Motori HEMI®

di Filippo Miotto, pubblicato il 28 novembre 2021.

Muscle Car

Tra le leggende dell’automobilismo annoveriamo sempre specifici modelli di autoveicoli o Case Automobilistiche intere. In altri casi, però, ci appassioniamo a intere categorie che ci fanno emozionare. Una di queste categorie, forse la più controversa, è l’incarnazione di un mito soprattutto americano che, nato ormai negli anni ’50 del secolo scorso, è entrato nell’immaginario di molti giovani sia di allora sia di oggi: le Muscle Car. Le maggiori case automobilistiche degli Stati Uniti si sono date battaglia in questo settore, proponendo veicoli i cui nomi riecheggiano ancora oggi e che, in alcuni casi ritroviamo ancora nei loro listini.

Se vi cito nomi come Mustang, Camaro, Challenger, non serve nemmeno che vi ricordi la Casa Automobilistica produttrice. Queste, come altre automobili, sono caratterizzate da motori di cilindrata elevata che, nelle versioni più performanti, superano i 5.0 litri, da potenze e coppie generose e, soprattutto, da architetture a V a 8 cilindri.

Le Muscle Car, come possiamo vedere dalle foto precedenti, sono essenzialmente dei coupè a 4 posti caratterizzate da linee che, nel loro complesso, non sono nemmeno esagerate. Le fiancate sono piuttosto pulite e sono presenti poche appendici aerodinamiche o, almeno, non presentano tutti quei baffi, spoiler, alettoni, etc. che caratterizzano le supersportive a due posti. Che cosa allora le contraddistinguono? Innanzitutto le dimensioni generose, sia in lunghezza sia in larghezza. A seguire si nota il cofano che risulta essere piuttosto lungo e dotato di feritoie e prese d’aria. In più, anche se le linee sono pulite, l’aspetto generale è comunque di un’auto “palestrata”, con rigonfiamenti diffusi più o meno ovunque, che poggia su pneumatici anch’essi palestrati. Abbiamo trovato le Muscle Car!

In questo articolo, in particolare, però, mi concentrerò su una tipologia di motore ben precisa che, applicato in capo automobilistico ormai da 70 anni, è conosciuto come motore HEMI® o “hemispherical engine“. Si tratta di un motore V8 caratterizzato da cilindrate molto elevate, superiore a 5 litri, associato normalmente alle versioni sportive dei modelli di alcune case automobilistiche. Questi motori, garanzia ormai di affidabilità e di prestazioni elevate, attualmente sono il vanto della Casa Automobilistica DODGE che li propone con fierezza.


I riferimenti tecnici utilizzati

Innanzitutto preciso che quanto riporto nel seguito fa riferimento in modo molto particolare ai motori HEMI® installati attualmente, o in tempi recenti, sui modelli Dodge. La scelta non è dovuta a preferenze specifiche verso questo marchio, ma semplicemente è stata dettata dal fatto che, eseguendo le ricerche tramite internet, ho trovato la documentazione tecnica più completa proprio in riferimento ai propulsori più recenti di questa casa che, nel 2021, è l’unica a montare queste unità. L’unica eccezione è rappresentata dalla Jeep Grand Cherokee Trackhawk, che è comunque anche lei del gruppo Stellantis.

I motori attuali rappresentano la III generazione di Hemi®. Introdotti nel 2003 sono rimasti praticamente quasi invariati fino ad ora. La cilindrata è stata varie volte ritoccata fino a giungere ai 6.2 litri delle unità destinate ai modelli identificati come Hellcat.

La ricerca che ho condotto è partita da documentazione più generale disponibile anche in lingua italiana. Utilizzando la base dati fornita da loro ho iniziato a cercare, con riferimenti sempre più mirati, la documentazione tecnica e storica sui siti americani ufficiali di Dodge e di altri suoi fornitori e preparatori. Ho preso il tutto, l’ho risistemato, e ve lo ripropongo nel seguito.

