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Concetti base
La coppia viene descritta in fisica come una forza che agisce su un corpo con una leva.
Riferita a un motore a combustione interna o a un motore elettrico, la coppia indica la forza alla quale è esposto l’albero di trasmissione.
La coppia viene espressa con l’unità del newton metro, abbreviato Nm.
- L’interazione tra coppia e giri del motore determina la potenza del motore.
Se non avete mai guidato un’auto elettrica (➜ Leggete anche: Panoramica delle auto elettriche), è giunto il momento di cominciare a farlo. Non solo per fare qualcosa per l’ambiente, ma anche perché guidarla è divertente (➜ Leggete anche: 10 miti sulle auto elettriche). E cos’è che rende la guida brillante e divertente? Proprio la coppia. O per la precisione, il fatto di essere direttamente disponibile appena si dà gas, o meglio energia. Ma quale ruolo ha la potenza del motore, espressa in kW o in PS, ovvero cavalli vapore?
Per rispondere a questa domanda dobbiamo fare un passo indietro. L’esperto BMW Michael Griese ci spiega: “È importante capire cosa si aspetta il conducente dalla sua auto: una potenza del motore elevata o una coppia elevata?” Perché dipende da cosa si desidera, ossia una velocità finale elevata o una partenza scattosa e brillante.
Partiamo dalla teoria per approfondire il concetto di calcolo della coppia motore. In fisica, per coppia, o coppia motrice o coppia meccanica, si intende la forza che, con l’aiuto di una leva, agisce su un fulcro. La formula della coppia, e della legge della leva, è: Coppia = Forza (N) x braccio della leva (m). L’unità di misura utilizzata per esprimere la coppia si chiama newton metro (Nm). I newton indicano la forza che agisce e i metri la lunghezza del braccio della leva. Il concetto di coppia si può chiarire bene in rapporto al concetto di potenza: la coppia si chiama anche momento torcente e, come dice il nome, fa pensare a un oggetto che ruota. Indica quindi quale forza agisce sull’albero di trasmissione del veicolo durante la rotazione. La forza agisce sui corpi in modo lineare. La potenza è il prodotto della forza per la velocità con la quale agisce questa forza. Coppia e potenza sono valori che dipendono dai giri del motore.
Una coppia elevata consente di guidare in maniera efficace e risparmiare energia. Una potenza del motore elevata consente di accelerare rapidamente e di raggiungere una velocità finale elevata.
Responsabile di progetto motori elettrici di BMW Group
Dalla teoria alla pratica: con i motori endotermici, si cerca di mettere a disposizione del conducente una coppia elevata già a regimi bassi. Contemporaneamente, la coppia deve svilupparsi per un regime più ampio possibile. Tradotto in pratica, una coppia elevata significa che il motore reagisce immediatamente alla pressione dell’acceleratore da parte del conducente, che percepisce la coppia come un’ottima capacità di ripresa alla partenza o durante un sorpasso.
Per il conducente, una coppia potente e subito disponibile significa maggiore sicurezza (durante un sorpasso), grande divertimento e propulsione efficace. In tutti i motori endotermici, a seconda del tipo, ci vuole sempre un attimo, per quanto breve, prima che la coppia sia disponibile – una differenza rispetto al motore per auto elettrica del quale parleremo in seguito. In due parole: una coppia elevata e subito disponibile offre solo vantaggi a chi guida.
Il modo migliore per spiegare cos’è la coppia e cosa comporta per il conducente è metterla in rapporto con il concetto di potenza. Ancora una volta, partiamo da una piccola introduzione teorica dell’esperto BMW: con la potenza, entra in gioco il fattore tempo. In parole semplici, indica l’energia che viene trasformata in un determinato periodo di tempo. La formula fisica è: potenza uguale forza moltiplicata per la velocità. Adesso viene espressa in Kilowatt (kW), mentre in passato si usava il cavallo vapore (CV). Un Watt (W) è un newton metro per secondo. Un motore raggiunge quindi una potenza elevata attraverso una coppia elevata o attraverso regimi (o rpm del motore) elevati. La potenza massima, quella che viene pubblicizzata dalle case costruttrici e indicata anche sul libretto, in genere è disponibile a regimi elevati.
