Perché i grandi motori diesel e i motori delle auto da corsa hanno una potenza così diversa?

Cominciamo a rispondere alla domanda e poi guardiamo perché il mondo funziona così.

La risposta alla sua domanda ha a che fare con il modo in cui i due motori sono progettati. Il vostro motore diesel da 11 litri ha una corsa lunga . Ciò significa che il pistone percorre una distanza relativamente lunga su e giù nel suo cilindro ad ogni ciclo. Un motore da corsa, invece, ha una corsa breve. Il pistone di un motore da corsa ha un grande diametro per le dimensioni del motore, e va su e giù per una distanza relativamente breve su ogni ciclo. Questo significa che il motore di un’auto da corsa può andare molto più veloce – fino a 15.000 giri al minuto in un motore Champ Car – ma ha una coppia relativamente bassa. Un grande motore diesel di solito non può superare i 2.000 giri al minuto, ma ha una coppia enorme a causa della lunga corsa. La coppia è ciò che permette al vostro motore di tirare un carico enorme su per una collina.

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Allora perché un motore con una coppia enorme e un basso numero di giri massimo ottiene una bassa potenza? Se avete letto l’articolo intitolato How Horsepower Works , allora sapete che una potenza è pari a 33.000 piedi di lavoro al minuto. Con questa misura, un cavallo può sollevare 33 libbre 1.000 piedi verticali in un minuto, o 330 libbre 100 piedi in un minuto, o 3.300 libbre 10 piedi in un minuto, e così via.

Ciò che un motore produce naturalmente, tuttavia, è la coppia . Si pensi ad un pistone in un motore a benzina . Quando la benzina si accende, spinge sul pistone, e il pistone esercita una pressione sull’albero motore, facendolo girare. L’albero a gomiti sente un certo numero di libbre di coppia nel processo. Ci sono tre variabili che influenzano la coppia:

  • La dimensione della faccia del pistone
  • La quantità di pressione che il carburante acceso applica alla faccia del pistone
  • La distanza che il pistone percorre ad ogni corsa (quindi il diametro dell’albero motore). Più grande è il diametro dell’albero a gomiti, più grande è il braccio di leva e quindi maggiore è la coppia.

C’è una relazione diretta tra potenza e coppia. È possibile convertire la coppia in cavalli vapore con la seguente equazione:

Sì.
HP = Coppia * RPM / 5.252

Quel numero 5.252, tra l’altro, deriva dal dividere 33.000 per (2 * pi greco). Immaginate di prendere 33.000 libbre e di percorrerle in cerchio piuttosto che in linea retta. Per esempio, se si prende un palo di 10 piedi e lo si attacca a un asse verticale, la circonferenza del suo cerchio è la circonferenza:

Sì.
circonferenza = 10 * 2 * pi greco = 62,8 piedi
.

Si può vedere dall’equazione della potenza in cavalli che valori elevati di giri al minuto favoriscono la potenza in cavalli. Se si prende un motore con una certa coppia e lo si fa girare a regimi molto alti, può generare molta potenza anche se la sua coppia non è cambiata affatto. Un motore da corsa può produrre una coppia relativamente bassa, ma poiché può andare a regimi così alti, ottiene una grande potenza in cavalli. Un grande diesel ha una coppia enorme, ma “non ottiene alcun rispetto” in termini di cavalli, perché non può mai superare i 2.000 giri/min. Questo “ha senso” — se due motori producono la stessa coppia, quello che può farlo più volte al minuto lavora di più e quindi ha più potenza.

La differenza di velocità massima di rotazione vi dice anche perché gli autocarri hanno bisogno di così tante marce. Un motore di un’auto da corsa può girare al minimo a 1.000 giri al minuto e può accelerare fino a 15.000 giri al minuto – un moltiplicatore di 15. Un grande diesel potrebbe avere un moltiplicatore di soli 2 o 3. Poiché la gamma di giri tra il minimo e il massimo è così piccola su un diesel, ci deve essere un sacco di marce diverse per mantenere il motore nella sua gamma di giri produttivi a qualsiasi velocità.

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