La cilindrata non è determinata solo dal numero di cilindri. Il loro diametro e la distanza percorsa dai pistoni sono altrettanto importanti. Immagine illustrativa.
Perché i motori hanno cilindri di dimensioni diverse e perché 500 cm³ è un riferimento frequente
Un motore da 2,0 litri a quattro cilindri e uno da 3,0 litri a sei cilindri possono usare cilindri quasi identici. In entrambi i casi la cilindrata unitaria è di circa 500 cm³. Allo stesso tempo un motore da 2,0 litri può avere sei cilindri più piccoli e un V8 da 4,0 litri torna a circa 500 cm³ per ogni cilindro.
I costruttori non scelgono queste dimensioni secondo una sola regola. Vanno conciliati combustione, regime massimo, perdite per attrito, raffreddamento, vibrazioni, costo e spazio disponibile sotto il cofano. Per questo due motori con la stessa cilindrata totale possono avere carattere e costruzione molto diversi.
Una precisazione importante: in un motore auto convenzionale i cilindri hanno la stessa dimensione tra loro. Le differenze di cui parliamo compaiono da un motore all’altro, non tra i cilindri della stessa unità.
Come si calcola la dimensione di un cilindro
Il volume utile di un cilindro è determinato dall’alesaggio, cioè il diametro interno, e dalla corsa del pistone, la distanza tra il punto morto superiore e il punto morto inferiore. La formula è:
volume di un cilindro = π × (alesaggio / 2)² × corsa
Il risultato si moltiplica per il numero di cilindri per ottenere la cilindrata totale. La camera rimasta sopra il pistone al punto morto superiore non entra nella cilindrata; conta nel calcolo del rapporto di compressione.
Questo è il motivo per cui la semplice etichetta «motore da 2,0 litri» dice troppo poco sulla geometria. La stessa cilindrata può essere ottenuta con un alesaggio più grande e una corsa più corta o con un cilindro più stretto e una corsa più lunga.
Perché compare così spesso circa 500 cm³ per cilindro
Nell’industria auto moderna un volume vicino a 500 cm³ per ogni cilindro è un compromesso usato di frequente, non un limite fisico. BMW ha costruito la famiglia modulare di motori intorno a questo riferimento: tre cilindri per 1,5 litri, quattro per 2,0 litri e sei per 3,0 litri.
I dati tecnici BMW mostrano concretamente questa relazione. Il motore B48 da 1.998 cm³ ha quattro cilindri, il B58 da 2.998 cm³ ne ha sei. Entrambi usano alesaggio di 82 mm e corsa di 94,6 mm. La cilindrata unitaria è così di circa 499,5 e 499,7 cm³.
La standardizzazione porta vantaggi industriali. Il costruttore può usare processi, componenti e interfacce simili per motori con potenze e dimensioni diverse. Sviluppo e produzione diventano più semplici e una famiglia può coprire da una hatchback compatta a un SUV o a una berlina da prestazioni.
Il riferimento da 500 cm³ non è però universale. Il motore Fiat TwinAir da 875 cm³ ha due cilindri di circa 437,5 cm³ ciascuno, con alesaggio di 80,5 mm e corsa di 86 mm. La scelta ha permesso di ottenere un’unità compatta, ma ha imposto soluzioni per il controllo delle vibrazioni tipiche di un bicilindrico.
Cilindri più piccoli: regime e combustione rapida, ma più pezzi
Per la stessa cilindrata totale, un numero maggiore di cilindri significa pistoni più piccoli. La loro massa può essere ridotta e la distanza che la fiamma deve percorrere in camera di combustione è più corta. Queste caratteristiche possono aiutare un motore a salire di regime e a funzionare in modo più fluido, perché gli impulsi di combustione compaiono più spesso.
Ci sono anche costi. Più cilindri richiedono più pistoni, bielle, valvole, iniettori e candele. Aumentano la superficie totale attraverso cui si perde calore, l’attrito meccanico, il peso e la complessità. Un motore a sei o otto cilindri è in genere più costoso da fabbricare di uno a tre o quattro cilindri di cilindrata totale comparabile.
