Aumento della potenza e della coppia – Giocare i numeri – Tecnica

Strategie semplici per aumentare la potenza e la coppia

Vedi tutte le 15 fotoRon CeridonowriterNov 8, 2007

La potenza e la coppia sono le due unità di misura comuni per descrivere le capacità di un motore. Naturalmente, se un po’ di tutto è buono per la maggior parte delle vesciche calde, un po’ di tutto è meglio, quindi più grandi sono i cavalli e i numeri di coppia, più ci piacciono. Questo, tuttavia, di solito porta al dibattito su quale sia il più importante.

Definire le differenze La prima definizione che dobbiamo toglierci di mezzo è il lavoro, che si definisce come il cambiamento della posizione di un oggetto contro una forza opposta. Per esempio, con la gravità come forza contraria, se si solleva un collettore di 20 libbre dal pavimento e lo si mette su una mensola a 5 piedi da terra, si è fatto un lavoro di 100 ft-lb (20 x 5 = 100). Ora calcola il tempo e hai la potenza, che è un lavoro fatto in un periodo di tempo.

James Watt, lui della fama dei motori a vapore, se n’è uscito con la nozione di cavalli, perché aveva bisogno di un modo per vendere la sua nuova invenzione come sostituto dei cavalli che erano la fonte di energia del XVIII secolo. Ci sono diverse versioni che riguardano il metodo di Watt per determinare quale fosse la potenza dei cavalli. Una riguardava un tipico cavallo che camminava in cerchio mentre si agganciava all’argano che faceva girare un mulino, una pompa o qualsiasi altra cosa. In qualche modo, Watt ha calcolato che il cavallo tirava con una forza di 180 libbre, anche se il modo in cui è arrivato a quel numero è sospetto (a cui arriveremo). Watt osservò che il cavallo viaggiava a circa 181 piedi al minuto; lo moltiplicò per le 180 libbre di forza che il cavallo produceva (181 x 180) e arrivò a 32.580 ft-lb/minuto, che arrotondò a 33.000. Un altro studio riguardava i pony usati per portare il carbone dalle miniere sotterranee. Attraverso un processo un po’ contorto, Watt ha determinato che il cavallo medio poteva sollevare 200 libbre 165 piedi in un minuto, che equivale a 33.000 ft-lb/minuto.

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Detto questo, dobbiamo sottolineare che Watt vendeva macchine a vapore con una garanzia di rimborso e non aveva intenzione di riprendersi una macchina a vapore o di restituire i soldi. Non sorprende quindi che ci sia stato chi ha sostenuto che la definizione di Watt di un cavallo era un lavoro molto più impegnativo di quello di cui era capace un cavallo e che le sue macchine a vapore erano enormemente sopravvalutate. Infatti, nel 1843 Frederick Simms preparò un documento in cui affermava che un cavallo che veniva lavorato a 33.000 ft-lb/min era destinato a morire in breve tempo. Tuttavia, i numeri di Watt di 33.000 ft-lb/minuto sono ciò con cui lavoriamo oggi quando misuriamo la potenza dei cavalli.

Rispetto alla potenza in cavalli, la coppia è un concetto abbastanza semplice: è uno sforzo di torsione o di rotazione. Tuttavia, può o non può risultare in movimento. A questo punto, dobbiamo fare un’importante distinzione tra lavoro e coppia. Come abbiamo detto, il lavoro implica il movimento e si misura in ft-lb, mentre la coppia è la capacità di lavorare e si misura in lb-ft. Pensate alla coppia in questo modo: Se si spingesse su una manovella lunga 5 piedi con 20 libbre di pressione, si applicherebbero 100 libbre-ft di coppia, sia che la manovella giri o meno.

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Cosa è più importante? Dal punto di vista del guidatore, la coppia è ciò che si sente quando si viene spinti indietro sul sedile, e un’auto accelererà al massimo quando il motore è al picco di coppia. Nella maggior parte dei casi, i motori sviluppano la coppia massima a velocità da bassa a intermedia. Ciò è dovuto principalmente al fatto che i cilindri hanno abbastanza tempo per fare il pieno con una miscela combustibile di aria e carburante. Più miscela di aria e carburante c’è nei cilindri, più alta è la pressione della combustione. Ma man mano che il motore accelera, l’efficienza volumetrica – o quanto bene i cilindri si riempiono sulla corsa di aspirazione – diminuisce e di conseguenza la coppia diminuisce.

