Il motore a cinque cilindri in linea, o cinque cilindri in linea, rappresenta una soluzione ingegneristica interessante nel panorama dei motori a combustione interna, caratterizzato da cinque cilindri allineati in una fila che condividono un unico blocco motore e basamento. Questo tipo di propulsore ha una storia ricca di sviluppi e applicazioni, con il Gruppo Volkswagen che ha giocato un ruolo di primo piano, in particolare con il marchio Audi.
Origini e Sviluppo del Motore a Cinque Cilindri
Le radici del motore a cinque cilindri risalgono agli anni '30, quando ingegneri di diverse case automobilistiche iniziarono a esplorare architetture alternative ai diffusi motori a due e quattro cilindri dell'epoca. Henry Ford aveva sviluppato un motore a cinque cilindri in linea tra la fine degli anni '30 e l'inizio degli anni '40 per un design di auto economica compatta, ma questo progetto non vide mai la produzione a causa della scarsa domanda di auto di piccole dimensioni negli Stati Uniti. Allo stesso tempo, Lancia sviluppò un motore diesel a cinque cilindri alla fine degli anni '30 per i suoi autocarri della serie RO, in sostituzione dei precedenti motori diesel a due cilindri e a benzina a tre cilindri. Il modello successivo, il 3RO, fu ampiamente utilizzato dalle forze armate italiane e tedesche durante la seconda guerra mondiale.
Nonostante questi primi esperimenti, il motore a cinque cilindri in linea non fu impiegato su autovetture di produzione fino al 1974, quando Mercedes-Benz introdusse il motore diesel OM617. La prima versione a benzina a cinque cilindri in linea fu il 2.1 R5, introdotto dal Gruppo Volkswagen sull'Audi 100 verso la fine degli anni '70, i cui sviluppi furono fondamentali per l'iconica auto da rally Audi Quattro. Questi motori furono spesso adottati da marchi del mercato medio che desideravano estendere le proprie gamme a cilindrate più elevate senza ricorrere all'opzione a sei cilindri, che implicava maggiori costi e ingombri.
STORIA del mitico 5 CILINDRI AUDI !!!
Vantaggi e Caratteristiche Tecniche
Il principale vantaggio di un motore a cinque cilindri rispetto a un motore a quattro cilindri comparabile risiede nella frequenza e nella sovrapposizione delle corse di potenza. In un ciclo a quattro tempi, ogni cilindro spara una volta ogni 720 gradi, ovvero ogni due rotazioni dell'albero motore. Dividendo 720 gradi per il numero di cilindri, si può determinare la frequenza di ogni scoppio.
Per un motore a quattro cilindri, 720° ÷ 4 = 180°, il che significa una corsa di potenza ogni 180 gradi, ovvero due scoppi per giro dell'albero motore. Poiché una corsa di potenza non può durare più di 180 gradi di rotazione dell'albero motore, le corse di potenza di un motore a quattro cilindri sono sequenziali, senza sovrapposizioni. Nei motori a uno, due o tre cilindri, si verificano momenti in cui non si ha nessuno scoppio, come nel caso di un motore a tre cilindri dove una corsa di potenza si verifica ogni 240 gradi (720° ÷ 3 = 240°).
I motori a cinque cilindri, invece, ottengono una corsa di potenza ogni 144 gradi (720° ÷ 5 = 144°). Data la fasatura dell'albero a camme, ogni corsa di potenza dura circa 120 gradi (terminando con l'apertura della valvola di scarico), il che implica un brevissimo periodo di circa 24 gradi in cui l'albero motore non riceve coppia. La maggior parte dei motori a cinque cilindri (come l'Audi 2.5 e il VW 2.5 R5) presenta un ordine di accensione 1-2-4-5-3. L'accensione sequenziale dei cilindri (ad esempio 1-2-3-4-5) causerebbe un'oscillazione di coppia che tende a ruotare il motore in avanti e indietro attorno all'albero motore.
A causa di livelli di coppia non uniformi durante le corse di espansione, si verificano maggiori vibrazioni di secondo ordine. A velocità del motore più elevate, si manifesta una vibrazione irregolare di terzo ordine dall'albero motore ogni 144 gradi. Ogni cilindro aggiunto oltre il quinto aumenta la sovrapposizione degli scoppi e riduce le vibrazioni di ordine primario. Un sei cilindri in linea, ad esempio, ottiene uno scoppio ogni 120 gradi, eliminando generalmente la sovrapposizione dei colpi di potenza. Tuttavia, l'aumento della scorrevolezza di un motore a sei cilindri rispetto a un cinque cilindri non è così marcato come quello di un motore a cinque cilindri rispetto a un quattro cilindri. Un cinque cilindri in linea, inoltre, subisce una minore perdita di potenza per attrito rispetto a un sei cilindri.