I motori con pochi cilindri riducono il numero di componenti e possono essere più compatti. Non sono automaticamente più efficienti in ogni regime: vibrazioni, il carico elevato richiesto a ogni cilindro e la calibrazione del turbo influenzano il risultato finale.
Cosa cambiano alesaggio e corsa del pistone
Un motore è spesso detto «superquadro» se l’alesaggio è maggiore della corsa. I pistoni percorrono una distanza più corta a ogni giro e la testata offre più spazio per valvole grandi. La soluzione è frequente sui motori che devono raggiungere regimi elevati.
Su un motore a corsa lunga l’alesaggio è minore della distanza percorsa dal pistone. La camera di combustione può avere una superficie più ridotta rispetto al volume, il che limita parte delle perdite termiche. D’altra parte la velocità media del pistone aumenta allo stesso regime e le sollecitazioni meccaniche limitano il regime massimo.
Non ne segue che un motore a corsa lunga produca automaticamente più coppia o che uno con alesaggio grande produca automaticamente più potenza. Sovralimentazione, pressione nel cilindro, distribuzione, aspirazione, scarico e gestione elettronica possono cambiare radicalmente le prestazioni. La geometria è solo una delle variabili.
Perché i cilindri non si ingrandiscono all’infinito
Un cilindro molto grande solleva problemi di combustione e di resistenza meccanica. La fiamma deve attraversare una distanza maggiore, cresce il rischio di combustione irregolare e pistone e biella diventano più pesanti. Le forze sul pistone e le vibrazioni possono richiedere un blocco e un albero a gomiti più robusti.
All’estremo opposto, suddividere la cilindrata in moltissimi cilindri piccoli aumenta il numero di pezzi e le perdite per attrito. Il costruttore cerca il punto in cui il motore consegna potenza e raffinatezza desiderate senza costi, dimensioni o perdite inutili.
Il turbocompressore ha cambiato questo equilibrio. Un motore di cilindrata minore può introdurre più aria nei cilindri e produrre la potenza che, in passato, richiedeva un’unità aspirata più grande. Tuttavia la pressione aggiuntiva aumenta il carico termico e meccanico, così materiali, raffreddamento e calibrazione diventano decisivi.
Cosa può ricavare un acquirente da queste cifre
Cilindrata e numero di cilindri non bastano per anticipare consumi o affidabilità. Alesaggio e corsa spiegano una parte del carattere del motore, ma non sostituiscono i dati su coppia, fascia di regime, massa dell’auto, trasmissione e consumo misurato.
Per l’acquirente la differenza si sente soprattutto nella risposta all’acceleratore, nelle vibrazioni, nel suono e nel modo in cui il motore consegna la coppia. Due unità da 2,0 litri possono avere la stessa cilindrata unitaria e comportarsi in modo molto diverso se una è diesel, l’altra a benzina e pressione di sovralimentazione e rapporto di compressione sono diversi.
Domande frequenti
I cilindri dello stesso motore possono avere dimensioni diverse?
In un motore auto convenzionale, no. I cilindri hanno lo stesso alesaggio e la stessa corsa. Esistono progetti sperimentali e altri tipi di motori, ma non rappresentano la costruzione abituale delle autovetture.
Un cilindro più grande produce sempre più potenza?
No. Il volume maggiore consente di introdurre una quantità maggiore di aria e carburante, ma la potenza dipende anche da regime, pressione di sovralimentazione, efficienza della combustione e da molti altri elementi.
Perché molti motori hanno circa 500 cm³ per cilindro?
È un compromesso utile tra combustione, perdite termiche, massa, attrito e costi. Per le famiglie modulari consente di costruire motori da 1,5, 2,0 e 3,0 litri da moduli simili.
L’alesaggio grande è meglio di una corsa lunga?
Non esiste una variante migliore in ogni situazione. L’alesaggio grande favorisce valvole più grandi e regimi elevati, la corsa lunga può aiutare l’efficienza termica ma aumenta la velocità del pistone allo stesso regime.
