Corsa corta, corsa lunga o quadro: il misterioso rapporto alesaggio/corsa. Pregi e difetti

La cilindrata è uno dei dati più importanti quando parliamo di motori. Si tratta però di quella che potremmo definire la punta di un “iceberg tecnico” molto più complesso. Oltre alla disposizione dei cilindri, al frazionamento, agli angoli di manovella ecc, tra i fattori progettuali che concorrono in modo determinante al carattere di un motore, troviamo anche il rapporto tra alesaggio e corsa; dove il primo fattore rappresenta il diametro della sezione interna del cilindro, mentre il secondo è la distanza tra PMI o Punto Morto Inferiore e PMS o Punto Morto Superiore (appunto la “corsa” che il pistone svolge tra questi due estremi all’interno del cilindro). A seconda del tipo di rapporto che si viene a creare tra queste due misure, un motore viene dunque definito in tre diversi modi:

• Superquadro o Corsa Corta, quando la corsa è inferiore all’alesaggio
• Sottoquadro o Corsa Lunga, quando la corsa è maggiore dell’alesaggio
• Quadro, quando corsa e alesaggio si equivalgono 

Vediamo quali vantaggi e quali svantaggi comportano queste impostazioni.

Motore a corsa corta

Si tratta senza dubbio della formula più dedicata alla sportività, con vantaggi meccanici che si traducono in:

• maggiore regime di rotazione (a parità di velocità lineare del pistone)
• maggiore diametro delle valvole (dimensione maggiore della testata)
• minori attriti dovuti al ridotto contatto tra superfici (mantello del pistone e canna)
• minore inerzia degli organi in movimento
• minori vibrazioni (in conseguenza del punto precedente) 
• picchi similari dei valori di coppia e potenza

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Il nuovo monocilindrico di Ducati è un corsa corta

Ma guardiamo ora ai “contro”, di cui il superquadro non è privo, tenendo ben presente proprio il maggior diametro che lo contraddistingue.

• Sollecitazione elevata di albero motore e bielle dovuta alla spinta dei gas sulla maggior superficie del pistone.
• Maggior probabilità di “scampanamento” del pistone, in relazione al punto sopra. Per “scampanamento”, s’intende il rumore causato da un eccessivo gioco presente tra pistone e cilindro, in conseguenza alla spinta laterale esercitata in modo alternato dal movimento della biella.
• Minore tenuta di segmenti e raschiaolio, che devono lavorare su una maggior superficie.
• Minor rendimento termico dovuto a una camera di combustione più ampia e dalla forma sfavorevole.

Questa soluzione è comune nei propulsori che - come si suol dire - “girano alti”, è il caso delle supersportive oppure, per venire all’attualità, del monocilindrico Ducati da 659 cm³.

Motore a corsa lunga

Rispetto al precedente, questo sistema è certamente penalizzato dal punto di vista degli attriti e dell’inerzia che è chiamato a vincere. Di contro, presenta vantaggi fluidodinamici e meccanici che lo rendono preferibile in alcune condizioni d’uso. Ecco i pregi:

• Miglior rendimento meccanico che porta ad avere una maggiore coppia generata già a regimi medio-bassi.
• Miglior rendimento termico dovuto a una camera di scoppio che, essendo più compatta, ha una combustione migliore.

A primo impatto, questi vantaggi potrebbero farlo preferire a un superquadro, non fosse altro per parecchie note dolenti:

• Valvole di sezione ridotta che, pur essendo avvantaggiate da una maggior apertura, all’aumentare del regime costituiscono un limite al riempimento della camera di scoppio e quindi al rendimento del motore.
• Maggiori attriti dovuti a superfici di contatto più ampie, significa anche maggior dispersione di energia. È il caso, ad esempio, dell’attrito generato tra il mantello del pistone (superficie laterale) e la canna del cilindro durante lo scorrimento (maggiore nel sottoquadro).
• Maggior sollecitazione laterale del braccio di leva, ossia maggior spinta (laterale) generata dalla biella ed esercitata in corrispondenza del fulcro/spinotto di collegamento al pistone. Questa condizione determina un incremento degli attriti con ricadute dirette sull’usura delle componenti coinvolte.
• Minor regime di rotazione a parità di velocità media del pistone; in quanto questo fattore è direttamente legato alla corsa/escursione compiuta dal pistone, pone un limite (o meglio, uno dei limiti…) al regime massimo ottenibile.
• Maggiore peso dell’imbiellaggio che si traduce in una maggiore inerzia da vincere, dovuto all’impiego di bielle - o manovelle dell’albero motore - più lunghe.
• I motori sottoquadri, per concezione e movimento interno, risultano essere tra i meno compatti e “pagano” il loro maggiore sviluppo in altezza, fattore che ne limita l’utilizzo quando si tratta ottimizzare gli spazi.

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Il bicilindrico Harley-Davidson della famiglia Evo è un classico esempio di corsa lunga

Si tratta insomma di una soluzione ottimale per il contenimento dei consumi, per lo sviluppo di motori “elastici” e propensi a “girare bassi”; ma i vantaggi fluidodinamici non compensano gli altrettanti limiti meccanici in cui si incorre richiedendo maggiori regimi (e prestazioni) a questi propulsori. Una soluzione a corsa lunga tra le più rappresentative è sicuramente il celebre Evo (Big Twin) di Harley Davidson. 

Motore quadro

Si tratta di una soluzione di compromesso che trova impiego raramente - per lo meno tra i motori a 4T - pur rappresentando un punto di equilibrio tra le due precedenti. Normalmente, i costruttori tendono infatti a privilegiare specifici requisiti a scapito di altri, perfezionando il prodotto per un preciso impiego. Troviamo qualche eccezione nel mondo delle auto, guardando ad esempio all’ottima Toyota GT86; mentre per ciò che concerne le due ruote dobbiamo soffermarci sui 2T, specie da 125, per ritrovare delle quote da “quadro”. Un esempio calzante è quello delle “mitiche” Aprilia RS 125 motorizzate Rotax da 54 x 54,5.

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Un classico esempio di motore quadro: il Rotax-Aprilia 2T degli anni 80/90

Fatte queste considerazioni, è quasi “obbligatorio” guardare ai motori a 2T per poter apprezzare concreti vantaggi della configurazione quadra.

• Mancando le valvole viene meno il problema della conformazione non ottimale della camera di scoppio e il “problema” di gestione delle interferenze tra valvole e manovellismo. Questo sistema garantisce migliore aspirazione nel cilindro della miscela fresca e la sua espulsione dopo la combustione che avviene attraverso le cosiddette “luci” di aspirazione/scarico 

La velocità del pistone, a parità di rotazione rispetto a una configurazione più esasperata com’è quella del superquadro, è più bassa riducendo il rischio di problemi di affidabilità.