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    Exhaust

    “Optimizing” dell’impianto di scarico: Valvola parzializzatrice & Geometria Variabile

    Partiamo col definire l’impianto di scarico come quel sistema costitutivo dei motori termici e finalizzato all’espulsione dei gas di scarico e filtrazione delle sostanze nocive.

    Le componenti principali sono:

    • Collettore di scarico (non sempre presente come nei motori monocilindrici);
    • Silenziatore;
    • Convertitore catalitico o catalizzatore;
    • Espansione (solo nei motori a due tempi);
    • Tubo di scarico solo per motori a quattro tempi o che in generale adottano scarico a espansione. Sono generalmente caratterizzati da compensatori (collegamenti tra i vari tubi di scarico) e giunzioni (collegamento ramificato convergente ad un minor numero di tubi o ad uno singolo);
    • Filtro attivo antiparticolato (solo alcuni motori Diesel);
    • Impianto di sovralimentazione che sfrutta i gas presenti nello scarico per sovralimentare il motore, come abbiamo spiegato approfonditamente in un nostro precedente articolo.

     

    catalizzatori e filtro antiparticolato
    Ammirati.org

    In generale..

    Un sistema di scarico è progettato con cura dai migliori tecnici e ingegneri, in quanto la sua funzione è fondamentale e delicata: Trasportare e scaricare sostanze tossiche e nocive lontane dal guidatore.
    Spontaneo giunge quindi domandarsi: E’ solo questa la sua funzione?
    Assolutamente NO!

    Come sicuramente ricorderete lo scandalo DieselGate che ha coinvolto i marchi automobilistici più importanti al mondo, come: VolkswagenAudi, Seat, Skoda, Opel e anche Renault.
    Il gruppo tedesco responsabile dello scandalo è stato Volkswagen e ha coinvolto tutti i marchi che quest’ultimo gestisce (alcuni precedentemente citati). Lo scandalo riguarda le irregolarità nella gestione del sistema anti-inquinamento di alcune vetture con motore a gasolio (Diesel).
    Il sistema di scarico deve quindi fungere anche da filtro delle sostanze nocive, per consentire un pieno rispetto delle normative anti-inquinamento e dell’ambiente in cui viviamo.

    exhaust
    Sostanze nocive, youtube.com

    I materiali adottati e le curve nei condotti di scarico richiamano all’attenzione dei progettisti (ingegneri meccanici e scienziati dei materiali) problemi legati alla fluidodinamica, gas-dinamica e tecnologia meccanica e dei materiali. Sono fondamentali la resistenza termica e meccanica dei materiali utilizzati, nonché le unità elettroniche (sonde, sensori, attuatori) che garantiscono il corretto funzionamento filtrante.

    Passando all’Optimizing..

    I sistemi di ottimizzazione dell’impianto di scarico possono essere due: Valvola parzializzatrice o scarico a geometria variabile (in stile Jet) progettato in casa Ducati MotoGP.

    Valvola parzializzatrice:

    La valvola parzializzatrice nacque tra la fine dei anni ’70 e inizio anni ’80 nel mondo MotoGP, diffondendosi successivamente sulle moto di serie nella metà degli anni ’80, come: Suzuki RG GammaSuzuki RGV e Yamaha RD 500.
    Principalmente tale valvola assicurava al propulsore maggior prontezza nell’accelerazione e coppia sin dai bassi ai medio-bassi regimi. La tecnologia nacque essenzialmente per i motori 2 tempi, ma ad oggi è diffusa anche sui 4 tempi e in MotoGP.

    Yamaha_rd_500
    motoetuttoilresto.blogspot.it

    Il principio fisico alla base riguarda una differenziazione tra la forza dell’onda di contropressione dello scarico risuonante e la luce (valvola) di scarico del propulsore stesso, in funzione delle varie condizioni d’uso. Il loro corretto funzionamento garantisce quanto detto prima, nonché un miglior utilizzo dell’onda di risonanza dei gas stessi.

    Tipi di valvole adottate:

    • Valvola parzializzatrice: la quale parzializza appunto i gas, modificando la sezione di passaggio nel condotto di scarico. Viene alterata così la fasatura di scarico;
    • Valvola di contropressione (Risuonatori): funzionano mediante risonanza dei gas di scarico, da qui il nome. A differenza della valvola parzializzatrice non varia la sezione di passaggio del gas, bensì la sua intensità. Mediante restringimento del condotto, varia la dinamica del gas; seguendo il principio di conservazione della portata massica di un fluido (o gas);
    • Sistemi di valvola mista: Utilizzano entrambe le tecnologie sopra citate.

    Meccanica della valvola:

    • A Saracinesca: Semplici, economiche e facili da fasare. Le posizioni adottate sono solo due, ossia aperta o chiusa. Tipica nella mitica Aprilia RS 250 con doppia valvola capace di ottimizzare la fasatura di scarico;
    • Cilindrica: Costose e complesse. Possono avere due posizioni fisse e garantite dalla rotazione del cilindro;
    • Con Flap: Questa valvola ha il suo centro di rotazione nell’estremità più distante dalla luce di scarico del propulsore. Parzializza il condotto di scarico e di conseguenza i gas, tramite la rotazione della valvola.
    Valvola a saracinesca, Wikipedia.org

    Metodi d’azionamento:

