Nel 2002 le moto da Gran Premio hanno voltato pagina: le MotoGP con motori a quattro tempi (inizialmente di 990 cm3), hanno sostituito le 500 a due tempi. Questo passaggio di consegne si è rapidamente esteso anche alle altre classi. Il 2009 è stato l’ultimo anno per le 250, il cui posto è stato preso la stagione seguente dalla Moto2. Infine, dopo il 2011 sono uscite di scena le 125, sostituite l’anno successivo dalle Moto3. Anche in questi due casi si è passati dai motori a due tempi a quelli a quattro tempi. L’obiettivo era quello di realizzare nuove moto in grado di fornire prestazioni più o meno equivalenti a quelle dalle precedenti. Per ottenere questo è stato necessario dotare i nuovi 4T di una cilindrata ben maggiore rispetto ai 2T che andavano a sostituire… Nel caso della classe “d’accesso” al Motomondiale, ossia della Moto3 di 250 cm3 e della precedente 125, può essere interessante effettuare un confronto in ottica tecnica. 

Un confronto che inizia parlando della struttura. Ovvio, i due tempi sono molto più semplici dal punto di vista costruttivo. Niente organi della distribuzione e niente circuito di lubrificazione (con tanto di pompe, filtri e scambiatori di calore), testa ridotta a un semplice coperchio del cilindro, con massima libertà per quanto riguarda la conformazione della camera di combustione. Però i 2T richiedono un albero a gomiti composito e cuscinetti di banco e di biella a rotolamento. Si potrebbe obiettare che anche i monocilindrici a quattro tempi adottano praticamente sempre questo stesso schema costruttivo. Già, quelli di serie, ma non quelli delle Moto3, per i quali si è passati alla soluzione che prevede un albero monolitico con biella dotata di testa scomponibile e di una bronzina (in due parti ovviamente). Questo perché le forze in gioco sono cospicue e il regime di rotazione, anche se limitato dal regolamento, rimane comunque elevato; la massima rigidezza è fondamentale. Inoltre la durata richiesta è considerevole, per dei motori da competizione.

Un’importante differenza tra i due tipi di motore è costituita dal fatto che in quelli a due tempi l’aspirazione non è diretta (come nei 4T) ma indiretta. La miscela aria-carburante non viene infatti aspirata direttamente nel cilindro ma nel carter-pompa, dal quale successivamente viene inviata al cilindro stesso per mezzo dei condotti di travaso. Questo significa, tanto per cominciare, che sotto l’aspetto fluidodinamico i motori a due tempi sono molto più complessi di quelli a quattro. A rendere ancora più complicata la situazione provvede il sistema di scarico che assicura un’autentica sovralimentazione grazie allo sfruttamento delle onde di pressione, che contribuisce in misura assai significativa al riempimento del cilindro.

Nei 2T delle 125 da Gran Premio la situazione per quanto riguarda i travasi era praticamente standardizzata, con quattro laterali di portata e uno di correzione nella parete del cilindro opposta a quella di scarico. In quanto al sistema adottato per controllare l’aspirazione, c’era chi preferiva le lamelle e chi invece adottava una valvola a disco rotante. L’Aprilia è sempre rimasta fedele a questo secondo sistema, che consente di ottenere una fasatura asimmetrica ma fissa e che permette di disporre di un condotto perfettamente libero da ostruzioni. La soluzione usuale è quella più semplice, che prevede che il disco sia piazzato direttamente a un’estremità dell’albero a gomito. In tal modo però la miscela aria-carburante entra nella camera di manovella lateralmente e tende ad andare direttamente nella zona al di sotto del pistone. Una situazione eccellente ma non proprio ottimale ai fini del riempimento (e della lubrificazione dei rullini alloggiati nella testa della biella). 

Per migliorarla si è pensato di piazzare il disco posteriormente, dietro la base del cilindro e con asse di rotazione perpendicolare a quello dell’albero a gomiti. Costruttori come Konig (su un 4 cilindri boxer), Rotax (su un bicilindrico parallelo), Jawa e BBFT avevano già impiegato schemi di questo tipo quando esso è stato adottato dalla Aprilia per le sue ultime 125 ufficiali. In quest’ultimo caso l’asse di rotazione del disco non era centrale, ma spostato su di un lato. Ai fini della fluidodinamica questo non comportava alcuna differenza: la luce di aspirazione aveva egualmente la forma, le dimensioni e la posizione ottimali.

Le valvole a lamelle si aprono quando la pressione a valle (cioè nella camera di manovella) è inferiore a quella a monte, ossia alla pressione ambiente. La miscela aria-carburante che entra nel cilindro deve mantenere sollevate le lamelle per poter passare e questo comporta una lieve ma non trascurabile perdita di carico. 

Il condotto presenta considerevoli variazioni geometriche e anche questo non è vantaggioso, dal punto di vista fluidodinamico. Però queste valvole hanno il grande vantaggio di essere automatiche e di fornire una fasatura di aspirazione variabile in funzione delle effettive esigenze del motore. Inoltre, se il quinto travaso è in diretta comunicazione con il vano a valle del pacco lamellare, forti onde di pressione negativa provenienti dallo scarico possono far avvenire delle aperture secondarie delle lamelle, e anche questo è ovviamente positivo. 