I motori turbo a cinque cilindri sono stati impiegati in diverse applicazioni sportive e da corsa per il loro equilibrio nelle prestazioni. La Volvo S60 R, ad esempio, monta un motore turbo da 2,5 litri a cinque cilindri in linea che eroga 305 CV (224 kW) e 400 Nm di coppia su gran parte del suo regime di giri. Anche la Ford Focus RS Mk2 ad alte prestazioni utilizza lo stesso motore Volvo a 5 cilindri (sviluppato da Ford) con livelli di potenza molto simili, rendendola una delle auto di serie a trazione anteriore più potenti mai create.
Bilanciamento e Ordini di Accensione
Uno svantaggio del motore a cinque cilindri in linea rispetto a un sei cilindri in linea è che il primo non è intrinsecamente bilanciato. Qualsiasi modello a cinque cilindri in linea con accensione uniforme presenta momenti morti (vibrazioni) del primo e del secondo ordine, mentre un sei cilindri in linea non ha squilibri di primo o secondo ordine, eliminando la necessità di alberi di bilanciamento aggiuntivi.
L'adozione di motori a benzina a cinque cilindri in linea nelle auto di produzione di massa è diventata veramente praticabile solo con l'avvento dell'iniezione di carburante affidabile. I motori a cinque cilindri con sistema di alimentazione a carburatore presentavano problemi intrinseci dovuti alla variazione significativa della lunghezza del collettore di aspirazione tra i cilindri alle estremità del motore e quelli più vicini al carburatore, compromettendo un'erogazione di carburante affidabile e costante. L'uso di più carburatori (due o tre) risultava spesso in un carburatore che alimentava più cilindri rispetto all'altro, generando ulteriori problemi di funzionamento e messa a punto. L'iniezione multipoint aggira tutte queste difficoltà alimentando ogni cilindro individualmente.
Contrariamente al design standard dell'albero motore a sei cilindri in linea, che può essere configurato con quattro diversi ordini di accensione, un motore a quattro tempi a cinque cilindri in linea non può condividere le fasi del pistone tra i cilindri senza compromettere l'uniformità dell'accensione. Questo perché 720 gradi (4 corse del pistone) diviso per 5 è 144, che non è un divisore di 360, richiedendo quindi sempre cinque fasi distinte del perno dell'albero motore. Il calcolo del numero totale di ordini di accensione possibili si basa su semplici combinazioni, specificamente permutazioni circolari. Per un motore a cinque cilindri, ci sono 24 ordini di accensione unici. L'ordine 1-5-2-3-4, pur generando la massima coppia di rollio primaria, produce uno squilibrio secondario minimo ed è raramente impiegato nei cinque cilindri in linea. È interessante notare che una data configurazione dell'albero motore genera un ordine di accensione diverso per un'applicazione a due tempi rispetto a quello a quattro tempi. Ad esempio, un albero motore per un ordine di accensione 1-2-4-5-3 in un quattro tempi produrrebbe un ordine di accensione 1-5-2-3-4 come un due tempi.
Il motore a quattro tempi a cinque cilindri in linea, con i suoi 5 impulsi di accensione per ogni due rotazioni dell'albero motore, genera un suono caratteristico che può essere rappresentato dall'intervallo musicale 5/2. I suoni dei motori, essendo periodici, occupano uno spettro di frequenze che possono essere rappresentate come multipli ascendenti in una serie di Fourier.
L'Innovazione Volkswagen-Audi nel Cinque Cilindri
Come accennato, il Gruppo Volkswagen, in particolare con il marchio Audi, ha avuto un ruolo cruciale nella diffusione dei motori a cinque cilindri a benzina. Audi ha presentato il primo motore a benzina a cinque cilindri di produzione, un SOHC da 2.1 litri, nell'Audi 100 del 1976. Nel 1981, l'Audi 100 divenne disponibile anche con la più piccola variante da 1,9 litri. Audi ha utilizzato motori a cinque cilindri in linea da 2,2 litri in molte delle sue auto tra il 1976 e l'inizio degli anni '90, inclusi modelli iconici come l'Audi Sport Quattro con 310 CV e l'Audi RS2 Avant con 320 CV. Un motore a cinque cilindri Audi è stato impiegato anche nella concept car Italdesign Aztec.
L'eredità del VR5 Volkswagen
L'unico motore automobilistico V5 a raggiungere la produzione è stato il motore "VR5" da 2,3 litri prodotto dalla Volkswagen dal 1997 al 2006. Basato sul motore VR6 di Volkswagen, il VR5 era un motore ad angolo stretto con cilindri sfalsati (tre cilindri su una bancata e due sull'altra) che condividevano una singola testata. Come per il motore VR6, l'angolo tra le bancate era di 15 gradi. Questa configurazione unica ha permesso a Volkswagen di offrire un motore a cinque cilindri con un ingombro compatto, combinando alcuni dei vantaggi dei motori in linea e a V.
