Moto & motori: origini, storia e curiosità

Cari rider e appassionati di moto e motori, in questo articolo, in parte tratto da Let's Ride di Sonny Barger (Dalai editore), troverete la storia dell'evoluzione del motore a scoppio in poco più di un secolo di vita: dalla nascita del primo monocilindrico montato sul telaio di una bicicletta, ai tentativi andati in fumo di progettazione di motori dalla disposizione particolare dei cilindri fino agli attuali motori tanto performanti quanto sofisticati. Sonny racconta brevemente le innovazioni tecnologiche delle principali case motociclistiche che si sono trovate a dover assecondare le richieste di una massa di motociclisti sempre più numerosa ed esigente. Facendo riferimento alla "guerra tecnologica" tra America, Inghilterra e Giappone si arriva anche a trattare dell'impatto economicamente negativo sul mercato motociclistico statunitense ed europeo che ebbe l'arrivo delle due ruote giapponesi sull'asfalto a stelle e strisce.
Non ci resta che augurarvi buona lettura e..


See you soon on the road!
Jack


L'invenzione della motocicletta viene fatta risalire all'ingegnere francese Louis-Guillaume Perreaux che depositò il relativo brevetto (n.83691) il 16 marzo 1869 e realizzò un veicolo a due ruote funzionante a vapore chiamata Vélocipede à Grande Vitesse.
La moto con motore a scoppio invece nacque nel 1885 quando, in una piccola officina di Cannstatt (nelle vicinanze di Stoccarda), Gottlieb Daimler (insieme a Wilhelm Maybach) imbullonò un motore a benzina alla sua Einspur di legno dando vita alla prima motocicletta della storia.


Einspur di Gottlieb Daimler - Cannstat 1885

Einspur di Gottlieb Daimler - Cannstat 1885

Nel 1896 anche l’inglese Holden inventò una bicicletta a motore; ma stavolta il motore non era più a due tempi ma a quattro tempi e con il freno sulla ruota anteriore. La motocicletta di Holden fu la prima quattro cilindri nella storia della moto.
Nel 1898 i fratelli Werner applicarono un motore a benzina al cannotto di una bicicletta: la trasmissione avveniva attraverso una puleggia e una cinghia di cuoio e il motore ero posizionato direttamente sulla ruota anteriore, aveva una potenza di ¾ di cavallo e raggiungeva la velocità di 35 km/h. Gli stessi fratelli Werner, poi, nel 1901, costruirono una bicicletta con motore centrale e trasmissione sulla ruota posteriore. A questo prototipo fu dato per la prima volta il nome di "motocicletta".
Nel 1894 i primi esemplari funzionanti furono messi in commercio dalla Hildebrand & Wolfmüller e da quel momento si assistette ad una continua evoluzione della motocicletta, in Europa e in America.
Da allora tante sono state le modifiche apportate al motore, alla ciclistica, alla trasmissione e al telaio. I motori inizialmente in ghisa vennero poi costruiti in alluminio (il primo motore in alluminio dell'Harley-Davidson fu l'Evolution), i telai dal primissimo in legno vennero poi costruiti in acciaio e alluminio e le nuove scoperte e tecnologie vennero passo dopo passo applicate al mondo delle due ruote dall'accensione elettronica all'iniezione elettronica e all'ABS. Diversi furono i tentativi di trovare componenti sempre migliori dal punto di vista qualitativo e funzionale come la trasmissione cardanica, a catena e a cinghia. In questo articolo però parliamo esclusivamente del motore a scoppio e della sua vecchia storia.

Le tipologie principali di motori a scoppio sono le seguenti:

  • Monocilindrico
  • Bicilindrico a V (V-Twin)
  • Bicilindrico a L (L-Twin)
  • Bicilindrico parallelo
  • Bicilindrico contrapposto (Boxer)
  • Tricilindrico in linea
  • Quadricilindrico in linea
  • Quadricilindrico a V (V-Four)
  • Quadricilindrico contrapposto
  • Esacilindrico contrapposto

Esistono anche altri modelli ma si tratta di motori antiquati, esotici e rari (e solitamente molto costosi) i cui pezzi di ricambio sono spesso introvabili. Per esempio in passato sono state costruite motociclette che montavano motori a V con otto cilindri (V-8) come la moto da corsa della Moto Guzzi a metà degli anni Cinquanta.