    • Meccanico: Mediante un interruttore centrifugo che ruota in modo sinusoidale al motore e in collegamento rigido con la valvola mediante ingranaggi. La fasatura nell’apertura può essere modificata mediante variazione della forza di richiamo della molla (o del peso delle sfere) che caratterizza l’interruttore centrifugo.
    • Pneumatico: Sfrutta la pressione dei gas di scarico per azionare l’apertura della valvola. All’aumentare della potenza, aumenterà anche l’energia (cinetica e di pressione) dei gas, tendendo alla completa apertura della valvola. Il sistema venne utilizzato principalmente dalla Rotax, sotto il nome RAVE (Rotax Automatically Variable Exaust). Gli appassionati di elaborazione non potranno dimenticarsela. Non viene più utilizzato attualmente per la facilità con cui il sistema accumulava residui e rallentava la fasatura.
    • Elettronico: L’apertura della valvola è gestita mediante impulsi elettrici forniti dalla centralina e dall’attuatore elettro-magnetico che mediante essi muove la valvola.

      Valvola RAVE,xoomer.virgilio.it

     

    Sistemi d’apertura:

    Nell’immagine si nota la dinamica dei gas in funzione dell’apertura della valvola parzializzatrice. Gli effetti di risonanza sono evidenti nell’immagine a destra.

    Oppure..

    valvola
    grafica-corby.com

    L’idea è semplice: un perno sfalsato rispetto al centro, una cerniera che permette la rotazione della valvola; andando a bloccare una delle due uscite dei gas o parzializzandole nei due condotti aumentandone velocità e diminuendo i picchi di calore. Sarà efficiente o no?

    Incrementare il “sound?

    Alcuni lettori ci hanno chiesto un parere su un tipo di valvola Electric cut-off o meglio valvole legate alla modifica del sound dello scarico. Il fine? Far apparire la propria vettura ruggente e potente come una Ferrari.
    Il principio è lo stesso basti paragonare lo scarico all’americana sotto portiera con uno classico lungo: Il primo è corto e di grosso diametro favorendo i giri massimi raggiungibili e di conseguenza l’accelerazione. Il sound diventa chiaramente nervoso e ruggente. Il difetto di questo scarico è l’essere molto “libero“, ciò significa poca contropressione alla valvola di scarco e quindi perdita in termini di rendimento e potenza massima del motore termico. Lo scarico classico e lungo sfavorisce la potenza per incrementare l’efficienza.

    La valvola funziona allo stesso modo: aprendosi i gas hanno la possibilità di fuoriuscire senza seguire il percorso classico, aumentando il rumore prodotto. Dipende tutto da che tipo di valvola viene utilizzata.

    Anche Ducati..?

    Ducati monta una valvola di scarico prodotta da Akrapovic, uno dei marchi più prestigiosi legati alla produzione di impianti di scarico. La GP17, come la GP16, monterà questo sistema e verrà gestito in modo elettronico mediante due cavetti posti sotto la cover.

    ducati gp17
    theracemode.com

    Anche le moto di serie come la Panigale R e auto sportive commerciali sono dotate di tale sistema, l’azionamento è di tipo Bluetooth. Senza alcun cavo può essere gestita l’apertura e la chiusura della valvola. Il sistema è gestito mediante le diverse mappature della centralina.

    La valvola di scarico è posta a valle del sistema per far sì che i gas una volta fuoriusciti non influenzino la pressione all’interno dell’impianto, generando contropressioni e onde d’urto sfavorevoli.

    Scarico a geometria variabile (in stile Jet): 

    Ducati sta studiando una soluzione molto intelligente per ovviare al divieto delle winglets nell’aggiornamento 2017 del regolamento sportivo della MotoGP.
    Chiaramente Ducati sta cercando di mantere segreta questa novità, ma in più ipotizzano la soluzione dello scarico a geometria variabile che funziona alla stessa maniera di un motore TurboJet (Propulsori aeronautici a turbogetto o reazione).
    Ecco una foto ufficiale:

    Ducati variable exhaust
    tuttomotoriweb.com

    Le valvole regolano la dimensione del foro sull’estremità dello scarico, aumentando o diminuendo il diametro. Per il principio di conservazione della portata massica, sappiamo che la portata di gas prodotto è costante. Ad una diminuzione della sezione d’uscita corrisponderà un aumento della velocità dei gas e per il principio di azione e reazione con l’aria circostante, verrà generata più spinta nel mezzo.

    Ducati ha pensato a questa soluzione per aggiungere spinta e mantenere la ruota anteriore a terra durante la brusca fase di accelerazione. Da ricordare che la Ducati tra tutti i team in gara è quella che consta di una maggior accelerazione e sviluppo di potenza, la quale se non è ben gestita porta a veri e propri fallimenti in gara.

    Ducati variable exhaust
    tuttomotoriweb.com

    Questo sistema di scarico danneggerebbe pesantemente la moto se il foro d’uscita rimanesse piccolo per tutta la gara. Ducati ha pensato ad un sistema appunto variabile nel tempo a seconda dell’utilizzo.
    Il sistema è gestito elettronicamente mediante una sofisticata centralina che evita gli sprechi di carburante.

