Corvette Magazine Italia

Il “convitato di pietra” di ogni elaborazione.

La PME (Pressione Media Effettiva), questa sconosciuta, è il rapporto fra lavoro utile per ciclo e unità di cilindrata.

Detto in questi termini non ci dice nulla di utile, eppure la PME è un valore che dobbiamo tenere sempre presente ogni qualvolta mettiamo mano ad un motore nel tentativo di tirarci fuori una manciata di cavalli in più. Infatti la PME è l’indice che non solo ci permette di confrontare motori tra loro differenti ma anche un indice di quanto il motore sia “sfruttato” o “spinto”.

L’unità di misura della PME è il Bar e si ottiene dividendo la Coppia per la Cilindrata (Nm/Litri) quella che una volta veniva chiamata coppia specifica. Ricordiamoci che la potenza di un motore è la coppia per il regime di rotazione. Infatti la PME si può anche ricavare partendo dalla Potenza e dal regime di rotazione.

In concreto la PME ci dice qual è la sollecitazione all’interno della camera di scoppio di un motore: ad es. ad ogni aumento di 1 Bar di PME la temperatura del cielo del pistone sale circa di 10°C; per non parlare ovviamente delle sollecitazioni a cui vengono sottoposte bielle e bronzine.

Proprio perche stiamo parlando di pressioni all’interno della Camera di combustione l’altro valore di riferimento deve essere il rapporto di compressione. A tal proposito basta rilevare che un motore turbocompresso ad alte prestazioni può superare la soglia dei 25 Bar di PME in quanto ha un rapporto di compressione di 8.0-5.5:1 mentre difficilmente un motore aspirato con un rapporto di compressione di 11.0:1 può permettersi di superare i 15 bar di PME.

La PME non si può misurare ma solo calcolare .

Essendo un indice di efficienza respiratoria del motore ovvio che il picco di PME si avrà in corrispondenza della massima coppia disponibile.

Per ottenere più cavalli da un motore endotermico la teoria è molto semplice basta aumentare la PME oppure a PME costante aumentare il numero di giri del motore.

In pratica chiunque ci abbia provato sa benissimo che non è così semplice e spesso si deve scendere a compromessi. Senza trattare nel dettaglio le tipologie di motori che non ci riguardano proviamo a fare alcune valutazione nel tentativo teorico di estrarre qualche cavallo dall’architettura classica dei V8 Chevy di cui sono dotate le Corvette.

• Aumentare il numero di giri mantenendo una PME elevata (migliorare l'efficienza respiratoria agli alti regimi)

L’aumento del numero di giri deve tener presente della corsa dei pistoni. I motori delle Corvette spaziano da una corsa di 88mm per lo Small Block 350 sino a 102mm per LS6 della Corvette C6 Z06. La scelta di una corsa lunga è dettata dall’esigenza di avere una camera di scoppio compatta onde evitare l’innesco di fenomeni di autoaccensione quando si utilizzano benzine ad un basso numero di ottani come è tradizione oltreoceano. Se il nostro motore ha una corsa di 88mm ed un regime di potenza massima di 5.000rpm la velocità media del pistone sarà di 14.7m/s; a 6.000rpm di 17.6m/s; a 7.000rpm di 20.5m/s (ricordiamoci che in F1 le velocità medie dei pistoni non superano i 28.0m/s). Aumentare il numero di giri comporta quindi un limite di velocità del pistone, di smaltimento del calore e naturalmente un problema di apertura e chiusura valvole (la punteria dovrà essere necessariamente meccanica).

Naturalmente affinché il motore riesca effettivamente girare più alto gli incroci delle valvole dovranno essere adeguati così come tutta l’aspirazione dovrà accordarsi ad un nuovo albero a camme, di conseguenza avremo un motore con coppia relativamente alta vicino al regime di rotazione massimo. Un motore con queste caratteristiche, molto scorbutico ai bassi, è consigliabile abbinarlo ad un cambio manuale plurifrazionato (certamente non un 4 marce).

Infatti molte elaborazioni after-market prevedono un albero a camme (che ricordiamolo ancora andrà raccordato ad una aspirazioni che lo assecondi) che faccia respirare meglio il motore ad un regime più elevato. Questo non significa che il regime di rotazione massima aumenti ma semplicemente che il valore della PME sia superiore a parità di regime.

Non esistendo ancora un sistema di fasatura variabile per gli small block, ciò comporta necessariamente o una riduzione di coppia massima o l’innalzamento del regime di coppia o addirittura entrambi gli eventi. Non essendo prevista né fasatura variabile, né aspirazione variabile, a parità di cilindrata l’aumento di potenza massima viene pagato da una riduzione dei valori di coppia massima.

A titolo di esempio possiamo ricordare come:

• L98 (Corvette 1991) avesse una potenza massima di 250Hp a 4.400 rpm (PME 8.80) ed una coppia massima di 475N/m a 3.200rpm (PME 10.48);
• mentre LT1 (Corvette 1992) esprimesse una potenza di 300Hp a 5.000 rpm (PME 9.29) ed una coppia massima di 445N/m a 4.000 (PME 10.03);
• LT4 (Corvette Grand Sport 1996) aveva un albero a camme più spinto ed era capace di 330Hp a 5.800rpm (PME 8.81) ed una coppia di 460N/m a 4.500rpm (PME 10.17).