Moto Guzzi V-8 - anni Cinquanta

Moto Guzzi V-8 - anni Cinquanta

Moto Guzzi V-8 - anni Cinquanta

Moto Guzzi V-8 - anni Cinquanta

L'italiano Giancarlo Morbidelli sviluppoò un V-8 a metà anni Novanta ma vendette solo quattro esemplari poiché il prezzo di listino non era decisamente alla portata di tutti (circa 60.000 dollari).
Anche la casa costruttrice Boss Hoss produce motociclette con motori V-8 ma che rimangono economicamente sempre fuori dalla portata del motociclista medio.
Ci sono stati altri modelli stravaganti come le moto a sei cilindri in linea della Honda e della Benelli a cavallo tra gli anni Settanta e Ottanta ma che rimangono comunque un prodotto di nicchia nell'ambiente a due ruote.


V-8 di Giancarlo Morbidelli - anni Novanta
V-8 della Boss Hoss

MONOCILINDRICO
Il motore base, il primo che venne montato su un mezzo a due ruote. Questi motori sono sempre stati montati nel telaio allineati con le ruote ma con ogni angolazione possibile: da una leggera inclinazione all'indietro (come sulle primissime Indian del 1901) fino a tutto in avanti con il cilindro orizzontale, parallelo a terra come sull'Honda Trail 70, sull'Harley-Davidson Sprint o sulle Moto Guzzi degli anni Settanta.
Sono i motori più semplici, le principali caratteristiche sono il peso ridotto ed il volume occupato in relazione alla cilindrata nonché il costo di fabbricazione contenuto, in quanto comportano un numero minore di pezzi e di lavorazioni rispetto ai motori policilindrici. Dominano la scena delle piccole cilindrate, degli scooter e delle moto da Cross e da Enduro che richiedono di base grande agilità e praticità. 
L'albero a gomito ha un solo perno di manovella sul quale è montata l'unica biella. Anche il basamento è molto semplice: i supporti di banco sono soltanto due e sono facilmente muniti di cuscinetti a rotolamento.
Il tallone d'Achille dei motori monocilindrici è il fatto di non essere equilibrabili mediante semplice contrappesatura dell'albero a gomito.

Le masse che non risultano bilanciabili sono quelle a moto alterno, ossia pistone, spinotto e parte della biella. Il problema principale è che: se dal lato opposto al perno di manovella, l'albero a gomito viene dotato di una massa aggiuntiva (pari a quella delle masse in questione) la contrappesatura è perfetta solo quando il pistone si trovai ai due Punti Morti mentre quando il perno di manovella viene a trovarsi perpendicolarmente (nel tragitto tra PMS-PMI e PMI-PMS), provoca forti squilibri in quanto l'albero viene ad avere una massa non bilanciata che "tira" verso l'esterno per via della forza centrifuga.
Il contrario avviene se l'albero non è dotato di una massa di contrappesatura: in tal caso si ha un equilibrio perfetto solo quando il perno è a 90° rispetto ai Punti Morti ed un totale squilibrio in corrispondenza di questi ultimi.

La soluzione è dotare l'albero di masse di contrappesatura che equilibrino circa il 55-60% della massa in moto alterno. È inevitabile la creazione di notevoli vibrazioni durante il funzionamento del motore. Questo non rappresenta un grosso problema se il motore è di piccola cilindrata, se però diventa di cubatura rilevante la situazione è diversa.
Alcune moto monocilindriche di grossa cilindrata sono dotate di un equilibratore dinamico costituito da un albero ausiliario di una massa eccentrica che viene azionato dall'albero a gomito mediante ingranaggi e che ruota in senso opposto rispetto ad esso. Questa soluzione consente di abbattere drasticamente le vibrazioni anche se non le elimina del tutto.