     

    triflux

    Sovralimentazione: Triflux e considerazioni generali

     

    Siamo giunti alla terza ed ultima parte dell’approfondimento targato Vehicle Close-up Engineering sulla sovralimentazione.
    • Prima parte: ==> https://vehicle.closeupengineering.it/sovralimentazione-categorie-e-differenze/10008/

    • Seconda parte: ==> https://vehicle.closeupengineering.it/sovralimentazione-meccanica-dinamica/10055/

    Oggi tratteremo il sistema Triflux e infine daremo una valutazione complessiva.

    triflux-ecv-05
    speedhunters.com

    L’italianissimo sistema di sovralimentazione Triflux è stato progettato dalla casa costruttrice Lancia in collaborazione con Abarth, al fine di equipaggiare (in modo vincente) le vetture da Rally: ECV ed ECV II.

    triflux
    autosupermarket.it

    • Facciamo un passo indietro di 35 anni

    Il sistema fu brevettato dall’Ing. Claudio Lombardi, responsabile del progetto, il quale ricavò una soluzione interessante per far sí che la Lancia dominasse nel Gruppo B del Campionato Mondiale di Rally. Tornando a quei anni, la concorrenza era davvero molta. Il gruppo francese Peugeot dominava con la Peugeot 205 Turbo 16 Evolution, ma non era la sola. Come dimenticare:

    • Lancia Delta S4;
    • Toyota Celica Turbo;
    • Renault 5 Turbo;
    • Audi Sport Quattro;
    • Ford RS200;
    • Austin Metro 6R4.
    Rally B group
    Rally B group, Rallyssimo.it

    La FIA (Fédération Internationale de l’Automobile) abolì il gruppo B nel 1986, dopo aver regalato continue emozioni al mondo intero per ben quattro stagioni. Il motivo? Troppi incidenti. La causa? Troppa potenza (circa 600 CV), masse ridotte (circa 900 kg) e una meccanica non sufficientemente avanzata per gestire al meglio le potenze erogate.

    Idea e sviluppo:

    Tornando a noi..
    L’idea dell’ingegner Lombardi fu semplice ma molto efficace. Decise di sostituire, al sistema di sovralimentazione mista (già noto sulla Lancia Delta S4), il compressore volumetrico con una seconda turbina.
    L’ingegnere si rese conto che l’adozione di un sistema a doppia turbina con stesso A/R fosse in grado di ridurre notevolmente l’inerzia di carico alla rotazione delle turbine stesse. Come abbiamo già detto in precedenza: minor inerzia implica minor ritardo nella risposta di sovralimentazione (TurboLag). Il sistema era in grado di garantire anche:

    • Maggior potenza ad alti regimi e carico elevato;
    • eliminazione completa della potenza meccanica dissipata dal collegamento meccanico compressore volumetrico-motore, mediante cinghia;
    • dimensioni modeste e contenute rispetto al compressore volumetrico.

    Se dovessimo classificarlo, il sistema risulterebbe appartenere alla categoria di sovralimentazione di tipo sequenziale.

    triflux
    Triflux, autosupermarket.it

    Caratteristiche:

    Il sistema di sovralimentazione è definito triflux e sta ad indicare il numero di flussi distinti presenti all’interno del sistema. Due flussi per i gas di scarico e uno per l’aria in aspirazione. Capiamo bene, quindi, che il sistema è composto da ben due collettori di scarico (da cui fluiscono i gas pronti ad entrare nella chiocciola) e uno di aspirazione (per l’aria fresca).
    Da qui il termine triflux che va ad indicare appunto i tre flussi nel propulsore: Due di scarico e uno d’aspirazione.

    Triflux
    autosupermarket.it

     

    Funzionamento:

    • Ai bassi regimi di lavoro, il sistema mediante un’apposita valvola di tipo wastegate convoglia tutti i gas di scarico ad un solo turbocompressore, così da aumentare la portata dei gas di scarico e vincere l’inerzia della girante della turbina, riducendo il TurboLag.
    • Dopo aver superato i 5000 rpm (giri/min) i gas di scarico vengono convogliati ad entrambi i turbocompressori, così da portare il sistema sovralimentato a lavorare in parallelo. 

    La potenza che si riusciva ad ottenere variava nel range che va da circa 600 CV fino a un massimo di 800 CV.

    triflux
    Schema Triflux, Autosupermarket.it

    I gas residui della combustione sono raccolti dai 2 collettori di scarico. L’energia cinetica e l’entalpia dei gas alimentano i due turbocompressori, andando ad aspirare, comprimere ed incanalare l’aria tramite 2 manicotti convergenti in un unico collettore d’aspirazione, collocato sulla testa del motore.

    Applicazioni:

    Il sistema in questione trova applicazione su propulsori 4 cilindri in linea da 1.759 cm³. La sovralimentazione è garantita da 2 turbocompressori KKK K-26 con stesso A/R posti rispettivamente a desta e sinistra del propulsore endotermico stesso.

    Lancia ECV
    Lancia ECV Inside, wallpaperup.com
    Lancia ECV fu la prima vettura equipaggiata con il sistema triflux. Analizziamo in breve questo pezzo di storia italiana:
    • Testata a 4 valvole per cilindro;
    • due alberi a cammesenza i controrotanti;
    • valvole di aspirazione e scarico non sono accoppiate ma incrociate; così da garantire un’omogeneitàtermica al propulsore, in quanto l’alternanza delle valvole garantisce l’inesistenza di un effettivolato caldo e un lato freddo del motore;
    • dilatazione termica dei materiali più uniforme;
    • maggiori pressioni di sovralimentazione;
    • elevata turbolenza della carica fresca durante la fase di immissione nei cilindri e di conseguenza una combustione più omogenea.

