Motori V-8: albero motore piatto vs albero motore con perni di manovella a 90° - Cross-plane vs flat-plane

Tra gli appassionati, questo argomento è oggetto di discussioni più o meno animate e, dal punto di vista emozionale, entrambe le due soluzioni hanno un lungo stuolo di sostenitori. Sotto il profilo tecnico, invece, la questione è ben definita e le differenze tra le due soluzioni evidenziano vantaggi e svantaggi. Vediamo quindi, nei limiti del possibile, di affrontare un argomento non semplice in modo comprensibile per chiunque.

Qui sopra, l'albero motore piatto del 5,2 litri V-8 Ford montato sulla Ford Mustang Shelby GT350.

Sopra, l'albero motore con perni di manovella sfasati di 90° montato sul motore General Motors LT1, il 6,2 litri V-8 a iniezione diretta e fasatura variabile.

La notorietà dei motori V-8 è legata a due fattori principali: le prestazioni e il sound, due caratteristiche che sono influenzate sensibilmente dal tipo di architettura scelta per l'albero motore. I motori V-8 offrono un layout che consente di avere unità sufficientemente compatte, pur utilizzando un numero di cilindri elevato. 

Il numero di fasi attive di un motore, per un quattro tempi, si ottiene solitamente dividendo due giri dell'albero motore per il numero dei cilindri. Questo è evidente perché nel quattro tempi un ciclo si compie ogni 720° di rotazione dell'albero motore. 

Per un V-8 con fasi distribuite equamente, avremo quindi: 720°/8=90°, ovvero quattro fasi di combustione ogni giro completo dell'albero motore. Questo è quello che accade in un motore con albero di tipo cross-plane, ovvero con perni di manovella a 90°. Per l'albero piatto, noto anche come flat-plane, le accensioni saranno invece sfasate di 180°. Le fasi attive quindi sono più lontane e ciò dà una maggiore ruvidità di funzionamento.

In ogni caso, tanto per fare un confronto, capite che se confrontiamo questo dato con le due sole fasi attive per ogni rotazione completa dell'albero motore, tipiche di un quattro cilindri, un V-8 offre grandi potenzialità in uno spazio contenuto.

In inglese, come già anticipato, le due soluzioni di cui stiamo parlando in questo articolo sono identificate rispettivamente come cross-plane e flat-plane, semplicemente perché guardando l'albero motore frontalmente, la vista in sezione che si ottiene è in un caso quella di una croce e nell'altro di una linea retta. 

L'albero piatto, con perni di manovella a 180°, poggiano perfettamente su una superficie, tanto per capirci. I motori V-8 più classici, invece, hanno i perni di manovella dell'albero motore sfasati di 90°. In ambedue i casi, su ogni perno vengono montate due bielle, una per ciascuna bancata. In sostanza, i due pistoni di due cilindri opposti vengono accoppiati sulla stessa manovella.

Vediamo quindi le differenze sostanziali. Con l'albero motore piatto, l'ordine di accensione passa regolarmente in modo sequenziale da una bancata di cilindri all'altra. Questo significa che nei condotti di scarico di ogni bancata si crea una sorta di coda ordinata, lungo la quale i gas in uscita dal motore si impilano senza disturbarsi. 

In un motore con albero motore classico, ossia con perni di manovella a 90°, si hanno cilindri della stessa bancata che scaricano nello stesso collettore a distanza di poco tempo. Questo porta ad un disturbo recirpoco del flusso, a meno che non si adotti un complesso layout per i collettori di scarico, cioè un disegno che offra lunghezze differenti in accordo con i tempi di passaggio dei gas. Con albero motore convenzionale, inoltre, l'effetto di richiamo (lo scavenging, in inglese) della miscela fresca risulta meno efficace proprio per questo motivo.

L'albero motore piatto è anche più leggero, proprio per la sua conformazione fisica. Se uniamo questo fatto alle migliori prestazioni fluidodinamiche, si capisce come un albero piatto consenta di ottenere maggiori potenze e regimi più alti. Per contro, il funzionamento di un albero piatto è molto più ruvido, a causa di una peggiore condizioni di bilanciamento delle masse, perché, detto in maniera molto semplice, due pistoni montati sullo stesso perno di manovella si muovono nella stessa direzione causando uno scompenso maggiore nella distribuzione delle forze e dei momenti. 

Anche il sound è completamente differente, perché il motore con albero piatto produce una sequenza di accensioni come se fossero due quattro cilindri che urlano insieme, mentre il suono rauco e a bassa frequenza creato da un albero motore con manovelle a 90° è dovuto all'irregolarità delle fasi di accensione che non passano regolarmente da una bancata all'altra. 

I motori americani, salvo casi rari, utilizzano alberi motore tradizionali, da cui ne deriva il classico sound a bassa frequenza tipico delle muscle car. Ford, di recente, ha invece adottato l'albero piatto per il motore 5,2 litri V-8 destinato alla Ford Mustang Shelby GT350, una scelta in controtendenza rispetto a ciò che ha sempre fatto. Si tratta però di una caso abbastanza raro per un costruttore americano e quindi anche per Ford. Alberi piatti, invece, vengono usati molto più frequentemente dai costruttori di vetture sportive in ambito europee come, per esempio, alla Ferrari, dove questa soluzione è parecchio apprezzata. E anche in questo caso, il sound di una Ferrari è facilmente riconoscibile.

Riassumendo possiamo schematizzare i concetti espressi nei due punti seguenti:

• albero motore con perni di manovella a 90° (cross-plane): maggior rotondità di funzionamento dovuta alla regolarità delle fasi di accensioni che si susseguono ogni 90° e non ogni 180°, suono rauco dovuto all'irregolarità del passaggio da una bancata all'altra, maggior coppia generata, peso dell'albero motore superiore, possibilità di ruotare a regimi più bassi,
• albero motore con perni di manovella a 180° (flat-plane): suono acuto dovuto alla regolarità nel passaggio da un accensione all'altra che vede costantemente agire prima una bancata e poi l'altra, albero motore più leggero, layout meno bilanciato perché i due pistoni legati ad uno stesso perno di manovella viaggiano nello stesso verso e lungo la medesima direzione, possibilità di raggiungere regimi più elevati, azione di scavenging più efficace.

Archivio immagini: Ford, General Motors