Ecco per iniziare i link alla documentazione trattata (le foto che riporto hanno la stessa origine):


Architettura del motore HEMI®

Il motore HEMI® deriva il suo nome dall’abbreviazione di “Hemispherical Combustion Chamber” ed è facilmente identificabile grazie alla camera di combustione che assume, nella parte superiore, una particolare forma di semisfera in cui vengono alloggiate due sole valvole, naturalmente una di carico e l’altra di scarico, con, al centro, la candela di accensione. Nei motori più recenti la forma semisferica è stata un po’ “schiacciata”, ma poco cambia.

Perché è stata scelta questa particolare forma della camera di combustione? La risposta sembra banale, ma venne scelta proprio perché è una camera di combustione… Cerco di spiegarmi meglio.

Intanto godedevi i due esplosi di motori HEMI® che vi propongo. Magnifici!

Nella camera di combustione, come sappiamo, avviene la compressione della miscela aria-benzina e, grazie all’innesco dato dalla scintille della candela di accensione, questa brucia espandendosi e imprimendo alla testa del pistone una forza verso il basso. Questo movimento innesca tutti i successivi manovellismi e la rotazione dell’albero motore. La camera di combustione, quindi, verrebbe ottimizzata se si riducessero al minimo valore possibile le perdite di energia durante la fase di espansione e se la maggior parte della miscela presente bruci nelle tempistiche giuste, raggiungendo il massimo di spinta sulla testa del pistone (espansione della miscela in fase di scoppio) quando l’albero motore è nella giusta angolazione per avere la massima coppia.

Un modo molto semplice per ottenere ciò è darle una forma tale per cui il volume racchiuso, a parità di superficie esterna, sia il minore possibile. La soluzione viene fornita dalla geometria: la testa del cilindro deve essere il più vicino possibile, come forma, a quella di una sfera o, meglio di una semisfera. Con questa geometria della testa del cilindro, il rapporto tra volume della camera di combustione e superficie esterna viene così ottimizzato e la forma a semisfera che contiene la miscela, favorisce la combustione interna in modo omogeneo e rapido. La potenza e la coppia così ottenuta aumentano vigorosamente, permettendo al motore così proposto, con gli opportuni accorgimenti, di raggiungere facilmente potenze che, ad oggi, sono superiori anche a 700 CV.

Rimanendo nell’ambito della testa del cilindro, questa soluzione comporta, però, di vincolare l’alloggiamento delle valvole di carico e scarico del cilindro. Innanzitutto la particolare forma della testa del cilindro permette l’inserimento solo di due valvole in posizione una opposta all’altra (ragionando sulla forma semisferica), rendendo molto difficoltosa, fino al punto da sconsigliarla, l’adozione della tecnologia plurivalvole. Le valvole, di grandi dimensioni, determinano però dei flussi in ingresso (della miscela) e in uscita (dei gas di scarico) importanti e molto rapidi, favorendo il carico e scarico del cilindro. La disposizione delle valvole genera spontaneamente un flusso incrociato (cross flow) che favorisce la distribuzione corretta della miscela nel cilindro.

I vantaggi indicati precedentemente sono ottenibili, però, prevedendo due candele per cilindro, poste sull’asse centrale e opposte tra loro (figura precedente). La dimensione generosa della testa del cilindro, infatti, pur avendo una forma ottimale per “far bruciare” la miscela, richiede un doppio punto di accensione, in modo da garantire che, nei tempi rapidi di movimento del pistone, si riesca a bruciare effettivamente tutto riducendo l’incombusto.

Quindi, ricapitolando sulla questione valvole, il motore HEMI® permette l’inserimento di solo due grandi valvole, favorendo lo scarico e carico del pistone, ma limitando le possibilità di gestione del carico e scarico offerta invece dai sistemi plurivalvole. In definitiva i motori HEMI® sono più performanti in termini di potenza e coppia pura, ma meno gestibili, portando alla fine ad avere consumi maggiori di carburante a parità di prestazioni ottenute.