Come si evince dagli esempi L98 benché avesse meno cavalli esprimeva una coppia maggiore ed un picco di PME superiore, a bassi regimi era quello che respirava meglio (motore ideale per un cambio automatico).

Questo compromesso si può mitigare scegliendo teste e aspirazioni ad alta efficienza fluidodinamica, ma è una legge alla quale non si può sottrarre. A titolo di esempio possiamo paragonare due motori alquanto diversi prodotto nello stesso anno come L98 e LT5 entrambi disponibili sulla Corvette Model Year 1991. Il primo erogava 250Hp a 4.400rpm (PME 8.80) e una coppia di 375N/m a soli 3.200rpm (PME 10.48), mentre LT5 (ricordiamolo tutto in alluminio con un rapporto di compressione di 11:1 e 4 valvole per cilindro capace di aumentarne l’efficienza fluidodinamica) erogava una potenza massima di 375Hp a 5.800rpm (PME 10.01) e una coppia di 502N/m a 4.800rpm (PME 11.07). LT5 nel 1993 fu portato a 405Hp sempre a 5.800rpm (PME 10.81) ma la coppia massima di soli 20N/m in più salì a 5.200rpm (PME 11.51) ormai prossima al regime di potenza massima. Questo fu il compromesso al quale dovettero sottostare i tecnici GM ed ai quali nessuno di noi può sottrarsi.

L’obbiettivo di ogni preparatore sarà dunque quello di ottenere PME elevate a regimi di rotazioni elevati. Per fare ciò la strada più battuta è migliorare l’efficienza respiratoria del motore, in quanto più aria riesco a far immettere nei cilindri più benzina posso iniettare.

• La Sovralimentazione

La soluzione più semplice per aumentare la PME è la sovralimentazione. L’applicazione di un turbocompressore è l’equivalente di un aumento di cilindrata (1 bar di sovralimentazione corrisponde al raddoppio della cilindrata) ma poiché questa ultima non cambia la PME schizza a livelli impressionanti benché siano motori decompressi. Questo accade perché il turbocompressore è mosso dai gas di scarico i quali hanno la loro maggiore portata nel momento della coppia massima. Infatti lo stesso motore (con albero a camme identico) aspirato o turbocompresso presenta curve di coppia con andamento pressoché identico, semplicemente quella relativa al motore sovralimentato si pone su una scala di valori più elevato.

L’elaborazione di uno small block attraverso l’istallazione di uno o più turbocompressori è molto laboriosa in quanto oltre alla riduzione del rapporto di compressione, necessita di bielle, albero a gomito e bronzine dedicate, oltre naturalmente ad un impianto maggiorato di lubrificazione e di raffreddamento. A titolo di esempio basti ricordare che la mitica Corvette Callaway Twin Turbo costava di un’elaborazione radicale che riguardavano teste, pistoni, bielle e albero, più altri significativi particolari. Il rapporto di compressione scese a 7.5:1 e la sovralimentazione era di 10psi (0.69 Bar) la potenza massima erogata raggiunse i 380Hp a 4.250rpm (PME 13.84) mentre la coppi massima era di 576 N/m a soli 2.500rpm (PME 16.80).

Differente è la via seguita dai compressori volumetrici. Essendo collegati direttamente all’albero motore il flusso di aria che riescono ad immettere nei cilindri è costante e legata alla regime di rotazione cioè la quantità di aria immessa aumenta con l’aumentare dei giri. La Corvette C6 ZR1 ha un rapporto di compressione di 9.1:1 ed una sovralimentazione di 0.72 bar attraverso un compressore a flusso assiale della Eaton. La potenza è di 647 Hp a 6.500rpm (PME 14.17) e una coppia massima di 820N/m a 3.800rpm (PME 16.72). La cosa che balza subito all’occhio è che il rapporto di compressione non è stato necessario ridurlo più di tanto e che la differenza tra il regime di coppia massima e di potenza massima è di ben 2.700rpm.

Discorso ancora diverso riguarda l'acceleratore di flusso (o compressore centrifugo). Questi altro non è che un turbocompressore comandato dall’albero motore anziché dai flussi del gas di scarico. Ciò significa che la sovralimentazione è offerta solo in prossimità del regime di rotazione massima cioè proprio quando il motore va in crisi respiratoria. Se applicato ad un motore con un albero a camme senza valori di incroci elevati, come il già citato L98, si può raggiungere un ottimo compromesso tra coppia a bassi regimi ed una buona resa agli altri. In pratica simula un’aspirazione variabile e se non si esagera con la sovralimentazione non necessita di una riduzione del rapporto di compressione. I kit della Paxton ad esempio vantano un aumento di 100Hp, benché un aumento così consistente sia alquanto ottimistico va rilevato che a 350Hp a 5.000rpm comporterebbe una PME di 10.84 di pochissimo superiore al picco di coppia.

In conclusione quando si vuole mettere mano al motore nel tentativo di spremerci qualche cavallo in più è buona cosa fare qualche calcolo per verificare quanto teoricamente il motore verrebbe sollecitato. Un motore nato per girare a 5.000 rpm può arrivare vicino ai 6.000rpm certamente non a 7.000 e se era progettato per reggere ad una PME di 12.00bar forse si potrà reggere a 13bar certamente non a 15bar di PME. Naturalmente senza modifiche radicali e parecchio costose. 

Comunque sia noi tutti siamo appassionati di Corvette e di conseguenza qualche volta siamo portati ad esagerare !