All’atto pratico si è visto che le prestazioni in pista non differivano molto, adottando l’una o l’altra soluzione. In linea di massima con le lamelle il motore poteva essere un poco più pronto nella erogazione quando si apriva il gas mentre con il disco poteva avere qualcosa di più in alto, ossia in termini di potenza massima.

In quanto a schemi costruttivi e a soluzioni impiegate, i monocilindrici delle Moto3, che hanno una cilindrata di 250 cm3, possono in larga misura essere considerati autentiche “fette” dei 1000 a quattro cilindri. A differenza di quanto avveniva per le 125 da GP, per realizzare questi 4T i progettisti hanno dovuto tenere conto delle limitazioni poste dal regolamento. A essere interessati sono principalmente il massimo alesaggio (81 mm), le molle delle valvole (che non possono essere pneumatiche), il massimo regime di rotazione raggiungibile e il sistema di comando della distribuzione. Quest’ultimo deve prevedere una catena, la quale può trasmettere il moto non direttamente ma con l’ausilio di due o tre ingranaggi. Per i più spinti tra i 1000 sportivi di serie a quattro cilindri si parla di potenze superiori a 215 cavalli (magari con un kit o con diversa mappatura più scarichi speciali). Si potrebbe pensare che un monocilindrico di 250 cm3 ottenuto tagliando una fetta di uno di tali motori dovrebbe quindi erogare attorno a 54 cavalli. E che, una versione da corsa dovrebbe avere una potenza ancora più elevata. 

Si deve però tenere presente che le potenze dei quadricilindrici in questione vengono erogate a regimi più alti di quello massimo ammesso dal regolamento per le Moto3, che, quindi, potrebbero erogare potenze più elevate di quelle attuali, andando però incontro a maggiori problemi di affidabilità e costi di manutenzione più alti. I regimi di potenza massima della Honda CBR1000RR e della Ducati Panigale V4 R sono più alti rispettivamente di 1000 e di 1750 giri/min.

Le ultime 125 da GP erogavano potenze leggermente superiori a 50 cavalli e le attuali Moto3 sono su valori analoghi. Una differenza significativa è costituita dalla distanza tra il regime di coppia massima e quello di potenza massima, che risulta notevolmente maggiore per le 250 a quattro tempi (un vantaggio non da poco!). Per avere un’idea, quando la Honda ha sostituito come moto da competizione “entry level” la 125 a due tempi RS 125 R con la Moto3 NSF 250R, la distanza in questione è passata da 700 a 2000 giri/min! Il regime al quale veniva ottenuta la potenza massima era molto simile in entrambi i casi (rispettivamente 12.250 e di 13.000 giri/min).

Dunque il motore a due tempi eroga più o meno la stessa potenza di quello a quattro, che ha una cilindrata doppia. Ciò accade in questo caso, perché il 250 della Moto3 è limitato dal regolamento in quanto a regime di rotazione. Se non ci fossero tale limitazione e quella relativa al massimo alesaggio consentito le cose starebbero diversamente. Basta pensare che i motori di Formula 1 dei primi anni Duemila sono arrivati ad avere potenze specifiche leggermente superiori a 300 CV/litro. I migliori 2T da GP hanno raggiunto i 400 CV/litro o poco più. Dunque una potenza specifica più alta ma non certo doppia!

Esaminando l’evoluzione subìta dai motori da competizione nel corso degli anni salta agli occhi come, mentre per quelli a quattro tempi si è avuta una graduale riduzione del rapporto corsa/alesaggio, compatibilmente con l’esigenza di contenere gli ingombri (e con i limiti eventualmente stabiliti dai regolamenti), per i 2T ciò non è avvenuto. Nelle attuali Moto3 tale rapporto, a causa del regolamento che limita l’alesaggio, è 0,598. Risulta cioè molto inferiore rispetto a quelli che si impiegavano negli anni Sessanta, anche se assai lontano dallo 0,405 raggiunto da alcuni motori di F1 dei primi anni Duemila.

I motori 125 monocilindrici da competizione a due tempi di inizio anni Sessanta avevano un alesaggio di 54 mm e una corsa di 54 mm (spesso si arrivava a 54,5 per ottenere la cilindrata piena). Quelli dei primi anni Duemila, che erogavano una potenza più che doppia, avevano le stesse misure caratteristiche. Sotto questo aspetto “geometrico” dunque non ci sono stati cambiamenti! La cosa si spiega facilmente. Ferma restando la cilindrata unitaria (125 cm3 nel nostro caso), la superficie laterale del cilindro aumenta al crescere del rapporto corsa/alesaggio. E siccome le luci si aprono nelle pareti della canna, si ha evidentemente un vantaggio. Occorre però osservare che al crescere della corsa aumenta la velocità media del pistone e con essa crescono le sollecitazioni meccaniche. Dunque, se le corse lunghe sono vantaggiose, non si deve esagerare in tale direzione. Le misure “quadre” sembrano il miglior compromesso.

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