La particolare forma della camera di combustione e la posizione delle valvole, di dimensioni generose, comporta che nelle fasi di movimentazione possano “interferire” con il pistone. Sono state così proposte due soluzioni che poi sono state in parte fatte confluire in una sola. La prima soluzione comporta di incidere il pistone in modo da garantire il movimento delle valvole. La seconda soluzione richiede di conformare la testa del pistone con una parte orizzontale centrale e due parti inclinate laterali vicino alle valvole. La terza soluzione è una soluzione intermedia tra le due in cui si vede chiaramente la zona che potrebbe interferire con le valvole. Dalla prima alla terza opzione aumenta inoltre il rapporto di compressione, con possibile aumento ulteriore della potenza.

La terza soluzione presentata comporta di avere la parte superiore del cilindro che, in una sezione trasversale passante per l’asse delle valvole, assomiglia ad un pentagono. Questa particolare forma ha portato, secondo me erroneamente, a identificare anche i motori HEMI® come motori Pentastar. Questi ultimi, pur nascendo dagli HEMI®, hanno una forma della camera di combustione diversa. I motori Pentastar nascono, infatti, come evoluzione, anche se sarebbe meglio chiamarlo spin-off, dei motori HEMI®. Regolarizzando la forma della testa del cilindro si è passati dalla forma semisferica o similare a una costituita da due piani inclinati. In tale configurazione è possibile così alloggiare 4 valvole per cilindro.

Restando sulle caratteristiche del nostro motore, il vantaggio di velocizzare la fase di combustione comporta una non perfetta combustione della miscela stessa. La soluzione della doppia candela ha migliorato nettamente questo svantaggio, ma permane il fatto che una combustione e espansione troppo rapida generano una quantità di gas inquinanti troppo elevata che, le attuali normative in materia ambientale, non accettano di buon grado. Oltre ai consumi più elevati, a parità di potenza e coppia sviluppata da altri motori, resta quindi anche il problema del rilascio degli inquinanti.

Riepilogando il tutto si giunge quindi alle seguenti conclusioni:

  • i motori HEMI® garantiscono potenze e coppie superiori, a parità di altre caratteristiche, rispetto ad altre architetture simili;
  • la presenza di due sole valvole molto grandi favorisce il riempimento e svuotamento dei cilindri, ma ne limita la possibilità di gestione rispetto ai plurivalvole;
  • il flusso della miscela nella camera di combustione favorisce il raggiungimento dell’espansione/spinta massima all’albero motore in modo ottimale, richiedendo però la doppia candela di innesco;
  • le teste dei cilindri devono essere conformate appositamente per permettere l’apertura delle valvole;
  • i motori, prodotti in serie e largamente diffusi ormai da quasi vent’anni, e parliamo solo della III generazione, ne garantiscono una affidabilità e robustezza elevata;
  • la tipologia di camera di combustione, però, si porta dietro l’inconveniente di consumi più elevati e di rilascio di inquinanti maggiori.

Non si deve trascurare, infine, che sono motori che si prestano molto bene ad essere elaborati per aumentare le prestazioni. Associati al giusto cambio, poi, è possibile facilmente arrivare a potenze superiori anche ai 1000 CV, sempre sperando che le modifiche non si limitino al motore e al cambio, ma che vengano fatti ragionamenti precisi e mirati per aumentare le prestazioni anche a livello di telaio.

Ultimissima nota. Esseno il motore HEMI® altamente performante, la Dodge lo installa su tutti i modelli di punta nella versione sportiva. Lo ritroviamo così sulla Challenger (il coupé), sulla Charger (la berlina 4 porte), sulla Durango (il SUV) e sulla RAM TRX (il pick up). Diverse sono le varianti disponibili. Si va dalle versioni SRT HellCat alla SRT HellCat RedEye, alla Demon e via cnora a cresce di potenza. Le ultime versioni? ormai sopra agli 840CV.

E ora? Finisco così il mio articolo? Non ci penso nemmeno! Manca un punto molto importante, perché il momento “tecnologia” deve chiudersi con l’applicazione…

Per ora vi lascio solo con qualche foto, mentre mi addentro nel lato oscuro e diabolico dei motori HEMI® che, a dire il vero, mi affascina moltissimo!

Buona visione.


Di Filippo Miotto. Pubblicato il 28 novembre 2021.

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo di WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

Connessione a %s...