come l'attrito dei pneumatici o l'aerodinamica stessa dell'auto. Ho fatto questi due esempi totalmente esterni alla meccanica del veicolo perché in entrambi i casi generano forze contrarie e costantemente variabili al movimento del veicolo, che si ripercuotono anche sulla valore del carico del motore sarà anche un parametro costantemente variabile.

Il carico del motore influisce anche su di noi durante la guida in un modo molto chiaro che tutti i conducenti apprezzano. Se continuiamo con lo stesso esempio di un veicolo che viaggia a velocità costante e regime del motore costante, perché è più difficile per l'auto guadagnare velocità in salita che in discesa? Bene, a causa della variazione del carico del motore.

Rientrando in un mondo teorico, quando un'auto circola a velocità costante su una strada pianeggiante, ha due forze esterne che si oppongono al suo movimento: aerodinamica e resistenza. Quando il veicolo inizia a circolare su un tratto ascendente, se manteniamo costante la velocità, possiamo considerare che si mantiene la forza aerodinamica contraria al movimento, ma si modifica l'attrito nel senso che è una forza gravitazionale e al momento che il veicolo inizi a salire, ci sarà una parte dell'attrito che "tira" l'auto all'indietro.

Se vogliamo girare molto finemente, possiamo anche mettere in gioco energia cinetica ed energia potenziale. L'energia cinetica dipende dalla massa e dalla velocità del veicolo e l'energia potenziale dalla massa e dall'altezza. All'aumentare dell'altezza, per il principio di conservazione dell'energia, l'energia cinetica sarà trasformata in energia potenziale.

In questo caso di strada in salita, sommando l'insieme delle forze esterne che si oppongono al movimento, possiamo dire che il carico del motore aumenta e quindi la quantità di coppia "utilizzabile" del motore diminuisce, e si possono osservare diverse situazioni:

• Se vogliamo mantenere la rotazione costante del motore dobbiamo richiedere più potenza premendo più forte sull'acceleratore per iniettare una miscela più ricca di carburante nelle camere dei cilindri.
• Se l'inclinazione della carreggiata aumenta, potrebbe arrivare il momento in cui il veicolo inizia a muoversi perdere velocità. Ciò è dovuto al fatto che il carico del motore (forze contrarie al movimento) è maggiore della coppia generabile nel motore (forze positive al movimento).

• restando potenza e coppia costanti, e aumentando il carico del motore, sarà disponibile meno potenza per aumentare la velocità del veicolo perché l'accelerazione è proporzionale alla forza applicata: meno potenza significa minore potenza di accelerazione.

Coppia motore e cambio

Tuttavia, la fisica è anche in grado di modificare il comportamento di corpi sottoposti a forze diverse, e nel caso dell'albero motore della nostra auto si può dire che è in grado di inviare la coppia che riceve dai cilindri ad altre parti del veicolo, come il cambio.

La coppia viene dal motore al cambio sotto forma di movimento rotatorio attraverso l'albero di ingresso. Ecco perché quando un produttore parla del suo catalogo di modifiche, parla sempre di limiti di coppia e non di potenza. All'interno del cambio c'è un trasformazione da coppia a forza tangenziale e ritorno a coppia. Come?

All'interno del cambio ci sono un certo numero di ruote dentate che si trasmettono il movimento tra loro semplicemente ingranando tra loro i denti. Queste corone dentate, che si riferiscono al numero di marce che ha la trasmissione, hanno una dimensione o “rapporto di trasmissione” differente, per questo a volte si può leggere che una trasmissione ha x velocità o x rapporti; è la stessa.

In ogni caso, questa diversa dimensione delle corone dentate è ciò che varia la coppia in ingresso e in uscita anche del principio fisico di conservazione dell'energia: Quando due ruote girano a maglie (teoricamente) conservano energia, quindi il prodotto della coppia per la velocità angolare deve essere mantenuto costante.

