Consigli

Che la forza sia con te! Potenza e coppia

La differenza tra i due valori

Hai mai sfogliato le brochure informative delle auto nuove? Sono piene di foto bellissime e di descrizioni fantasmagoriche sulle qualità del modello in oggetto. I consumi, i colori, le versioni, la dotazione tecnologica, l’infotainment, ecc.

Alla fine dell’opuscolo, però, trovi sempre una scheda, più o meno dettagliata, con le principali specifiche tecniche dell’auto. E’ qui che devi guardare per sapere davvero che auto hai davanti.

Tra le specifiche, due dati sono sempre presenti, ed è di questi che ti voglio parlare oggi: la potenza e la coppia.

Ma cosa sono esattamente la potenza e la coppia?

Cosa sono potenza e coppia

Potenza e coppia sono due dati, che esprimono la “forza” generata dal motore prendendo in considerazione due modalità di misurazione diverse.

Il termine coppia indica, in fisica, uno sforzo di torsione. Per fare un esempio pratico, eserciti una coppia quando sviti il tappo di una bottiglia o una vite.

La potenza indica, invece, il lavoro che il motore è in grado di compiere nell’unità di tempo, ed è il prodotto della coppia per il relativo regime di rotazione. Tornando all’esempio di prima, la potenza è quante volte riesci a svitare e riavvitare il tappo della bottiglia in una data unità di tempo.

Due valori variabili

I valori di coppia e potenza non sono fissi, ma variano al variare del numero di giri del motore; sono cioè differenti se il motore gira al minimo o è al massimo dei giri.

Per questo motivo, i valori di coppia e potenza riportati nei giornali o nelle brochure sono indicati come valori di coppia massima e potenza massima, specificando a quale numero di giri vengono raggiunti.

Figura 1: curve di coppia e potenza (tratto da www.autoscuolamarche.com)

Come si genera la coppia

Sia la potenza che la coppia sono generate dal ciclo di combustione del carburante all’interno del motore, cioè dalle detonazioni controllate che l’accensione della miscela di aria e carburante genera nelle camere di combustione, sopra ognuno dei cilindri.

Queste detonazioni, che avvengono in sequenza per ognuno dei cilindri, spingono violentemente verso il basso i pistoni, generando movimento.

Infatti i pistoni, con il loro movimento ciclico di discesa e risalita, fanno girare l’albero cui sono collegati inferiormente, detto albero motore o albero a gomiti.

La forza di torsione misurata all’albero motore è appunto la coppia. Di conseguenza, la coppia è la forza che imprime il movimento alla macchina, o meglio a quella serie di elementi meccanici – collegati tra loro – che trasferiscono il moto dall’albero motore alle ruote motrici.

Poiché il rendimento delle detonazioni che avvengono nel motore non è costante, ma varia in funzione del numero dei giri del motore, anche la coppia non è costante ma varia in base al numero dei giri. L’andamento della coppia è rappresentato graficamente da una curva, la curva di coppia appunto, che tipicamente cresce con il numero di giri fino ad un certo livello, e poi inizia a scendere.

Figura 2: esempio di curva di coppia (tratto da www.autoscuolamarche.com)

Come si genera la potenza

Anche la potenza è generata dal ciclo di combustione. Poiché la potenza è il prodotto della coppia per la velocità di rotazione del motore, a parità di coppia, un motore che è in grado di girare più velocemente esprimerà anche una maggiore potenza.

L’andamento della potenza si esprime anch’esso in una curva, prima crescente e poi decrescente, ma la potenza continua tipicamente a crescere ben oltre il regime di coppia massima, perché il calo di rendimento termico è sovracompensato dall’aumentare dei giri.

Figura 3: esempio di curva di potenza (tratto da www.autoscuolamarche.com)

Effetti della coppia

Più alta la coppia, e quindi maggiore lo sforzo torcente trasmesso alle ruote motrici, maggiore è la capacità dell’auto di riprendere velocità da bassi regimi, spostare carichi pesanti o mantenere il moto lungo una ripida salita.

Di conseguenza, più coppia c’è meglio è, in linea teorica.

Nel mondo reale, però, quello che conta di più è il modo in cui la coppia è disponibile: un’esecuzione ideale dovrebbe garantire l’erogazione di valori prossimi al massimo in un ampio range di giri del motore.

Tipicamente, tra i motori a combustione, i motori diesel sono in grado di esprimere (a parità di cilindrata) valori di coppia maggiori rispetto alle altre alimentazioni. Questo perché possono adottare rapporti di compressione più alti.

Al contempo, questa coppia si sviluppa lungo un arco di giri inferiore, perché l’accensione spontanea tipica di questi motori rende non efficiente (e quindi sconsiglia) il funzionamento a regimi troppo elevati.