    Furono realizzati solo cinque propulsori dotati di questa tecnologia:

    • uno è montato sulla Lancia ECV2 esposta al Museo Lancia di Torino;
    • due furono acquistati dal pilota Luciano Tamburini e da lui installati sulle sue vetture, con cui partecipò con successo a gare di velocità;
    • gli ultimi due sono in possesso del pilota e preparatore Giuseppe Volta, il quale ne ha installato uno sulla sua ricostruzione della DELTA ECV1 Evo 87.
    Triflux Lancia ECV
    ecv1.com

     

    Valutazione complessiva sulla sovralimentazione:

    • La “sovralimentazione” nacque ben 2 secoli fa, quando c’era la necessità di alimentare ed areare con aria in pressione le gallerie delle miniere, al fine di vincere la pressione della profondità. Parliamo di circa 1000 metri e come sappiamo dalla fluidodinamica la pressione aumenta più diminuisce la quota (per il principio di Bernoulli). Successivamente, venne sfruttata l’idea dell’aria compressa negli utensili da lavoro in miniera, come martelli e trapani pneumatici. Erano di tipo volumetrico e azionati con acqua o vapore.

    La sovralimentazione raggiunse i motori, principalmente quelli funzionanti a ciclo Otto e Diesel. Gli stessi compressori vennero utilizzati anche sui motori aeronautici, navali e veicoli terrestri (auto e moto).
    • Sui motori robusti a Ciclo Otto è più comune la sovralimentazione di tipo meccanica volumetrica, per via della grossa portata di aria in grado di gestire e del tipo di accensione della miscela: Comandata.

    • Sui motori Diesel è sconsigliata la sovralimentazione per via volumetrica e si preferisce il sistema turbocompresso; non è un caso l’espressione identificativa frequentemente utilizzata oggi: TurboDiesel. La natura spontanea nell’accensione della carica fresca sui motori Diesel, fa si che il valore della pressione dell’aria debba essere costantemente tenuto sott’occhio; una pressione elevata comprometterebbe le fasi di funzionamento del ciclo, generando inefficienze.

    Vediamo quindi i pro e i contro dei due sistemi di sovralimentazione più comunemente utilizzati:

     Compressori volumetrici:

    Sicuramente un pregio di questi sistemi è la loro linearità nello sviluppo della potenza: la portata d’aria introdotta è proporzionale alla velocità di rotazione dell’albero di azionamento, quindi proporzionale alla rotazione del motore.
    Ciò che si ottiene?
    Assenza di TurboLag: potenza disponibile sin dai bassi giri. In effetti questi motori sono più entusiasmanti da guidare, per via della spinta erogata linearmente alla pressione del pedale del gas. Ad esempio la mitica Dodge Charger di Dominic Toretto di Fast and Furious era in grado, con molti effetti scenici, di impennarsi quasi. La potenza è mostruosa ed è appunto garantita sin da subito, senza dover vincere inerzie alla rotazione del sistema.

    Fast-and-Furious
    scrivenny-dennyb.blogspot.it

    Per il funzionamento richiede un collegamento meccanico rigido, ad esempio cinghia. E’ proprio questo il fattore limitante di questi sistemi.
    L’efficienza di questo sistema peggiora se azionata direttamente dal motore termico. Ecco perché vengono utilizzati rapporti demoltiplicatori di rotazione o collegamenti indipendenti con un motore elettrico.

    Come contro, rispetto al turbocompressore, ha:

    • Non riesce a garantire lo stesso rendimento termico del turbocompressore;
    • limiti fisici del sistema;
    • ingombro delle masse;
    • maggiori consumi;
    • minor efficienza in quanto non sfrutta i gas di scarico per generare lavoro utile (compressione dell’aria in aspirazione), bensì assorbe energia dal motore stesso; in quanto una parte del lavoro uscente prodotto dal motore viene assorbito dal compressore per il suo funzionamento.

    Il rendimento volumetrico è inferiore per via:

    • Perdite di carico in fase di aspirazione e scarico;
    • perdite attraverso le tenute del pistone;
    • Ri-espansione del gas compresso rimasto nel volume morto;
    • Riscaldamento della carica fresca aspirata da parte delle pareti del cilindro;

    Turbocompressori:

    Il turbocompressore ha numerosi vantaggi:

    • Garantisce maggior flessibilità ed adattabilità di comportamento;
    • maggior rendimento termico;
    • maggior durata del sistema.

    Il difetto sostanziale, come abbiamo già detto sta nel ritardo della risposta di sovralimentazione.

    L’approfondimento targato Vehicle Close-up Engineering sulla sovralimentazione è terminato. Spero sia stato di vostro gradimento.

    Turbo

    Sovralimentazione: Meccanica (Turbo) Dinamica

    Riprendiamo con la seconda parte dell’approfondimento legato alla sovralimentazione affrontando la tipologia di sovralimentazione più comunemente utilizzata.

    Turbocharger
    Sistema turbocharger, studiotecnicodidio.it

    Trovate qui la prima parte sulla sovralimentazione chimica e meccanica (volumetrica).

     

    Sovralimentazione Dinamica:

    Sfruttando al meglio la mappatura di fasatura della distribuzione e la forma dei collettori di aspirazione, si possono sfruttare positivamente i fenomeni di inerzia e di risonanza del fluido in aspirazione. Lo scopo è quello di ottimizzare il riempimento d’aria , a parità di volume dei cilindri e migliorare il rendimento termico del motore.

    Turbo
    Schema impianto

    Per ottenere tale sovralimentazione, oltre alla compressione dell’aria è possibile (e gradito) ricorrere a sistemi che vanno ad incrementare la turbolenza del fluido (aria) permettendo di accelerarla in ingresso al motore.

