Pubblicato il 27 Gennaio, 2021 alle 11:34

Analisi tecnica | I motori di MotoGP: 4 cilindri in linea o 4 cilindri a V?

Ecco un’analisi tecnica dei motori delle MotoGP: in base al regolamento attuale, vediamo come i sei costruttori della classe regina hanno sviluppato i loro 4 cilindri.

Primi anni di gara

Nei primi anni della competizione non erano presenti molte limitazioni sui motori della MotoGP, solo la cilindrata era limitata a 500cm3 senza distinzione tra 2 e 4 tempi. Un motore 2T, a pari cilindrata, è più potente di un 4T. Ciò è dovuto alla diversa frequenza di immissione di carica fresa, aria e combustibile, all’interno del cilindro. Nel 2T ogni giro dell’albero motore avviene il ricambio nella carica mentre nel 4T occorrono due giri. Alla fine degli anni ’90 la federazione acconsentì a maggiori cilindrate per i motori a 4T, in modo da ottenere una stessa potenza prodotta dai vari motori. I 4 tempi si mostrarono subito molto più competitivi nonostante siano più difficili da progettare e più pesanti. Nel 2004 la motorizzazione a 2 tempi scomparve dalla massima serie, rimase solo per un po’ di tempo nelle classi inferiori.

Regolamento attuale

Vediamo ora un breve estratto del regolamento per quanto riguarda i motori. Per la stagione 2021 avremo un limite sulla cilindrata di 1000cc e un alesaggio massimo del pistone di 81mm. Il peso minimo della moto è legato alla cilindrata, infatti troviamo due limiti. Dovremmo avere almeno 150kg di peso della moto se il motore ha una cilindrata fino a 800cc, il peso minimo sale a 157kg se il motore è compreso tra 801 e 1000cm3. Ultima considerazione riguarda l’aspirazione, tutti i motori devono essere aspirati naturalmente.

Proposte attuali

Attualmente esistono due tipologie di motori in MotoGP: i motori 4 cilindri in linea (Yamaha e Suzuki) e i 4 cilindri a V (Honda, KTM, Aprilia, Ducati). Vediamo ora le differenze principali tra queste due tipologie costruttive.

4 cilindri in linea

Il motore a 4 cilindri in linea è quello più semplice da costruire e da progettare, qui abbiamo tutti i cilindri montati su uno stesso piano rispetto al basamento e i pistoni si muovono tutti nella stessa direzione. Su ogni perno di bielle viene montata una sola biella.

4 cilindri a V

In questo motore i cilindri ed i pistoni sono allineati su due piani separati, o bancate, in modo da formare una V. Questo motore è più difficile da realizzare in quanto dobbiamo progettare un sistema di aspirazione e scarico più complesso e sarà dotato di componenti doppi. Su ogni perno di biella vengono montate due bielle. Non esistono angoli di inclinazione tra le due bancate stabiliti dal regolamento come accade in Formula 1, ogni costruttore è libero nella fase di progettazione. Uno degli angoli più diffusi è 90°.

Confronto tra le due tipologie

Ingombro longitudinale 4 in linea
Ingombro longitudinale V4
Altezza motori 4 in linea e V4

Partiamo analizzando le dimensioni, la configurazione a V ha il vantaggio di avere un albero più corto con un relativo minore ingombro longitudinale. A questo però si oppone un maggiore ingombro trasversale, l’altezza del motore è invece simile tra i due. Il motore V è dotato quindi di un albero motore più leggero. Le dimensioni del motore sono fondamentali per la sua integrazione nel telaio.

Un altro fattore da considerare è l’erogazione della potenza, i vari cilindri sono accesi in successione uno dopo l’altro. La configurazione in linea è quella più omogenea in quanto la combustione avviene ad intervalli regolari. Il motore a V ha una erogazione irregolare, ciò è dovuto alla geometria in quanto le forze generate dalla combustione sui pistoni agiscono su due piani incidenti.

Analisi condotti aspirazione e scarico

Vediamo ora due parti fondamentali del motore, i condotti di aspirazione e scarico. Questi condotti devono essere adeguatamente dimensionati e soprattutto devono avere tutti la stessa lunghezza. Se i vari condotti avessero lunghezze diverse tra i vari cilindri si avrebbero dei funzionamenti diversi. Per questo motivo nei motori a V notiamo spesso la presenza di due condotti di scarico diversi, uno per ogni bancata. Qui notiamo infatti una grande distinzione tra le due tipologie di motori. Nei motori a 4 cilindri in linea di MotoGP, abbiamo una congiunzione 4-1 dei condotti di scarico, ciò consente di progettare un sistema più leggero e di abbassare il baricentro della moto.

Conclusione

Come si può notare non esiste una soluzione migliore in assoluto, sicuramente il motore in linea è più semplice da progettare, è però anche più pesante. La MotoGP è un continuo laboratorio in grado di studiare sempre nuove soluzioni, per questo motivo i motori a V sono i più usati delle scuderie (4 su 6). I motori in linea favoriscono la guidabilità della moto in curva, a discapito della velocità di punta. I motori a V hanno l’effetto opposto, cioè maggiore velocità di punta e una guidabilità minore nelle curve.

Materiali

Come già anticipato prima la classe regina è utilizzata da tutte le squadre per provare soluzioni costruttive e materiali diversi per implementarli successivamente nelle moto di serie.

I pistoni delle motociclette sono quindi prodotti attraversi tecniche innovative, additive manufacturing, e materiali diversi rispetto a quelli prodotti in serie. L’additive manufacturing consiste in una stampa 3D del mio componente usando un materiale in polvere che viene fatto solidificare. Riusciamo quindi a produrre pistoni in acciaio, di serie sono in alluminio, riuscendo ad ottenere un componente più compatto: si riduce il peso complessivo della motocicletta.

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Vehicle Engineer student, Euroracing (Indy autonomous challenge) vehicle dynamics team member
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