Aerodinamica da F1, Bi-fuel con Etanolo E85 (+300CV) e 1400 kg: Koenigsegg Jesko

Koenigsegg in occasione della 89esima edizione del Salone Internazionale dell’Auto di Ginevra ha presentato un esemplare davvero unico nel suo genere. La Jesko, il nome in onore del padre del fondatore dell’omonima casa costruttrice svedese Koenigsegg. L’intento dell’articolo è spiegare per quale motivo è così fenomenale questa vettura sotto ogni punto di vista (ingegneristico) e infine concentrare l’attenzione sul motore particolare di cui dispone. La vera chicca è il cambio: clicca qui.

Quali sono i suoi record aerodinamici?

La Jesko è nata come la degna sostituta della Agera, tuttavia l’ottimizzazione aerodinamica è impressionante. Partiamo con l’anteriore: l’ala anteriore garantisce una perfetta gestione dei flussi. Si fa in modo da rienergizzare la vena fluida in prossimità del sottoscocca garantendo una perfetta interazione col suolo che garantisce ancora più downforce dei precedenti modelli. La spiegazione è contenuta in questo articolo: clicca qui. Molto brevemente, i vortici di venturi nel sottoscocca si stirano (allungano) sempre più aumentando il contenuto cinetico e abbassando ulteriormente la curva di pressione (rispetto al soprascocca). Il risultato è una forza che tiene incollato al suolo l’intera vettura, la quale lavora molto bene con il diffusore.

S-duct?

Non basta, abbiamo una tecnologia di derivazione F1 (adottata in precedenza da Ferrari in Ferrari 488): l’S-duct frontale (notate la voragine sul cofano motore). La funzione è di energizzare le linee di corrente provenienti dal sottocofano in modo da smaltire al meglio una regione di strato limite troppo grossolana e ridurre l’alta pressione che potrebbe esserci in prossimità del sottocofano stesso.

L’aria trovando un ostacolo diminuisce il proprio contenuto energetico cinetico per aumentare il contenuto di pressione che aumentano complessivamente il coefficiente di pressione sul frontale (Cp,f), e ancora il coefficiente di resistenza CD.

CD=Cp,f – Cp,w

Complessivamente in modo semplificato, il coefficiente di resistenza può esser visto come uno sbilanciamento del campo di pressione tra anteriore (front) e posteriore, in scia (wake, in italiano vuol dire scia).

Inoltre l’aria guida al meglio le linee di corrente provenienti dal sopra cofano, svolge la stessa funzione degli slat e slot nelle ali portanti dei velivoli, in sostanza.

Angoli di boat tailing di curvatura cofano ottimali, inclinazione parabrezza rispetto a verticale di circa 62°, anch’esso ottimale. Montanti anteriori molto piccoli e ben integrati nella spaziosissima superficie vetrata a basso spessore di cui è dotata la Jesko. Ridurre queste dimensioni rende l’auto meno incline alla separazione in prossimità dell’anteriore (unico suo vero obiettivo in aerodinamica).

Posteriore:

 

Il diffusore è la parte fondamentale dell’intera struttura a realizzare downforce ed è stato molto ottimizzato. In esso si riprende molto la mentalità delle monoposto di F1: paratie laterali che consentono di rienergizzare il flusso rendendolo meno incline alla separazione (condizione di stallo molto gravosa nel diffusore). Inoltre, consente un parziale recupero della pressione, dovendo le linee di corrente a bassa pressione essere scaricate in un ambiente a pressione maggiore (atmosfera p=1 bar circa). Il tutto grazie ad un angolo di diffusione (angolo tra diffusore e orizzontale) di circa 13° e la tecnica automobilistica ci dice essere l’ottimo.

Il diffusore e l’intera ala posteriore che realizza anch’essa downforce, è in grado di contenere la regione di base (vale a dire la regione che definisce la scia rilasciata dal veicolo), l’indice è ottimale per quanto riguarda la resistenza espressa dal veicolo.

Ala posteriore:

L’ala posteriore lavora con un elemento smorzante a gas, per garantire in ogni condizione l’efficienza aerodinamica di progetto. Il tutto in collaborazione con Öhlins, leader in tal campo.

L’ala ha duplice effetto, sono due ali accostate tra loro. La soprastante non solo riesce a separare le linee di corrente in comportamento portante neutrale, ma è in grado di definire anche il refresh boundary layer per l’ala sottostante. Vale a dire, ne riduce il pericolo che l’ala nella sua regione di bassa pressione (suction side) possa avere le condizioni necessarie per la separazione, compromettendo la resistenza del veicolo. Complessivamente viene generata:

• downforce;
• comportamento portante neutrale: Con il telaio orizzontale che sostiene l’intera ala, si direziona al meglio il flusso su tutta l’ala posteriore e l’ala soprastante porta le linee di corrente a separare in direzione orizzontale. Tutto ciò in modo da evitare che il la reazione dovuta al campo di pressione, su tale superficie, definisca una forza con proiezione verticale (portanza) consistente. Al comportamento portante o deportante si associa sempre un aumento della resistenza indotta.