    La velocità, mediante condotti a chiocciola (conferendo la forma tipica della turbina) a sezione via via crescente, viene trasformata in pressione garantendo la sovralimentazione richiesta. I principi fisici alla base sono legati alla dinamica dei fluidi nelle condotte.

    La sovralimentazione dinamica è caratterizzata da sistemi come: il turbocompressore (TurboCharger), il Comprex , compressori assiali dei motori a turbina e l’italianissimo sistema Triflux.

    • Comprex:

    Comprime l’aria in ingresso sfruttando l’espansione dei gas di scarico. E’ formato da un rotore (girante) cilindrico cavo, attraversato lungo l’asse longitudinale del turbo da una serie di canali/condotti interni dritti di diverso diametro. La girante è azionata dal flusso dei gas di scarico ad alta velocità.
    I flussi dei due fluidi entrano nei tubi della girante da lati opposti, collidono tra loro e infine fanno ruotare la girante. Quest’ultima a sua volta apre e chiude le “luci” attraverso cui i fluidi affluiscono. Dopo questa rotazione, i gas fuoriescono mentre l’aria fresca viene convogliata nel cilindro a pressione maggiore di quella atmosferica.

    Comprex
    Comprex, Davide Reinato.it

     

    TurboCharger:

    Il sistema funziona con la stessa mentalità del Comprex: i gas di scarico percorrono la chiocciola di scarico, garantendo la messa in rotazione di un alberino e conseguentemente della girante del compressore (costruita generalmente in lega leggera di magnesio).

    Come viene assicurata questa rotazione dell’intero sistema Turbo (o turbocompressore)?
    La turbina motrice raccoglie energia sotto forma di energia cinetica ed entalpia dei gas di scarico e la trasforma in energia meccanica (di rotazione) pulita. La turbina soffiante (compressore) viene messa in rotazione e dopo aver compresso l’aria che arriva dal filtro, è pronta a indirizzarla ai cilindri.
    La rotazione della girante di scarico provoca, conseguentemente, la rotazione della girante della turbina, mediante un alberino di rotazione posto sullo stesso asse delle due giranti.

    Turbocharger
    Wikipedia.org

    La pressione di sovralimentazione dev’essere sempre mantenuta sotto controllo. Sia per una questione legata al corretto funzionamento, sia per limitare l’insorgere del fenomeno della detonazione nei motori a ciclo Otto. Una pressione di sovralimentazione molto più elevata (del previsto), comporta un aumento non controllato della velocità di propagazione della fiamma. Le molecole vengono schiacciate le une contro le altre e questo aumenta la velocità di propagazione della combustione: il che non è positivo in quanto, ad un numero alto di giri, viene agevolata la preaccensione della carica fresca a causa dell’elevata temperatura raggiunta in Camera di combustione.
    Elettronicamente, in base ai valori di pressione raggiunti nel sistema, viene azionata una valvola di regolazione.

    Sistema con wastegate
    Valvola Wastegate, truck-italia-forum.com
    • La valvola wastegate è una valvola di pressione utilizzata per il controllo delle condizioni d’esercizio della turbina mossa dai gas di scarico. La valvola è posta dopo i collettori di scarico.
    • La valvola pop-off (o blow off) è una valvola limitatrice di pressione posizionata però sulla girante del lato aspirazione. E’ utilizzata per controllare (e/o limitare) la pressione massima che viene esercitata dal compressore. Viene azionata quando l’aria immessa nei collettori di aspirazione è superiore alla quantità richiesta dal motore stesso.
    Sezione turbo
    Sezione turbo, Turbodiscount.fr

    Uno dei limiti principali di questo sistema è definito TurboLag. Andiamo a capire meglio di cosa si tratta.

    TurboLag:

    TurboLag, tradotto in italiano, vuol dire ritardo del turbo, il quale risulta essere un comportamento tipico dei motori sovralimentati con turbocompressori a geometria fissa. Il ritardo si verifica in seguito al rapido azionamento dell’acceleratore.
    Lag (“ritardo” appunto) indica quindi una risposta meno pronta nell’erogazione della potenza, a differenza dei compressori volumetrici e dei propulsori “aspirati“. Nei motori aspirati la carica fresca viene aspirata per via della depressione generata dall’abbassamento del pistone al PMI.

    Il motivo principale di questo ritardo risiede nel principio di funzionamento del turbocompressore stesso, il quale necessita di una grossa portata massica dei gas di scarico per vincere l’inerzia alla rotazione della propria girante e quindi produrre l’effetto di sovralimentazione del motore.

    Soluzioni ed evoluzioni:

    Vi presentiamo le soluzioni ed evoluzioni adottate negli anni (Sequenziale, Parallelo, Twin Scroll, Geometria Variabile):

     

    Turbo
    TurboCharger, Quattrorotelle.wordpress.com

    Sequenziale:

    Si utilizza un doppio sistema di turbocompressione: Un turbocompressore piccolo ed uno medio-grande.
    Il Turbo piccolo conferisce rapidità di risposta all’accelerazione a regimi bassi/ medio-bassi. Ha una ridotta capacità di portata d’aria di alimentazione.
    Il Turbo medio-grande invece viene azionato a regimi alti e permette, a pieno carico, portate d’aria di alimentazione notevolmente maggiori.