Spiegando il principio di base che influenza la coppia, le velocità più basse hanno pignoni più grandi rispetto a quelle delle marce superiori e la sua logica fisica è molto facile da capire con un esempio perché è qualcosa che tutti i piloti percepiscono e conoscono, approfittane, quindi continuiamo con la stessa vettura che circola a 2.000 giri al minuto, generando potenza e coppia costanti.

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circolando prima marcia, l'albero di entrata in entrata sta accoppiando il cambio con una data velocità angolare ma è in marcia. corona dentata più grande che ruoterà a una velocità inferiore rispetto all'albero di ingresso. Poiché la potenza rimane costante nella marcia, Al diminuire della velocità angolare di rotazione, la coppia aumenta..

Se invece si circola nella marcia più alta, con la corona dentata anche più piccola di quella dell'albero primario di entrata, accadrà esattamente il contrario: la corona dentata della marcia più alta ruoterà ad una velocità maggiore e quindi la la coppia in uscita diminuirà.

Questa variazione di coppia a fronte di una costanza teorica sia dell'efficacia del blocco che del carico del motore è responsabile del diverso comportamento che si può osservare nella vettura in fase di aumento di velocità. Perché tutti sanno che guidando a velocità costante è più facile aumentare il regime del motore in una marcia bassa che in una lunga, anche se la potenza e la coppia generate nel motore sono le stesse.

Il motivo è che in una marcia più alta meno coppia raggiunge le ruote motrici. Il motivo è che allo stesso numero di giri, le gomme gireranno più velocemente quanto più alta è la marcia. Ecco perché a volte possiamo salire una rampa abbastanza ripida in prima marcia a 1.500 giri al minuto e altre volte, guidando in 5a o 6a, la minima pendenza ci fa ridurre una marcia per non perdere velocità anche se guidiamo a una velocità superiore regime di rivoluzioni.

Logicamente siamo di nuovo in un mondo teorico perché, in pratica, all'aumentare della velocità aumenta anche la forza aerodinamica che tende a rallentare la vettura, il perdite di energia ad esempio per il maggior riscaldamento delle gomme... Insomma una serie di agenti esterni che generano forze contrarie al movimento e che vale semplicemente la pena che vi suonino un po' familiari per capire meglio la coppia del motore.

Coppia nei motori elettrici

Come nei motori rotativi, motori elettrici generare direttamente moto rotatorio e, quindi, coppia anziché potenza intesa come tale. Questo perché il principio di funzionamento di un motore elettrico si basa su a Principio di base del magnetismo per cui cariche dello stesso segno si respingono e cariche di segno opposto si attraggono.

La base costruttiva di un motore elettrico, spiegata grossolanamente, per essere un cilindro magnetizzato percorso da un rotore che ruota su se stesso grazie alle continue variazioni di carico del cilindro esterno. L'esempio più elementare sarebbe quello della bussola: se non viene toccata punta al nord magnetico della terra, ma se avviciniamo un magnete e lo facciamo ruotare con movimenti circolari attorno alla bussola, il suo ago ruoterà su se stesso alla velocità con cui muoviamo il magnete.

C'è una differenza fondamentale quando si tratta della qualità del coppia ottenuta: es CASI costante. Mentre in un motore termico il valore della coppia può variare a seconda del numero di giri a cui ruota il blocco, in un motore elettrico la coppia è CASI costante. Ciò è dovuto al principio di funzionamento di base di questi tipi di motore e la tecnologia applicata oggi.

Come ho accennato, la rotazione del rotore di un motore elettrico è dovuta al polarizzazione continua dello statore che diventa un piccolo campo magnetico in grado di far girare il rotore dall'alternanza di forze di attrazione e forze di repulsione ed è a questo punto che gli attuali progressi tecnici consentono alle forze gravitazionali generate nel rotore di avere una coppia massima quasi costante.