Quindi, se la coppia è ciò che fa muovere le cose, perché è importante la potenza? Pensateci la prossima volta che vedrete un grosso camion decollare da fermo. Un grande motore diesel può produrre ben oltre 1.500 libbre di coppia mentre produce solo 400 cavalli circa; questo perché la sua gamma di giri è molto limitata. Quindi, mentre un grande motore di un camion può essere in grado di fare una quantità enorme di lavoro, lo fa lentamente. In parole povere, la coppia è la capacità di fare lavoro – più coppia c’è, più lavoro si può potenzialmente fare, ma la potenza determina la velocità con cui il lavoro viene svolto.

Come la maggior parte dei lettori SRM sa, il dispositivo utilizzato per determinare la potenza e la coppia è un dinamometro. Ma ciò che alcuni potrebbero non capire è che un banco dinamometrico misura solo la coppia e la velocità; la potenza in cavalli è determinata dalla formula potenza in cavalli = coppia x giri al minuto / 5.252. Per questo motivo, vedrete che le linee di potenza e di coppia su un grafico di un banco dinamometrico si incrociano sempre a 5.250 giri/min (o almeno dovrebbero).

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Fare numeri più grandi C’è un vecchio detto secondo cui non c’è sostituto per i pollici cubici, e l’aumento dello spostamento è certamente un modo per aumentare le prestazioni. Tuttavia, se questa non è un’opzione, ce ne sono altre. Ci sono un numero considerevole di modifiche che possono essere fatte alla maggior parte dei motori per migliorare le prestazioni, ma la sfida diventa minimizzare i sacrifici che spesso sono coinvolti. Le modifiche che aumentano la potenza ad un estremo della scala dei giri spesso la riducono all’altro; in altre parole, l’aumento della potenza ad alto numero di giri può essere accompagnato da una riduzione a basso numero di giri. Il trucco è quello di mirare all’uso previsto del motore, e per i motori stradali significa selezionare le parti che fanno una curva di coppia ampia e piatta nell’intervallo dei giri il motore funzionerà per la maggior parte del tempo.

I motori automobilistici utilizzano quattro tempi del pistone (aspirazione, compressione, potenza e scarico) durante due giri dell’albero motore per produrre potenza. Per applicazioni come il drag racing o l’inseguimento dei record di Bonneville, dove è richiesto di strizzare il massimo potenziale assoluto da un motore, ci sono una moltitudine di modifiche interne che possono essere fatte per affrontare questi quattro tempi. Ma, per la maggior parte, i motori stradali ricevono spesso miglioramenti “imbullonati”. Ad esempio, la funzione di aspirazione viene spesso affrontata cambiando il collettore di aspirazione e il carburatore. Per trarre il massimo vantaggio da questo cambiamento, il cfm del carburatore, la capacità delle guide del collettore di aspirazione, deve essere compatibile con le porte delle testate, le dimensioni delle valvole, il rapporto di compressione e le specifiche delle camme. Tutto ciò che riguarda il funzionamento del motore è correlato e i componenti devono essere compatibili.

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Un altro metodo sicuro per aumentare la potenza è l’aumento del rapporto di compressione. Un tempo, per aumentare la compressione si utilizzavano teste “rasate” per ridurre le dimensioni della camera di combustione, l’installazione di guarnizioni sottili per le teste, pistoni a scomparsa e altri trucchi. E mentre la ricompensa in termini di prestazioni era grande, lo era anche il potenziale di detonazione dannosa per il motore se non si usava carburante ad alto numero di ottani – un problema che si è accentuato con l’avvento delle marmitte catalitiche e del gas senza piombo. Anche se sappiamo tutti che il numero di ottani della benzina non è quasi più quello di una volta – grazie al controllo più preciso del rapporto aria/benzina offerto dall’iniezione elettronica e ai rapporti di compressione della curva di accensione controllati dal computer dei motori OEM contemporanei, i rapporti di compressione della curva di accensione sono di nuovo in aumento. Ma ci sono limiti pratici ai rapporti di compressione per le applicazioni non computerizzate.