Indian con motore monocilindrico inclinato posteriormente - primi del Novecento

Honda Trail 70

Harley-Davidson Sprint

Harley-Davidson Sprint


BICILINDRICO A V (V-TWIN)
V-Twin Harley-Davidson
I primi motori monocilindrici non generavano molta potenza, al più qualche decina di cavalli. Già all'inizio del XX secolo le case motociclistiche si misero al lavoro per escogitare sistemi che incrementassero la potenza. Il modo più veloce e più "semplice" per incrementare la potenza è di aumentare la cilindrata. È una verità sacrosanta e lo era ancora di più agli albori del motociclismo per via della tecnologia primitiva del tempo.
I motociclisti avevano bisogno di motori più grandi ma i limiti tecnologici di allora impedivano agli ingegneri di allargare i primi motori monocilindrici, limiti che su certi aspetti sono presenti tutt'oggi: se i cilindri sono troppo larghi potrebbero insorgere problemi di aspirazione e combustione, se sono troppo lunghi (corsa troppo elevata, cioè la distanza tra PMS e PMI) potrebbe risentirne la velocità dei pistoni. Partendo dal presupposto che le dimensioni dei cilindri non potevano essere modificate, il sistema più ovvio per ottenere maggiore potenza era quello di aumentare il numero dei cilindri.
I primi motori multicilindrici erano bicilindrici a V. Era una disposizione assolutamente logica dal momento che le prime moto non erano altro che biciclette motorizzate il cui telaio formava una V nella parte inferiore e pertanto il motore si inseriva alla perfezione nello spazio disponibile.
Il V-Twin eroga alti valori di coppia a bassi regimi. In città la coppia è più importante del numero di CV (cavalli vapore): una Yamaha R6 600cc genera molta più potenza di un'Harley-Davidson TC96 da 1584cc (112 cavalli per la Yamaha contro i 68 cavalli dell'Harley). Una Yamaha R6 del 2006 genera una coppia di 58Nm, mentre un'Harley TC96 arriva a 104Nm; questo non significa che l'Harley sia più veloce della Yamaha, ma per prendere velocità con l'R6 dovrete far girare il motore oltre i 10.000 giri mentre guidando l'Harley basterà farlo girare a circa 3.000 giri.

I motori bicilindrici a V con angolo di 90° tra i cilindri sono caratterizzati da un'equilibratura piuttosto buona (sono perfettamente bilanciate le forze d'inerzia del primo ordine). Al diminuire dell'angolo tra i cilindri la compattezza longitudinale migliora ma peggiora l'equilibratura. Le soluzioni in questo caso sono due: impiego di un albero ausiliario o di un albero a gomiti dotato non di uno ma di due perni di manovella opportunamente sfalsati. L'ingombro trasversale (ad eccezione della Moto Guzzi) è decisamente ridotto: l'albero a gomiti è corto e le due bielle sono montate affiancate sull'unico perno di manovella. Le fasi utili non sono uniformemente distanziate ma si susseguono ogni 450°-270°-450° di rotazione dell'albero a gomiti.


BICILINDRICO A L (L-TWIN)
Un bicilindrico a L non è altro che un bicilindrico a V solo che i due cilindri sono disposti a 90°. Generalmente i V-Twin sono montati su grosse moto da turismo o cruiser che consentono una guida rilassante, ma si possono trovare anche su moto sportive di basse cilindrate come quelle delle case motociclistiche Aprilia, Moto Guzzi o l'austriaca KTM. La Ducati per anni ha trionfato nei campionati mondiali con bicilindrici a V, ma siccome un cilindro è posto quasi parallelo al terreno e l'altro leggermente inclinato all'indietro in molti parlano di bicilindrico a L.


BICILINDRICO PARALLELO
Tra i primi motori bicilindrici va ricordato anche il bicilindrico parallelo in cui i due cilindri per l'appunto sono posizionati parallelamente tra loro. È stata la casa motociclistica inglese Triumph a rendere popolare questo tipo di motore quando nel 1937 Edward Turner progettò la Speed Twin 500. Quando John Bloor assunse le redini della Triumph, fallita alla fine degli anni '80, decise di costruire motociclette moderne e all'avanguardia piuttosto che modelli dal look retrò a due cilindri. A partire dal 2000 però la casa inglese tornò a produrre bicilindriche tradizionali. Oggigiorno oltre alla Triumph anche la Kawasaki costruisce bicilindriche parallele di media cilindrata.