L’ala è dotata persino di endplates per marginare e ridurre la consistenza dei vortici assiali controrotanti generati dalla necessità dell’aria di scavalcare l’ala e passare da una regione a pressione alta (intradosso d’ala) ad una regione a pressione bassa (estradosso). In figura un caso di ala PORTANTE (per aeromobili, non auto).

 

Non possiamo che riportare il dato mostruoso realizzato dagli ingegneri Koeniggsegg: circa 1000 kg di downforce a 275 km/h. Parliamo di hypercar che si avvicinano molto alle monoposto da competizione.

E il propulsore?

Il motore è impressionante. Il propulsore è montato centralmente e parliamo di un’evoluzione del vecchio V8 5L biturbo prodotto e sviluppato da Koenigsegg. Hanno brevettato un sistema bi-fuel per l’iniezione portando la p,max,injection a circa 20 bar: Incredibile.

Parliamo di un motore che eroga 1.298 CV e 1.000 Nm per [2700;6170] RPM di coppia se alimentato a benzina e di ben 1622 CV, 1500 Nm a 5100 RPM se alimentato con E85.

L’E85 è un particolare carburante, poco diffuso in Europa per motivi burocratici legislativi. E’ un bioetanolo, cioè ricavato dalla fermentazione delle biomasse, molto diffuso nell’America latina.  E’ formato al 15% da benzina e al 85% da etanolo. Le soluzioni al petrolio ci sono e il rendimento è promettente; anche la Svezia, in Europa, promette di investire parecchio sui biocombustibili fermentati. Per approfondire la tematica riguardante l’e-mobility VS motore endotermico: Clicca qui.

Perché questo incremento di potenza?

Più è elevato il calore latente di evaporazione del combustibile, più sarà il calore sottratto in camera a valvole aperte all’intero condotto di aspirazione e camera combustione. A chi lo sottraggo? All’aria in modo da abbassare la variazione di temperatura (aumento) che la carica fresca subisce percorrendo il condotto di aspirazione ed entrando nel cilindro. Se questa variazione di temperatura si abbassa per effetto dell’evaporazione, si riduce questo ΔT (°C) e aumenta il rendimento volumetrico e di conseguenza la portata di massa d’aria aspirabile. Inutile dire che se aumenta questa a parità di altri fattori, aumenta la potenza estraibile dall’albero motore. In più comprimere una miscela più fredda diminuisce il lavoro in fase di compressione (negativo, perché sottratto all’albero motore).

L’effetto è duplice, perché avendo meno tendenza all’evaporazione può essere usato in motori in cui all’aspirazione ho temperature più elevate (e quindi pressione) come nei sovralimentati.
Lo scambiatore di calore tra lato compressore e condotto aspirazione può essere quasi inutile, paradossalmente parlando, in quanto l’evaporazione toglie molto calore tale da raffreddare molto l’aria in ingresso.

In questo modo posso aumentare la pressione di sovralimentazione senza paura di superare il limite che porterebbe all’incombere della autoaccensione (nei benzina). In questo caso l’evaporazione regola molto il processo di ricambio della carica, della autoaccensione e permette di avere pressioni medie effettive nel cilindro maggiori e con essa potenza estraibile dall’albero.

L’etanolo ha un calore latente di evaporazione maggiore e di conseguenza rende meglio rispetto alla semplice benzina. Ecco perché questo incremento di quasi 300 CV.

Last but not least: BMEP (brake mean effective pressure) cioè la pressione media effettiva a circa 36,8 bar e velocità media del pistone a ben 24,8 m/s. Parliamo di valori molto spinti.

Assetto:

Non basta l’aerodinamica, fondamentale per una hypercar, e il motore brillante: entra in gioco il peso. Parliamo di 1420 kg a secco, un albero motore per V8 di soli 12,5 kg, eletto l’albero motore più leggero V8.

Inoltre è stato tutto alleggerito con la fibra di carbonio, specialmente i cerchi da 20 e 21 pollici (rispettivamente anteriore e posteriore). Parliamo di una vettura molto alleggerita a livello di telaio: intero monoscocca in fibra di carbonio. Asse posteriore sterzante, per avere maggior controllo nell’inserimento in curva.

La trasmissione è con differenziale autobloccante e interagisce con quella che può definirsi la vera chicca di casa koeniggsegg: Il cambio di velocità.