Anche la modifica dei profili delle camme ha un enorme impatto sulle prestazioni. Per una potenza di fascia bassa, la chiusura della valvola di aspirazione in anticipo sulla corsa di aspirazione aiuta a costruire la pressione dei cilindri in anticipo, ma il compromesso è un minor riempimento dei cilindri ad alta velocità. D’altra parte, l’aumento della durata, o la durata di apertura delle valvole di aspirazione, aumenta anche le prestazioni di fascia alta. Anche se sembra strano, lasciare la valvola di aspirazione aperta anche dopo che il pistone è in salita sulla corsa di aspirazione aiuta il riempimento dei cilindri a velocità più elevate. Il motivo è che le colonne d’aria nei canali del collettore hanno un’inerzia sufficiente a mantenere la miscela che fluisce nei cilindri anche quando il pistone inizia la corsa di compressione. Anche ritardare l’apertura della valvola di scarico per ottenere ogni briciola di energia dai gas in espansione aiuta. Naturalmente, uno dei segreti per fare questo lavoro è un collettore di aspirazione con lunghezze e capacità dei canali che supportano l’aumento della durata. Poi c’è il rovescio della medaglia: ai bassi regimi del motore, la miscela viene letteralmente soffiata fuori dai cilindri (il che aiuta a causare quel minimo grumoso che tutti amiamo), mentre si spurga anche la pressione dei cilindri, abbassando l’effettivo rapporto di compressione del motore. Il lato positivo è che le camme di lunga durata permettono anche di aumentare il rapporto di compressione statico, il che aiuta a recuperare la bassa potenza perduta. Ci sono certamente altri fattori che riguardano la fasatura delle camme che entrano in gioco, tra cui l’alzata delle valvole, la fasatura delle valvole di scarico, la sovrapposizione (il periodo di tempo in cui entrambe le valvole sono fuori dalle loro sedi), e la separazione dei lobi (il numero di gradi tra i lobi delle camme di aspirazione e di scarico). Vedremo a breve l’impatto di questi cambiamenti.

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Quando si tratta della corsa di potenza, ci sono aree di preoccupazione più significative di quanto si possa immaginare. Per molti motori stradali, le modifiche più comuni sono le teste aftermarket e l’accensione migliorata, ma ci sono certamente altri cambiamenti che possono dare risultati positivi. Una migliore tenuta della camera di combustione, il che significa tutto, dal design dei pistoni e degli anelli alla finitura delle pareti dei cilindri, vari rivestimenti per limitare il calore e ridurre l’attrito, e il design delle camere di combustione delle teste, tutto ciò che incide sulla combustione del carburante, che produce potenza.

Naturalmente un altro componente importante nel processo di produzione di energia è il sistema di accensione. Di solito, cambiare il sistema di accensione da solo non aumenta notevolmente la potenza (a meno che non si tratti di sostituire uno che non funziona correttamente), ma per ottenere prestazioni ottimali la scintilla deve essere adeguata per accendere la miscela nei cilindri in modo affidabile, e la fasatura iniziale e le curve di anticipo devono essere corrette non solo per sfruttare le modifiche del motore, ma anche per integrare il carburante utilizzato.

Lo scarico è il colpo finale del processo di produzione di energia. Il fatto è che se non si riesce a liberare completamente le bombole dai gas esausti, c’è meno spazio per la miscela fresca e combustibile e ciò avrebbe ovviamente un effetto negativo sulle prestazioni.

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Le testate sono generalmente preferite sulle aste stradali rispetto ai collettori di scarico di fabbrica per una serie di motivi, tra cui l’aspetto, la forma e le prestazioni, ma come per tutto il resto di cui abbiamo parlato, devono essere abbinate alle altre modifiche del motore. Lo stile di base del collettore, il diametro e la lunghezza del tubo primario, il tipo e la dimensione del collettore, il diametro del tubo di scarico e il design della marmitta devono essere considerati.

Tirare tutto insieme Mentre abbiamo parlato dei quattro tempi di un motore da un punto di vista individuale, abbiamo anche cercato di mostrare la relazione tra di loro e di sottolineare che le modifiche al motore devono essere tutte compatibili tra loro. Una grande camma con un carburatore piccolo e un collettore di aspirazione restrittivo, o un carburatore grande, testate portate e una camma di serie non sono buone combinazioni. Ma possiamo mostrare alcune combinazioni che funzionano alla grande, grazie alle camme di serie.

Recentemente, l’equipaggio della COMP ha eseguito una serie di test al banco prova sul motore per casse più popolare della GM, la ZZ4. Questi 350ci small-block sono classificati in fabbrica a 355 CV a 5.250 giri/min con 405 libbre di coppia a 3.000 giri/min. Anche se questi sono numeri sani, come risultato della ricerca dell’azienda, la COMP Cams ha ideato cinque kit individuali coordinati per aumentare le prestazioni di questi motori, eliminando al tempo stesso le congetture sulla scelta delle parti. Ogni kit è stato accuratamente studiato per rendere facile la scelta del livello di prestazioni più adatto alla vostra applicazione. Ecco uno sguardo a tutti.

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