I Motori a Cinque Cilindri Diesel Volkswagen
Anche nel campo dei diesel, Volkswagen ha avuto le sue incursioni nei cinque cilindri. Un esempio significativo è il motore BPC, un 2.5 TDI da 174 CV (128 kW) e 2461 cc di cilindrata, utilizzato in diversi modelli Volkswagen come il California T5, il Multivan V e il Transporter V T5. Questo motore diesel a cinque cilindri, con 10 valvole, 6 cuscinetti e un rapporto di compressione di 18, è sovralimentato con un turbocompressore e intercooler e impiega un sistema di iniezione diretta. La gestione del motore avviene tramite ingranaggi a denti dritti, e si tratta di un motore di tipo SOHC/OHC in linea. La sua robustezza e durabilità lo hanno reso una scelta popolare per veicoli commerciali e furgoni, dove l'affidabilità e la coppia sono fondamentali.
I motori BPC usati, ricondizionati o rigenerati sono ancora disponibili sul mercato, con diverse opzioni per i clienti. Un motore usato nudo testato, senza componenti aggiuntivi, include il monoblocco, la testata con albero a camme e valvole, e la coppa dell'olio e il coperchio valvole come protezione per il trasporto. Questi motori vengono sottoposti a rigorosi controlli come il leakdown test, l'ispezione dei cilindri con telecamera endoscopica e la verifica visiva dell'albero motore e a camme. I motori usati completi BPC includono anche componenti aggiuntivi non testati come motorino di avviamento, iniettori, impianto di iniezione, turbocompressore e bobine di accensione, forniti gratuitamente e senza garanzia.
Per chi cerca soluzioni con prestazioni pari al nuovo, esistono motori usati ricondizionati nudi, completamente rigenerati a 0 km. Questi motori presentano monoblocchi e testate completamente revisionate, con componenti nuovi come valvole, paraoli valvole, fasce elastiche, bronzine di banco e di biella, pompa dell'olio e catena/cinghia di distribuzione interna. Vengono eseguite lavorazioni precise su albero a camme, albero motore, testata e blocco, e i pistoni vengono controllati e sottoposti a test UV. Inoltre, è disponibile il servizio di ricondizionamento del motore guasto del cliente, che prevede il ritiro del motore, la revisione professionale a 0 km con ricambi di alta qualità e la riconsegna del motore revisionato in circa 10-12 giorni lavorativi.
Applicazioni Recenti e Futuro del Cinque Cilindri
Oltre ai modelli storici, il motore a cinque cilindri continua a vivere nel Gruppo Volkswagen. Recenti indiscrezioni suggeriscono che Volkswagen sta preparando una versione speciale della Golf R, destinata a essere la Golf più potente di sempre. Questa edizione sarà equipaggiata con un motore turbo a benzina a cinque cilindri da 2,5 litri, lo stesso utilizzato nell'Audi RS3. Ci si aspetta che questo propulsore eroghi fino a 400 CV e 550 Nm di coppia, avvicinandosi alle prestazioni dell'RS3, che accelera da 0 a 100 km/h in soli 3,8 secondi. Per accogliere il nuovo motore, saranno necessarie modifiche alle sospensioni per supportare la massa aggiuntiva.
Per garantire che il motore a cinque cilindri rispetti le normative Euro 7, Audi ha in programma di aggiornare l'hardware del propulsore. Tra le modifiche previste ci saranno un nuovo filtro antiparticolato, sensori di NOx più sensibili e una mappatura dell'iniezione ricalibrata. Questi interventi non solo miglioreranno l'efficienza del motore, ma contribuiranno anche a mantenere la Golf R competitiva e sostenibile in un mercato automobilistico in rapida evoluzione.
Altre Case Automobilistiche e il Cinque Cilindri
Anche altre case automobilistiche hanno esplorato e adottato il motore a cinque cilindri. Volvo, ad esempio, ha introdotto la sua Volvo 850 nel 1991 e, da allora, gran parte della sua gamma è passata al proprio motore modulare a cinque cilindri. Questi motori sono stati utilizzati anche nei modelli Ford Focus ST e RS, evidenziando la loro versatilità e affidabilità. Volvo ha anche progettato il proprio motore D5, un diesel disponibile nella maggior parte della sua linea di veicoli dal 2001, anche se nel 2015 è stato gradualmente abbandonato a favore di motori a quattro cilindri più piccoli.
Fiat, all'inizio degli anni Duemila, disponeva di motori a cinque cilindri sia a benzina (celebre quello della Fiat Coupé e della Lancia K) sia diesel, come il 2.4 Multijet turbocompresso. La Jeep Grand Cherokee era disponibile in Europa con un motore a cinque cilindri in linea diesel. Dal 2006, Ford ha prodotto un motore turbo a cinque cilindri da 3,2 litri con il nome Duratorq per veicoli come il Ford Transit, il Ford Ranger e il Mazda BT-50.
Il motore a cinque cilindri in linea più piccolo mai impiegato è stato quello della motocicletta da competizione Honda RC148 da 125 cm³ del 1965 e della Honda RC149, che ha gareggiato nel 1966. La Honda RC211V, una motocicletta da corsa della MotoGP che ha gareggiato nelle stagioni 2002-2006, utilizzava un motore V5 da 960 cm³ montato trasversalmente, con tre cilindri nella parte anteriore, due cilindri nella parte posteriore e un angolo a V di 75,5 gradi.
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