    Il sistema è sequenziale, in quanto vengono utilizzati in sequenza attiva in base al numero di giri del motore. L’intero azionamento del sistema è legato solo all’azione dei fluidi sulle giranti.

    Funzionamento:

    • Ai bassi regimi: i gas di scarico vengono convogliati tutti sulla turbina più piccola e nella fase di transizione dai bassi ai medi regimi una piccola parte di essi vengono, invece, convogliati alla turbina più grande.
    • Ai medi regimi: i gas di scarico vengono convogliati su entrambe le turbine contemporaneamente e, nel passaggio dai medi agli alti regimi, buona parte dei gas fluisce verso la turbina più grande.
    • Agli alti regimi: i gas di scarico vengono tutti convogliati alla turbina più grande, by-passando completamente quella piccola.

    Parallelo:

    Facendo funzionare più turbine, disposte in parallelo, aumenta il regime del motore e quindi la potenza espressa da quest’ultimo.
    Questa soluzione permette:

    • ridurre il ritardo di risposta del sistema;
    • garantire il funzionamento del motore (per pochi km) nel momento in cui una turbina si danneggiasse.Soluzione non molto utilizzata per via dei costi elevati.
    Turbo
    autoblog.it

    Twin Scroll:

    Il Twin-Scroll è un sistema in cui un singolo turbocompressore lavora con ben due ( “Twin” appunto) canali di scarico. La differenza dal turbocompressore classico (monoturbo) è proprio questa.
    Il turbocompressore ha due canali d’ingresso e due ugelli per i gas di scarico:

    • uno piccolo e angolato per una risposta rapida e precisa;
    • l’altro più grande e meno angolato per massimizzare le prestazioni.
    Twin Scroll
    wikipedia.org

    Funzionamento:

    Il carter di ingresso è sdoppiato e questo porta i gas di ingresso ad attraversare un condotto a sezione dimezzata nello stesso tempo. Per il principio di conservazione della portata massica, ad una sezione dimezzata (a densità costante) corrisponde una velocità raddoppiata.
    I gas, quindi, fluiscono a velocità maggiore così da ridurre l’inerzia delle giranti sin dai bassi giri.

    Architettura:
    Questo sistema è utilizzato principalmente nei motori 4 cilindri. I collettori di scarico sono accoppiati in modo 2/2 (cilindri 1 e 4 insieme ai cilindri 2 e 3).
    I gas entrano in modo alternato dentro la chiocciola per ridurre al minimo l’interferenza (dannosa) e garantire risonanze ordinate tra gas.

    Si ottiene:

    • maggiore pressione d’esercizio;
    • maggiore potenza ai bassi regimi;
    • minor volume occupato a differenza dei paralleli e sequenziali.

    La soluzione più comune ed ingegnosa è:

    Geometria Variabile:

    Questa gif mette in mostra come un attuatore pneumatico (talvolta elettro-meccanico) fa variare la geometria della girante della turbina.

    Geometria variabile
    Turbina a geometria variabile

    Il concetto è pressoché identico al turbocompressore classico. La differenza sostanziale è la variabilità della geometria della girante motrice (di scarico) della turbina.
    La girante è appunto circondata da un anello di palette statoriche ad incidenza, appunto, variabile.

    Il movimento delle palette statoriche è controllato dalla centralina elettronica, in base al numero di giri del motore. Le palette variano il loro angolo di incidenza rispetto alle pale rotanti (fisse) della turbina.

    Geometria variabile
    Geometria variabile, wikipedia.org

    • Quando i giri sono bassi ed è richiesta accelerazione immediata, le palette statoriche incidono maggiormente, in modo tangenziale alla girante, sviluppando una maggior velocità dei gas d’uscita. Agli alti regimi, vinta l’inerzia alla rotazione, le palette si svilupperanno in senso opposto e garantendo una portata d’aria uscente maggiore.

    • Il sistema è nato sia per garantire la riduzione di TurboLag, sia per ottenere un turbo di piccole dimensioni che svolgesse le stesse funzioni dei suoi rivali.

    Non è finita..

    Nel prossimo articolo dell’approfondimento legato alla sovralimentazione tratteremo l’italianissimo sistema Triflux adottato dalla Lancia nei Rally e non solo. Infine vedremo i pro e i contro dei sistemi di sovralimentazione comunemente utilizzati.

    Ecco il link: ==> https://vehicle.closeupengineering.it/10012/10012/

    sovralimentazione

    Sovralimentazione: Chimica e Meccanica (Volumetrica)

    La sovralimentazione di un propulsore endotermico è una caratteristica ormai frequentemente utilizzata. Ma perché nasce e soprattutto in cosa consiste?

    sovralimentazione
    youtube.com

    Per sovralimentazione si intende una sorta di introduzione “forzata” di aria nei cilindri, maggiore di quella ottenibile con la normale fase di aspirazione. La sovralimentazione può essere ottenuta per via: Meccanica e chimica. L’obiettivo? Quello di garantire maggiore potenza erogata e coppia ottenibile. Raramente viene utilizzata la sovralimentazione chimica per problemi legati all’affidabilità.

    • Per una panoramica generale sul mondo sovralimentato, vi consiglio di guardare anche questo interessante articolo ==> https://vehicle.closeupengineering.it/la-sovralimentazione-cose-cosa-implica/9395/

    Procediamo per gradi:
    Iniziamo col definire meglio la natura scientifica della sovralimentazione per evitare confusioni.