Coppia motore elettrico vs. coppia termica del motore

Ho commentato che la coppia lo è CASI costante per un dettaglio ben preciso e che spiega in un certo modo i limiti delle auto elettriche in autostrada oa doppia carreggiata ma anche i loro vantaggi nel traffico urbano. A differenza di un motore termico, i motori elettrici generano coppia del motore dall'inizio del giro e lo mantengono costante fino al raggiungimento del livello di potenza massima, a quel punto il valore della coppia diminuisce. Per citare un esempio, il BMW i3 offre la massima potenza 170cv e una coppia massima di 250 Nm, ma vediamo come è distribuito:

• Il motore elettrico della BMW i3 offre una coppia costante di 250 Nm da quasi 0 giri motore a circa 4.500 giri motore al minuto.
• In questo intervallo da 0 a 4.500 giri al minuto la potenza aumenta da 0 a 170 cavalli (127kw).
• A partire da 4.500 giri al minuto, sia la coppia che la potenza iniziano a diminuire.
• A 8.000 giri al minuto il motore della BMW i3 offre circa 150 cavalli e una coppia di 125 Nm.

Che lettura si può fare di queste cifre? Ebbene, nel caso del motore BMW i3, si può dire che è dotato di un motore molto allegro fino a 4.500 giri, il che rende questa vettura molto veloce in accelerazione a bassa velocità. Raggiunge infatti i 100 km/h partendo da fermo in soli 7 secondi, il che le permette di sfidarsi faccia a faccia con la BMW 120i.

Tuttavia, da 4.500 giri Sia la potenza che la coppia iniziano a diminuire e incidono negativamente sia sulla capacità di accelerazione che sui consumi, che potrebbero raddoppiare rispetto ai valori omologati. Questo è anche il motivo per cui molte auto elettriche hanno un "Modalità ecologica che limita la sua velocità massima a 90 o 100 chilometri all'ora, proprio quando una vettura come la BMW 120i poteva ottenere, mantenendo costante la velocità, consumi molto contenuti.

A proposito, c'è un altro vantaggio molto sorprendente e interessante delle auto dotate di motori elettrici: si vedono meno sensibile alla guida sportiva o al traffico cittadino e l'aumento del consumo di energia non è così pronunciato come sarebbe in un veicolo con un motore termico equivalente. Questo perché offrendo una coppia così elevata e relativamente costante, si può dire che il motore abbia più facile aumentare la velocità di rotazione del motore o che richiede un minor aumento della coppia per aumentare la sua velocità di rotazione.

Coppia benzina vs. coppia diesel vs. coppia di sovralimentazione

In questo tratto non è consigliabile dilungarsi troppo perché le differenze tra la coppia ottenuta da un blocco alimentato a benzina e un altro alimentato a diesel sono dovute alla particolari caratteristiche costruttive l'uno dell'altro e il energia rilasciata dall'accensione dei rispettivi combustibili.

Se si passa ad una lettura classica di questi dati, intendendo come tale un confronto tra blocchi atmosferici alimentati per iniezione o quello che sarebbe più o meno un salto al , i blocchi alimentati a diesel offrivano più coppia e a un numero di giri inferiore rispetto al blocchi di benzina, ma agli occhi di oggi, i suoi livelli di potenza potrebbero anche essere ridicoli.

A tal proposito possiamo ricordare l'inizio dell'articolo dove spiegavo che la potenza teorica del veicolo è proporzionale alla coppia e alla velocità angolare di rotazione. Un veicolo a benzina atmosferico ha a effettivo margine di utilizzo circa tra 1.000 e 5.500 giri al minuto e un diesel atmosferico tra 1.000 e 4.000 giri al minuto. Nel mondo reale, il margine di utilizzo pratico Si va da 2.000 a 4.000 giri al minuto per i motori a benzina e tra 1.500 e 3.000 giri per la meccanica alimentata a diesel.

Se lasciamo costante una delle variabili, ad esempio il giro a 2.000 giri al minuto, otterremo meno potenza nel motore diesel ma allo stesso tempo ci offrirà più coppia. Cosa riguarda? Bene, è semplice, la coppia del motore è determinata dal movimento lineare dei pistoni in base all'accensione del carburante nelle camere dei cilindri e la potenza che si genera a seconda che venga bruciata benzina o diesel è diversa. Tuttavia, la spiegazione meccanica è valida per entrambi i casi.