Sul versante opposto, i motori a benzina devono adottare rapporti di compressione inferiori (rischio di detonazione) e di conseguenza erogano valori di coppia più bassi.

Diverso il discorso per i motori elettrici, che non sono dotati di parti in movimento ed hanno un’erogazione di coppia istantanea.

La coppia viene espressa in newtonmetri (nm).

Effetti della potenza

Trattandosi della misura di un lavoro nell’unità di tempo, la potenza influenzerà direttamente la velocità massima raggiungibile dalla vettura, e il tempo necessario per raggiungerla, cioè l’accelerazione.

Tipicamente, i motori a benzina possono girare a regimi più elevati dei diesel, e questo consente loro di effettuare più lavoro nell’unità di tempo, e quindi di esprimere valori di potenza superiori (sempre a parità di cilindrata).

La potenza viene espressa comunemente in cavalli (CV) o chilowatt (KW); ogni CV corrisponde a 75 chilogrammetri al secondo (il chilogrammetro è il lavoro chiesto per sollevare di un metro da terra un oggetto di massa 1 kg); ogni KW corrisponde a 1,36 CV.

Interazione di coppia e potenza

Poiché la potenza è funzione della coppia, a parità di coppia per aumentare la potenza bisogna aumentare i giri, e cioè produrre un numero maggiore di detonazioni nell’unità di tempo.

Similmente, se non è possibile aumentare i giri, per aumentare la potenza si deve aumentare la coppia. Per aumentare la coppia si deve incrementare la forza di ogni detonazione, il che è ottenibile o aumentando la quantità di carburante in camera di scoppio (cioè aumentando il volume utile della stessa, vale a dire la cilindrata) o migliorando la qualità della combustione.

Sia che si ottenga più potenza aumentando i giri, o viceversa immettendo più carburante, il risultato è un aumento dei consumi. Infatti in linea teorica un motore più potente consuma anche di più.

Se questa è la teoria generale, esistono però molti accorgimenti di progettazione che sono in grado di influenzare le curve di erogazione di coppia e potenza. Ad esempio, a parità di cilindrata (cioè di volume utile interno dei cilindri) posso avere una configurazione a corsa lunga (diametro del cilindro ridotto in rapporto all’escursione compiuta dal pistone al suo interno) o a corsa corta (diametro del cilindro più ampio della corsa del pistone). Un motore a corsa corta avrà una maggiore facilità a salire di giri, mentre un motore a corsa lunga svilupperà maggior coppia.

Coppia e potenza da sole non dicono tutto

Meglio privilegiare la coppia o la potenza quindi?

La risposta non sempre è la stessa, perché un motore non viaggia da solo, ma è legato ad una vettura, e le prestazioni globali della vettura sono influenzate anche da altri fattori.

Negli ultimi anni, il progresso tecnologico ha assottigliato le differenze tra propulsori diesel e benzina.

Se da un lato i diesel hanno guadagnato numeri di giri con gli anni, aumentando i valori di potenza massima, i benzina hanno migliorato (tramite sistemi di distribuzione più evoluti e l’adozione di turbo) l’erogazione della coppia ai bassi regimi.

Ciononostante, le differenze prestazionali tra due vetture che, sulla carta, hanno motori simili possono essere marcate.

Questo perché, oltre al motore, ci sono almeno 3 fattori che influenzano direttamente le prestazioni di una vettura:

  • il peso

  • la rapportatura del cambio

  • l’aerodinamica

Il peso influenza negativamente la capacità di accelerazione, la ripresa, la velocità, la tenuta di strada. A parità di equipaggiamento, una vettura diesel è più pesante (anche di 200 kg) rispetto ad una a benzina, per via della struttura più massiccia del blocco motore.

La rapportatura del cambio è il rapporto di riduzione adottato per ogni marcia, al fine di sfruttare al meglio l’erogazione di coppia e potenza del motore: una rapportatura ben studiata ed un adeguato numero di marce possono fare la differenza in termini di accelerazione e consumo.

L’aerodinamica ha un peso rilevante per la velocità massima e il consumo di carburante.

Consigli pratici

In base all’uso che intendi fare del veicolo, i valori di potenza e coppia massima, e i regimi ai quali vengono raggiunti, assumono una diversa rilevanza. Se trasporti carichi pesanti, traini rimorchi o segui percorsi impervi, la coppia è più importante.

Se viaggi molto o non hai esigenze di trasporto particolari, la potenza è più rilevante.

In ogni caso, considera che tendenzialmente più è alto il numero di giri al quale si esprimono coppia e potenza massima, maggiori tenderanno ad essere i consumi.

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