Molti cilindri, una marcia fluida

Un motore a un cilindro produce una spinta una volta ogni 720°, poi non succede nulla per due giri completi. È semplice, ma vibra: il momento torcente sull'albero motore passa da un grande picco a zero e perfino a valori negativi, mentre l'inerzia del pistone che si muove su e giù fa vibrare tutto il motore. I grandi volani aiutano, ma c'è una soluzione migliore: più cilindri, che si accendono a turno.\n\nCon n cilindri che si accendono a intervalli regolari, una corsa motrice inizia ogni 720° / n:\n\n- 1 cilindro: ogni 720°\n- 2 cilindri: ogni 360°\n- 4 cilindri: ogni 180°\n- 6 cilindri: ogni 120°\n- 8 cilindri: ogni 90°\n\nIn un 4 cilindri in linea, una corsa motrice termina proprio quando inizia quella successiva, quindi l'albero motore riceve sempre una spinta. Il momento torcente oscilla molto meno che in un motore a un solo cilindro.

In un 4 cilindri in linea, le manovelle dell'albero motore sono disposte a coppie: i pistoni 1 e 4 si muovono insieme, mentre i pistoni 2 e 3 si muovono insieme, sfasati di mezzo giro. Quando la coppia si trova in alto, uno dei due cilindri sta terminando la compressione (e sta per accendersi), mentre l'altro sta terminando lo scarico (e sta per aspirare aria fresca): perciò i due cilindri sono sempre distanti di mezzo ciclo. Sono comuni due ordini di accensione: 1-3-4-2 (il più usato) e 1-2-4-3. In entrambi i casi un cilindro si accende ogni 180° e nessun cilindro si accende subito dopo quello vicino: questo riduce la sollecitazione sull'albero motore e rende più uniforme il flusso di gas nel condotto di aspirazione.\n\nL'accensione a intervalli regolari non è tutto. Un semplice 4 cilindri in linea presenta ancora una piccola vibrazione residua a una velocità doppia rispetto a quella del motore, perché i pistoni non si muovono in modo simmetrico verso l'alto e verso il basso; i motori 4 cilindri in linea più grandi spesso aggiungono alberi di equilibratura per eliminarla. Un 6 cilindri in linea, con un'accensione ogni 120°, è naturalmente molto fluido: per questo è stato apprezzato a lungo, mentre un V8 si accende ogni 90° e ha le manovelle disposte in modo da garantire l'equilibrio.

Più cilindri significano più potenza? Non da soli. La potenza dipende dalla quantità di aria e combustibile che il motore brucia ogni secondo, che a sua volta dipende dalla sua cilindrata, dalla sua velocità e da quanto lavora ogni ciclo. Per un motore a quattro tempi, P = p × V_d × N / 2, dove p è la pressione media effettiva (la pressione stazionaria che compirebbe lo stesso lavoro di quella reale), V_d è la cilindrata totale e N è il numero di rotazioni al secondo. Per un motore da 2,0 litri con p ≈ 1,0 MPa a 100 giri/s (6 000 rpm): P = 1,0×10⁶ × 0,002 × 100 / 2 = 100 kW. Dividendo gli stessi 2,0 litri tra sei o otto cilindri, la potenza è più o meno la stessa; ottieni maggiore regolarità e un suono diverso, non più potenza.

Un turbocompressore spinge più aria nel motore, aumentando p e quindi la potenza ottenuta dalla stessa cilindrata. Ecco perché i moderni motori piccoli possono essere potenti.