Per quanto riguarda la disposizione dei perni di manovella dell'albero a gomiti, il motore bicilindrico parallelo consente due soluzioni; questi infatti possono essere allineati (manovelle a 360°) e in tal caso i pistoni si spostano assieme verso gli stessi Punti Morti (in altre parole salgono e scendono assieme all'interno dei cilindri), oppure essere posizionati in modo che mentre un pistone sale verso il PMS, l'altro scende verso il PMI (manovelle a 180°).
Con i perni di manovella a 360° si ottiene una perfetta equidistanza tra le fasi utili in quanto gli scoppi si susseguono ogni 360° di rotazione dell'albero a gomiti. Il risultato è un suono rotondo e piacevole. Per quanto riguarda le vibrazioni però, il motore si comporta a tutti gli effetti come un monocilindrico, ovvero non è equilibrabile mediante contrappesatura dell'albero (utilizzo di equilibratori dinamici con uno o due alberi ausiliari muniti di masse eccentriche).
La BMW nel bicilindrico da 800cc adotta un albero che poggia su quattro supporti di banco e centralmente viene applicato un perno di manovella "aggiuntivo" sul quale è montata una biella rivolta verso il basso, la cui estremità è vincolata ad una leva oscillante di massa opportunamente studiata che genera forze di inerzia di analoga entità ma aventi verso opposto rispetto a quelle prodotte dai due gruppi biella-pistone del motore. Questo sistema abbatte notevolmente le vibrazioni che non assumono mai livelli tali da compromettere la fluidità alla guida.
Nei bicilindrici paralleli con manovelle a 180° gli assi dei cilindri sono sono inevitabilmente ad una certa distanza tra loro e ciò genera una coppia non equilibrata che genera vibrazioni anche di entità importante. La soluzione consiste nell'utilizzo di un albero ausiliario controrotante munito di due masse eccentriche. In questi motori le fasi utili non si susseguono ogni 360° di rotazione dell'albero a gomiti ma ogni 180°-540°-180°. Questa disposizione ai bassi regimi è causa del caratteristico suono "galoppante".


Triumph Speed Twin 500 - 1937
Equilibratore dinamico con biella ausiliaria


MOTORE A DUE, QUATTRO E SEI CILINDRI CONTRAPPOSTI
Il motore a cilindri contrapposti è costituito da pistoni che si muovono verso l'esterno, uno in direzione opposta all'altro. Questo movimento ricorda (con molta fantasia) quello delle braccia di un boxer e pertanto il motore a cilindri contrapposti viene anche chiamata "boxer". La Volkswagen montava questo tipo di motore sulla vecchia Maggiolino raffreddata ad aria, mentre la Porsche e la Subaru continuano a montarli tuttora.

Il motore boxer apparve per la prima volta nel 1904 in quella che sarebbe diventata la Douglas. Nel 1919 l'Harley-Davidson lanciò sul mercato la W Sport Twin che montava un bicilindrico contrapposto.
Ma fu Max Friz nel 1923 a renderlo un icona quando lo montò sulla sua R32, la prima motocicletta della BMW. Ancora oggi la casa tedesca continua a costruire motociclette con bicilindrici contrapposti e probabilmente continuerà a farlo finché esisteranno le moto. Sebbene il bicilindrico boxer portò molta fortuna alla BMW, per molti anni dopo la seconda guerra mondiale nessun'altra casa progettò motociclette con questo tipo di motore fino al 1975, anno in cui la Honda lanciò sul mercato una Gold Wing quadricilindrica contrapposta. Nel 1988 la Honda aggiunse altri due cilindri portando il totale a sei cilindri, creando così l'esacilindrica Gold Wing 1500. Successivamente nel 2001 venne portata a 1832.
Oggi le bicilindriche della serie R della BMW e la Gold Wing GL1800 della Honda sono le principali moto ad utilizzare il motore boxer.


Harley Davidson W Sport Twin - 1919

BMW R32 - 1923

Operai al lavoro per la produzione della BMW R32 - 1923

Honda Gold Wing 1550 - 1988


Honda Gold Wing 1832 - 2011

TRICILINDRICO IN LINEA
Pensate al tricilindrico in linea come ad un bicilindrico parallelo a cui è stato aggiunto un terzo cilindro. Nella storia dei motori a scoppio i tricilindrici in linea non sono stati adottati da molti marchi, anzi attualmente una delle pochissime case che producono motociclette con motore a tre cilindri in linea è la britannica Triumph che iniziò ad equipaggiare le proprie due ruote con questa tipologia di motore negli anni Sessanta e che produce ad oggi motociclette dalle medie cilindrate (675cc) alle grosse cilindrate come la Rocket Three da 2300cc. Solitamente queste motociclette godono di un'enorme considerazione, i loro motori tricilindrici riescono a combinare perfettamente una coppia motrice a bassi regimi (tipica delle bicilindriche) con la velocità dei motori con più cilindri.

Nei tricilindrici in linea l'albero a gomiti poggia su quattro supporti di banco ed ha i perni di manovella disposti a 120°, il che consente una perfetta equidistanza tra le fasi utili e assicura una discreta equilibratura (forze d'inerzia delle masse in moto sono perfettamente bilanciate).

