Rapporto di compressione: cos’è e come calcolarlo

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Da sempre uno degli argomenti più spinosi in tema di auto, il rapporto di compressione rimane dato fondamentale quando si parla di resa del motore.

Rapporto di compressione

 

Letteralmente lo si potrebbe definire come l’indice di funzionamento di una macchina termica, ma se applichiamo il concetto al motore di un’auto la questione diventa importante perché tale rapporto va a definire in senso stretto quella che è la resa del motore pura e semplice.

Volendo semplificare la questione al minimo possiamo pensare ad un motore (o propulsore) come ad una macchina dotata di diverse camere cilindriche dentro cui scorrono verticalmente in maniera precisa dei pistoni collegati in sequenza su di un asse dotato di gomiti.

Elementi da prendere in considerazione sono dunque:

  • i cilindri, che variano di numero a seconda del motore preso in considerazione e possono essere, nel caso di un’auto da un minimo di 2 a un massimo anche di 12 o più;
  • i pistoni, elementi a martello che scorrono perfettamente dentro ai cilindri, direttamente interessati dal rapporto di compressione;
  • l’albero a camme, un asse la cui sagomatura determina lo scorrimento dei pistoni dentro ai cilindri, scorrimento che deve svolgersi in maniera perfetta e armoniosa.

In base a questi elementi e al loro funzionamento perfetto si determina quella che è la resa in termini pratici del motore su strada, ovviamente considerate tutte le condizioni variabili, che possono andare dalle condizioni del manto stradale, alla pressione delle gomme, all’usura delle gomme, alla pendenza del percorso e, ultimo non per importanza, allo stile di guida in senso stretto.

In mezzo a tutto questo il rapporto di compressione gioca un ruolo fondamentale nello stabilire in un certo senso la forza che si ha a disposizione quando il carburante viene utilizzato per il movimento pure e semplice.

In merito all’alimentazione dell’auto dobbiamo distinguere in senso classico due situazioni opposte, il caso dell’alimentazione a benzina e il caso dell’alimentazione a gasolio. Perché si parla di casi opposti? Perché è la natura differente dello stesso carburante che determina un comportamento differente all’interno dei cilindri.

Nel caso della benzina si parla di motore ‘a scoppio’ e non così per caso. La benzina è un idrocarburo che necessita di una fonte ulteriore nel caso in cui deve essere combusta, ovvero non possiede la caratteristica della combustione spontanea, ma questa deve essere provocata.

In un propulsore auto alimentato a benzina questo ruolo viene svolto dalle candele, che tramite una scintilla, in poche parole ‘accendono’ la benzina che verrà immessa a scopo locomozione all’interno dei cilindri.

Un propulsore a gasolio non necessita in alcun modo di combustione provocata, il gasolio possiede la proprietà della combustione spontanea, in poche parole brucia da solo.

L’immissione del carburante all’interno dei cilindri avviene tramite un elemento importante chiamato sistema di iniezione, che nebulizza l’idrocarburo e ne permette la compressione all’interno della camera insieme all’aria; questa compressione genererà il movimento del motore in uscita che, tramite ulteriori meccanismi di trasmissione, diventerà movimento del veicolo puro e semplice.

Questo percorso ci ha portati in pochi semplici concetti dal carburante al movimento dell’auto, ma adesso concentriamo la nostra attenzione su quello che è l’elemento principale della nostra indagine, ossia il rapporto di compressione, cioè quanta ‘spinta si ha a disposizione in uscita e quindi a disposizione per il movimento della nostra auto (o comunque di qualsiasi altro mezzo che sia moto, camion camper o qualsiasi altro veicolo a motore).

Calcolo rapporto di compressione

Prima di andare ad analizzare il calcolo in senso stretto del rapporto di compressione è importante valutare la presenza di un elemento derivante direttamente dall’albero a camme: il punto morto.

Immaginiamo di pedalare su di una bicicletta, in maniera alternata la forza sarà necessario impiegarla quando il pedale si trova in alto ma non in linea verticale. Un albero a camme funziona quasi alla stessa maniera: quando il gomito su cui è fissato il pistone si trova in linea verticale non impiega forza di spinta, ecco il punto morto.

Tale punto morto si può distinguere in punto morto inferiore, quando il pistone è spinto totalmente dentro al cilindro e punto morto superiore, quando il pistone deve al contrario essere spinto dentro al cilindro.

L’interno del cilindro è definito camera di scoppio nel caso di alimentazioni a benzina e camera di combustione nel caso di motori a gasolio. Molto importante ai fini del calcolo è il rapporto volumetrico, ossia la differenza tra i volumi della camera stessa che si hanno quando il pistone è totalmente all’interno o all’esatto opposto.

Considerando che il punto morto del pistone genera uno spazio morto all’interno del cilindro, possiamo in linea generale osservare la seguente formula per ottenere il valore del rapporto di compressione: p = Vo + Vc / Vc.

Ragionando in termini di legenda consideriamo:

  • p come valore del rapporto di compressione;
  • Vo come il valore volumetrico del cilindro senza lo spazio morto;
  • Vc come il valore volumetrico dello spazio morto del cilindro.

Un rapporto di compressione dal valore alto in senso stretto genera maggiore forza in uscita motore a disposizione, un esempio tipico sono i motori alimentati a gasolio che per loro natura godono di un rapporto di compressione alto.

Un rapporto di compressione alto non deve essere confuso con la potenza in cavalli, quantomeno non in maniera diretta. La resa in termini di velocità è potenza è affare determinato da altri numerosi fattori dove entra in gioco in maniera fondamentale la miscela utilizzata per la generazione del movimento, ossia quella miscela di combustibile (benzina, gasolio, GPL etc.) e aria prelevata dall’esterno e immessa nei cilindri.

Non per niente motori dotati di turbine (ad esempio le versioni turbocompresse o turbodiesel) hanno rapporti di compressioni più alti e direttamente collegati alla resa in potenza del veicolo su strada.

L’aria all’interno del cilindro gioca un ruolo fondamentale: è il suo schiacciamento che genera il suo surriscaldamento e il suo utilizzo ottimale in miscela col carburante e non per niente si parla di Hp (cavallo vapore).

L’alimentazione e la trasmissione come detto sopra giocano un ruolo fondamentale nella resa in termini di compressione e potenza di un motore e nelle auto più moderne soluzioni come la fasatura variabile o la gestione da parte delle centraline dell’accensione sono soluzioni atte a risolvere l’eterna diatriba tra consumi e potenza.

Ultima modifica: 29 dicembre 2017