Elettronica e sovralimentazione

Ciò che vi ho appena spiegato resta ancora oggi alla memoria dei più nostalgici. In effetti, molti di voi avranno notato che a volte un produttore offre veicoli con diversi valori di coppia e potenza estratti dallo stesso blocco motore. O anche un veicolo che ha un "Modalità ecologica in grado di modificare queste cifre semplicemente premendo un pulsante, come avviene, ad esempio, con il Fiat Panda Cross TwinAir: in modalità normale offre 90cv e 145Nm e in modalità “ECO” rimane a 78cv e 100Nm.

Questo è dovuto a Avanzamenti tecnici e soprattutto elettronica applicata al mondo automotive. Oggi non ci stupisce più sentire parlare del variatore di fase per veicoli con teste multivalvole, motori diesel e benzina con lo stesso rapporto di compressione o addirittura motori a compressione variabile, ma se c'è qualcosa che ha rappresentato un passo da gigante per quanto riguarda la le cifre della coppia e della potenza di un veicolo sono le sovralimentazione.

Sebbene la sua spiegazione meccanica possa diventare molto complicata, il basi della sovralimentazione è molto semplice: aumentare la pressione all'interno delle camere dei cilindri per aumentare la forza generata nell'accensione del carburante, che rende i pistoni scendere con più forza e, quindi, più coppia raggiunge l'albero motore.

Come previsto, la sua realizzazione meccanica è un po' più complicata e richiede molto studio della sua corretta collocazione all'interno del cofano di un'auto, nuovi collettori di aspirazione e scarico, rinforzi specifici nei pistoni, bielle, albero motore... ma il principio di base è quello di aumentare la pressione all'interno della camera del cilindro e questo è ciò che conta per metterla in relazione con la coppia di un motore.

La sovralimentazione può essere azionata direttamente dalla rotazione del motore o dalla pressione dei gas di scarico. Oggi l'elettronica ha raggiunto anche la sovralimentazione e il nuovo Audi SQ7 TDI ha presentato in anteprima il primo turbo elettrico sul mercato e i risultati non potrebbero essere più spettacolari: 435cv costante tra 3.750 e 5.000 giri al minuto e 900 Nm costante tra 1.000 e 3.250 giri al minuto.

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La coppia di ieri e di oggi

Fino a non molti anni fa solo i più esperti sapevano che un'auto con cilindri quadrati (diametro = corsa) era la più equilibrata da guidare, che se la corsa fosse stata inferiore al diametro sarebbe stata un'auto potente ma con una coppia modesta e che se la corsa fosse maggiore del diametro sarebbe esattamente l'opposto, più silenzioso e con più coppia.

Al giorno d'oggi la maggior parte dei motori appartiene famiglie modulari, che consente ai produttori di offrire blocchi con più o meno cilindri e benzina o diesel con relativa facilità e modifiche minime, le variazioni di coppia e potenza sono date dall'uso e dalla combinazione di diverse applicazioni tecniche ed elettroniche che il produttore vuole utilizzare.

Nonostante tutto ciò che ho spiegato in questo articolo, la realtà supera la teoria in tutti gli aspetti. Nel mercato attuale possiamo trovare motori a sei cilindri con la potenza di uno degli otto motori a tre cilindri più lisci o più di altri motori a quattro cilindri di cilindrata simile o anche motori diesel con lo stesso rapporto di compressione di quelli a benzina e che è Oggi tutto è possibile.

La Motivo fondamentale di questo articolo era spiegare in modo comprensibile qual è la coppia o coppia del motore, che tu sia in grado di riconoscere come influisce sulla guida quotidiana e che ti rendi conto che la potenza di un'auto, se non è correlata alla coppia del motore, Non è un valore molto indicativo del suo comportamento. Spero di esserci riuscito.