Triumph Rocket Three 2300cc

QUADRICILINDRICO IN LINEA
Negli anni Sessanta l'Harley-Davidson e la Triumph continuavano a costruire motociclette con la tecnologia che avevano introdotto negli anni Trenta, soprattutto perché sul mercato delle moto di grossa cilindrata non avevano concorrenza e pertanto non c'era motivo di investire denaro per migliorare i loro prodotti. In realtà si trattava di una calma apparente. La Honda iniziò ad esportare le proprie moto negli Stati Uniti nel 1959, ma si trattava di piccole motociclette di cilindrata massima di 350cc. Nessuna di queste moto poteva tenere testa alle bicilindriche parallele da 650cc della Triumph o delle V-Twin da 900cc e 1200cc dell'Harley-Davidson. Quando la Honda lanciò sul mercato la sua prima grande moto, la Black Bomber, una sportiva con bicilindrico parallelo da 450cc le industrie motociclistiche americane e britanniche lo interpretarono come un avvertimento poiché nonostante fosse solo una 450 dava del filo da torcere alle sorelle più grandi.
Le case britanniche Triumph e BSA risposero nel 1969 con le nuove tricilindriche che però poco fecero nei confronti della bomba giapponese, la CB750 della Honda. Questa moto aveva tutte le caratteristiche che la gente era ormai abituata ad associare alla Honda: un design moderno, un motore completamente in alluminio con albero a camme in testa, comodità e praticità (es. starter d'avviamento funzionante per davvero) e un'affidabilità senza eguali. La caratteristica più straordinaria era però la configurazione del motore: quattro cilindri in linea disposti trasversalmente nel telaio, come fossero due motori bicilindrici paralleli affiancati.
Non era di certo la prima quadricilindrica, in passato la Henderson ed altre case avevano sviluppato moto con quattro cilindri disposti longitudinalmente, disposizione però che rendeva le moto molto lunghe e di conseguenza scomode da guidare e manovrare. Per questo motivo e per la loro complessità che le rendeva ancora più inaffidabili delle prime monocilindriche e bicilindriche, le quadricilindriche longitudinali non presero mai piede nel mercato motociclistico mondiale.

Negli anni Sessanta l'italiana MV Augusta costruì una quadricilindrica trasversale moderna da 600cc. Sempre negli anni Settanta, con l'arrivo sulle strade della Honda CB750, l'Harley-Davidson reagì portando la cilindrata delle Sportster a 1000cc ma così facendo la Sportster, che fino ad allora era stata una moto leggermente inaffidabile, divenne una moto estremamente inaffidabile. Il risultato del tentativo americano di tenere testa alle due ruote giapponesi non fu certo dei migliori. I giapponesi però non avevano ancora finito, l'Honda CB750 dominò il mercato delle motociclette di grossa cilindrata per tre anni fino a che nel 1972 la Kawasaki presentò la Z1, una quadricilindrica da 903cc con ben due alberi a camme in testa che non era seconda alle auto più veloci del tempo. Ben presto le case giapponesi iniziarono a produrre quadricilindriche in linea sempre più grandi e veloci. Questa configurazione divenne talmente famosa che le moto con quattro cilindri in linea vennero soprannominate UJM (Universal Japanese Motorcycle).
Nel 1973 la Kawasaki vendette circa 85.000 Z1 contro le 9.875 XL1000 dell'Harley-Davidson (nel 1973 l'Harley abbandonò il marchio "Sportster" per poi riproporlo alla fine degli anni Settanta). Questo trend che continuò anche nel decennio successivo portò l'Harley-Davidson sull'orlo della bancarotta.


Honda Black Bomber 450cc
Honda CB 750cc
Kawasaki Z1 900cc - 1972

QUADRICILINDRICO A V (V-FOUR)
L'Honda introdusse il moderno quadricilindrico a V negli anni Ottanta e due sono i modelli principali che lo montano: la sport-tourer ST1300 e l'Interceptor, un'altra sport-tourer da 800cc. Pensate al quadricilindrico a V come al motore a V a otto cilindri di un'automobile diviso a metà. Questa configurazione ha il vantaggio di occupare poco spazio perché i quattro cilindri sono raccolti in una singola unità che è poco più ingombrante di un motore bicilindrico a V medio, ma è decisamente più costosa da produrre poiché ha molte più componenti di una quadricilindrica in linea. Dato l'alto costo di produzione poche sono le case che montano sulle proprie moto questo tipo di motore. La Yamaha monta quadricilindrici a V su di alcune cruiser della linea Star e recentemente l'Aprilia ha lanciato sul mercato una moto con motore V-Four, ma questa configurazione non ha spopolato come le quadricilindriche in linea o le bicilindriche.


Honda ST 1300cc
Honda Interceptor 800cc

Immagini estratte dal Web.