    • Principio scientifico: 

    La sovralimentazione, come abbiamo già affermato, nasce per ottenere maggior lavoro uscente netto (e quindi maggiore potenza erogata) da propulsori endotermici ad accensione comandata (benzina) o Diesel. Maggior lavoro (potenza) implica maggiore energia termica sprigionata in fase di combustione, ottenibile non tanto da una maggior quantità di combustibile introdotto ad ogni ciclo, quanto da un maggior riempimento di aria nel cilindro.
    Tutti i combustibili fossili presenti in natura (benzina, gasolio, petrolio, metano, GPL-Gas Propano Liquido) hanno bisogno di un comburente, come l’aria, per far avvenire la reazione di combustione: rapida reazione di ossidazione, ossia di creazione di legami del carbonio con atomi di ossigeno.
    Maggiore è il riempimento, a parità di volume disponibile nel cilindro, maggiore sarà l’ossigeno introdotto, maggiore sarà quindi l’energia chimica di reazione sprigionata e di conseguenza, la potenza.

    Come ottenere questo “maggior riempimento”?

    L’unica possibilità è quella di comprimere l’aria in ingresso ai cilindri. Un aumento del valore della pressione corrisponde ad un vero e proprio aumento del rendimento termico del motore stesso. Il grafico pressione-volume specifico mostra chiaramente come l’aumento di calore (entrante) fornito in fase di combustione, faccia aumentare l’area di ciclo termodinamico; ossia il rendimento del ciclo di funzionamento stesso.
    E’ errato pensare che l’aumento di pressione nel cilindro comporti direttamente l’aumento del lavoro prodotto dal motore stesso; bensì è l’aumento della miscela bruciata a favorire questo.

    Sovralimentazione Chimica:

    La sovralimentazione chimica è dovuta ad un’iniezione di maggiori quantità d’ossigeno nel cilindro. L’aria (atmosferica) comunemente prelevata contiene solo il 20% di ossigeno; pertanto viene iniettato del protossido d’azoto (N2O) e miscelato con l’aria atmosferica.
    Come dimenticare il famigerato “NOS” di Fast And Furious?

    NOS
    m.dotzmag.com

    L’ N2O ha un suo perchè!
    Questa molecola contiene circa il 36% di ossigeno in peso e viene iniettata, tramite particolari ugelli, nel condotto di aspirazione; reagendo con l’aria ad alta temperatura e liberando ossigeno ancora più puro. Da ciò si nota un incremento di potenza NON trascurabile: 50%/60% di CV in più.
    E per quale motivo allora non è commercializzato su ampia scala?
    I motivi sono tanti,principalmente ricordiamo:

    • Problemi legali legati ai consumi e alle normative europee antinquinamento;
    • costi eccessivi: il fine, in questo caso, non giustifica i mezzi;
    • problemi legati all’affidabilità dell’iniezione;
    • scarso controllo termico del sistema nella fase di iniezione;
    • rapida usura delle componenti meccaniche, in quanto “stressate” eccessivamente;
    • poca omogeneità nell’erogazione della potenza e delle sollecitazioni applicate al motore;
    • pericoli legati all’instabilità della vettura (in quanto la potenza viene erogata in modo brusco e rapido);
    • sovralimentazione limitata a pochi secondi;

    Per questi motivi viene utilizzata per lo più nelle competizioni di accelerazione (Drag Racing) e nelle manifestazioni (eventi e spettacoli). Il sistema di iniezione al N2O è conosciuto generalmente come NOS; in realtà NOS è l’acronimo dell’azienda che nel 1978 decise di produrre un sistema per impiantarlo sui veicoli: L’ancor oggi esistente Nitrous Oxide Systems Inc.

     

    Sovralimentazione meccanica:

    Per sovralimentazione meccanica intendiamo la compressione dell’aria mediante appositi sistemi energetici di natura meccanica. L’aria compressa viene indirizzata tramite condotti d’aspirazione ad alta pressione ai cilindri.
    Arrivati a questo punto dobbiamo distinguere due categorie principali di compressori: I volumetrici e quelli dinamici.

    Compressori Volumetrici

    Il compressore volumetrico è un dispositivo collegato all’albero motore mediante un collegamento meccanico rigido: la cinghia. La velocità di rotazione dell’asse del compressore è proporzionale alla velocità di rotazione dell’albero motore e al rapporto di trasmissione nel collegamento rigido.
    I compressori volumetrici sono nati per ovviare al problema limitante dei sistemi di sovralimentazione dinamica: il ritardo nella risposta all’accelerazione,TurboLag.
    Essi lavorano con una buona pressione di sovralimentazione garantendo una buona coppia, INDIPENDENTEMENTE dal regime di rotazione dell’albero motore.

    Abbiamo numerosi compressori volumetrici. Analizziamoli sinteticamente uno per volta; in un altro articolo approfondiremo con i pro e i contro nei sistemi di sovralimentazione.

    compressore
    Autosupermarket.it

    Compressore a lobi (Roots):

    La compressione dell’aria viene realizzata mediante continue variazioni di volume della stessa.

    roots
    automoto.it

    E’ costituito principalmente da due (o tre) lobi che comprimono l’aria seguendo un ciclo ben definito e costituito da tre fasi principali: Aspirazione, compressione e scarico. Il compressore è quindi azionato dall’albero motore mediante cinghia, a cui è direttamente connesso tramite un rapporto demoltiplicato (di riduzione).