La misurazione dell’accelerazione standard è molto utile (➜ Leggete anche: Da 0 a 100: tutti i segreti dell’accelerazione): le marce vengono spinte al massimo, il motore lavora ad alti regimi, si raggiunge la massima potenza nominale. Un punto importante per capire cosa sono la coppia e la potenza e come influiscono sull’uso quotidiano dell’auto: un motore a combustione interna raggiunge la coppia massima a regimi più bassi rispetto alla potenza massima. Quando si parla di forza a regimi bassi, si intende che la coppia è elevata già a rpm ridotti. Molto utile per guidare senza dover cambiare continuamente marcia nelle auto con cambio manuale. O per trainare rimorchi con l’auto (uso di rimorchio) e per viaggiare in montagna.
Un esempio chiarisce la differenza tra coppia e potenza. Se come conducente ci si basa sul contagiri del display, il punto in cui la coppia ha raggiunto il suo valore massimo arriva quando aumentano i giri del motore a combustione interna. Contemporaneamente, la potenza continua ad aumentare. Quando il conducente percepisce che la potenza riferita ai giri diminuisce, innesta la marcia superiore (un cambio automatico lo fa da solo). I giri diminuiscono e il gioco ricomincia da capo.
Nella guida di ogni giorno, la coppia di un motore, contrariamente a quanto pensano in tanti (quando si parla tra amici o nei giochi di carte sulle automobili), è quindi molto più importante della potenza (massima), per risparmiare risorse – ambiente, portafoglio e nervi – l’obiettivo degli ingegneri è una guida a bassi regimi con un’elasticità ottimale. E veniamo al motore per auto elettrica e alla coppia del motore elettrico. Il grande vantaggio delle auto elettriche consiste nel fatto che la coppia massima è disponibile fin dal primo momento. Senza ritardo. Per questo le auto elettriche hanno un’accelerazione così marcata e percepibile da conducente e passeggeri (➜ Leggete anche: Il mondo della mobilità elettrica). Il tutto in modo fluido e senza dover cambiare marcia, visto che molte auto elettriche sono dotate di un cambio automatico monomarcia.
A regimi bassi agisce la coppia, a regimi alti la potenza.
Responsabile di progetto motori elettrici presso BMW Group
Griese, l’esperto di BMW, spiega la peculiarità delle auto elettriche. “La coppia elevata permette ai veicoli dotati di motore elettrico di muoversi in maniera efficace e risparmiando sui consumi.” Una velocità più alta possibile, raggiunta grazie a una potenza elevata, non è l’unica priorità nelle auto elettriche, che sono caratterizzate da una grande elasticità, che consente di spostarsi in maniera confortevole e risparmiando risorse, senza mai rinunciare al divertimento di guida.
Nei veicoli dotati di propulsore elettrico, la coppia massima è già disponibile a regimi bassi. “E rimane costante fino a quando non ha raggiunto la potenza massima”, come spiega l’ingegner Griese. A partire da questo momento, la coppia diminuisce e la potenza rimane costante. Quando si raggiunge il punto della coppia massima, il veicolo non accelera più. L’esperto BMW Griese riepiloga il concetto in poche parole: “A regimi bassi agisce la coppia, a regimi alti la potenza.”
Quindi cosa è più importante, una coppia del motore alta o una potenza alta? Dipende da cosa desidera il conducente. Chi, per esempio, preferisce raggiungere una velocità finale elevata, la trova in un veicolo con potenza nominale alta. Chi invece privilegia una guida efficiente e confortevole, punta sul fattore coppia, come accade, ad esempio, con le auto elettriche.
Che cos’è la coppia nelle auto?
La coppia è una grandezza fisica che indica la capacità di ripresa di un motore. L’unità fisica che si utilizza per misurarla è il newton metro (Nm). Nelle auto con motore endotermico, l’obiettivo è raggiungere una coppia elevata il più velocemente possibile a regimi bassi. Il vantaggio delle auto elettriche? La coppia è immediatamente disponibile.
Autore: Nils Arnold; Illustrazioni: Michael Bloss; Foto/Video: BMW
