Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori
Titolo o argomento: Architetture a confronto per la soluzione a cilindri contrapposti
Rispondendo a: Giacomo
Giacomo scrive: Mi stavo chiedendo come mai, benchè esistano molti V12 Flat (spesso erroneamente chiamati Boxer) ad alte prestazioni, per le competizioni si preferisca la “configurazione” dell’albero motore “non-boxer”.
La differenza tra Boxer e Flat, soluzioni che prevedono entrambe la disposizione dei cilindri contrapposti (ovvero con un angolo tra le bancate di 180°), sta nello schema dell’albero a gomiti. Più precisamente nel numero e nella disposizione dei perni di biella, nonché dei relativi bracci di manovella, che si ripercuotono su importanti caratteristiche del motore. Differenze che sono tutt’altro che trascurabili. Sul motore di tipo Boxer ogni biella ha, sull’albero motore, il suo perno di biella corrispondente (i pistoni si muovono l’uno in direzione opposta all’altro), sul motore di tipo Flat le bielle sono ancorate a coppie sullo stesso perno di biella (i pistoni si muovono nella stessa direzione… i cavalli scalpitano).
Questa differenza influisce in maniera non trascurabile sulle sollecitazioni (torsione, flessione, taglio) cui è sottoposto l’albero motore. Quello della soluzione Boxer è più lungo dovendo disporre del 50% in più di bracci di manovella necessari a sostenere i perni di biella singoli. Un motore 12 cilindri a V di 180° (così definisce L’Ingegner Forghieri il suo motore 12 cilindri Flat) dispone di 12 bracci di manovella, ogni coppia di bracci sostiene un perno di biella dove sono vincolate due bielle. Lo stesso motore, se adottasse lo schema Boxer, disporrebbe di 18 bracci di manovella. Questi andrebbero ad aumentare significativamente non solo la lunghezza dell’albero a gomiti, e quindi dell’intero motore, ma anche le masse in gioco.
Il tutto comporta notevoli difficoltà in fase di progettazione perché un motore più lungo pesa di più (a parità di tutti gli altri dimensionamenti), ingombra di più e costa di più. Ne segue che, nelle competizioni, anche se vi è una sospetta maggiore fragilità della soluzione Flat, l’ideale sia senz’altro proprio questa soluzione per via della minor massa e del minore ingombro. Questi fattori rappresentano la strada ideale per incrementare le prestazioni del propulsore (minori masse in rotazione significa maggiore numero di giri raggiungibile e conseguente maggiore potenza sviluppabile) e agevolare molto il lavoro cui saranno sottoposti telaio, sospensioni e gomme, da cui dipenderà poi la conseguente guidabilità del mezzo.
Ne segue che la soluzione Flat, più estrema, è più idonea proprio in un ambiente come quello delle corse dove gli organi sottoposti a sollecitazioni esasperate sono ripetutamente controllati e sostituiti in quanto deve essere soddisfatta principalmente l’esigenza della prestazione, mentre la durata la si tiene sì in considerazione espressamente in relazione all’impiego agonistico.
Gli schemi di tipo Flat sono stati impiegati, per quanto concerne il mondo del Motorsport, su motori 12 cilindri contrapposti come quelli delle Ferrari 312B e della Porsche 917/30 che, nel primo caso, ispirarono poi versioni stradali con omologhi schemi (si vedano le Ferrari 512 BB e TR), mentre nel secondo caso furono abbandonati a favore di unità più compatte probabilmente anche con l’idea di sviluppare conoscenze approfondite in diversi ambiti degli schemi motoristici e generare una propria personalità aziendale (un brand).
Nonostante ciò la soluzione a cilindri contrapposti non ha trovato larga diffusione perché ad un vantaggioso abbassamento del baricentro corrispondono pecche non trascurabili come le complicazioni circa l’alloggiamento del motore nel telaio (che implica sacrifici nella realizzazione dello schema delle sospensioni), nonché ulteriori complicazioni per il passaggio dei collettori e per diversi interventi di manutenzione che possono richiedere anche lo smontaggio dell’intero propulsore dal suo vano. Tali difficoltà aumentano tanto più quanto più è alta la cilindrata ed il numero di cilindri.
In sostanza il progettista, davanti alla scelta dello schema motore, si chiederà come dovrà essere sollecitato il suo albero motore (principalmente flessione e torsione ma anche taglio), come soddisferà le sue necessità circa l’equilibramento (forze centrifughe, forze alterne del 1° ordine, coppie dovute alle forze centrifughe, coppie dovute alle forze alterne del 1° ordine, forze alterne del 2° ordine e coppie dovute alle forze alterne del 2° ordine) e come desidererà che la coppia venga erogata, osservando quindi anche l’ordine di accensione nei cilindri (che influiscono sulla regolarità di funzionamento del motore nonché sul caratteristico suono emesso, sul suo modo di respirare e sul suo modo di vibrare).
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