    Compressore volumetrico a lobi
    wikipedia.org

    L’aria entra dal canale di ingresso, viene compressa dai due (o tre lobi) che ruotano con un rapporto di riduzione rispetto all’albero motore. La rotazione spinge l’aria sul bordo della geometria ellissoidale, comprimendola. L’aria compressa è pronta per uscire e canalizzarsi nei condotti di aspirazione.
    •  Ecco una gif molto interessante per comprendere al meglio la compressione volumetrica a lobi.

    Compressor Lobe GIF - Find & Share on GIPHY

    CompressoreVolumex“:

    Come abbiamo già detto in un nostro precedente articolo legato alle invenzioni italiane, il volumex è un compressore volumetrico brevettato dall’Abarth e utilizzato sia nelle automobili di serie, sia in quelle da competizione. Montato e
    Il gruppo meccanico è costituito da un involucro di alluminio in cui vi sono collocati due rotori a lobi, supportati da cuscinetti alle estremità dell’organo meccanico. I rotori venivano azionati tra loro contemporaneamente mediante ingranaggi e collegati al motore tramite puleggia.

    wikipedia.org
    wikipedia.org

    Gli ingranaggi e cuscinetti sul lato del collegamento motore-puleggia sono lubrificati mediante un serbatoio d’olio; a differenza dei cuscinetti sull’estremità opposta, i quali sono lubrificati esclusivamente con del grasso.

    CompressoriA vite“:

    I compressori volumetrici a vite partono da una diretta evoluzione dei compressori a lobi. Il flusso d’aria viene progressivamente e continuamente spinto nell’aspirazione del motore. L’aria non scorre quindi attraverso i lobi come nel Volumex, bensì scorre lungo di essi con un andamento a spirale (in modo analogo alla filettatura di una vite, da cui prende il nome il sistema).

    Compressore a doppia vite
    Compressore a doppia vite. Wikipedia.org

    Viene aumentata l’omogeneità di flusso grazie all’inclinazione del sistema e dal forte avvitamento dei lobi.

    Compressore ” A palette“:

    Il sistema si basa su una girante, la quale, disposta eccentricamente su di un cilindro, è munita di palette, che tendono a sigillare le diverse parti del cilindro in camere ancora più piccole. Tale meccanismo, messo in moto allo stesso modo di tutti gli altri compressori, permette alla girante di convogliare l’aria da un lato all’altro del compressore. Nella rotazione, chiaramente, l’aria vedrà aumentare la propria pressione in quanto viene compattata e sigillata in queste piccole camere (createsi dalle palette della girante e il cilindro del compressore).

    Compressore a palette
    xoomer.virgilio.it

    I compressori volumetrici a palette i più famosi sono i Zoller ed i Centric.
    Da ricordare anche il vecchio compressore a palette Judson: le palette erano azionate in modo centrifugo dal rotore, il quale alimentava la rotazione dalla base del compressore. Per tale funzionamento è richiesto una lubrificazione a perdere. Non essendo ai livelli di efficienza dei suoi rivali, non è più prodotto. Fu realizzata anche una versione azionata da un rotore elettrico.

    Girante
    Girante compressore centrifugo, wikipedia.org

     

    Compressore Misto: volumetricodinamico:

    Questa soluzione, come molti lettori ci hanno ben ricordato, è stato applicato per la prima volta sulla storica e leggendaria Lancia Delta S4. Sull’idea di Lancia, adesso il sistema è stato riproposto dal gruppo Audi-VW(Volkswagen).
    Il potente motore della Lancia Delta S4 era dotato di un turbocompressore KKK accoppiato al compressore volumetrico Volumex. Questo vincente accoppiamento era capace di fornire ad un motore di appena 1750 cc, una potenza di 500 cavalli. Il Volumex, come molti di voi ricorderanno, era già stato usato sulla Lancia Rally 037 (altra leggenda italiana nel mondo del rally).

    Delta s4
    Sovralimentazione mista, autoitaliaevolution.it

    Tornando ai giorni nostri:

    Il gruppo AUDI-VW ha presentato un motore benzina da 1,4 L TSI (Turbocharged Stratified Injection) da 140 CV e 185 CV. Anch’esso monta entrambi i sistemi di sovralimentazione meccanica: Turbocharger e volumetrico.

    Come hanno unito le due tecnologie sia Lancia, sia Audi-VW?

    Il funzionamento è semplice. Il compressore è collegato all’albero motore solo nei bassi regimi per sfruttare al meglio il vantaggio di quest’ultimo, vale a dire: assenza di TurboLag e sviluppo di coppia indipendentemente dal regime di giri del motore. Non appena viene superato un certo numero di giri, per garantire rendimento termico e durata del sistema di sovralimentazione (uno dei pochi difetti del compressore volumetrico) viene azionato il sistema TurboCharger con una turbina ad elevato A/R garantendo potenza.
    – A/R sta ad indicare la geometria della turbina/compressore del sistema di sovralimentazione dinamico. E’ un dato di fabbrica e lo si può leggere spesso sulla chiocciola della turbina/compressore.

    A/R
    evans-tuning.com
    • Per il compressore: Rapporto tra l’area della sezione di uscita della chiocciola e la distanza del suo centro rispetto all’asse della girante.
    • Per la turbina: Rapporto tra l’area della sezione in ingresso alla chiocciola e la distanza del suo centro rispetto all’asse della girante.

    Da ricordare:
    Il compressore volumetrico è generalmente utilizzato nei motori a ciclo Otto e non su quelli a ciclo Diesel, in quanto l’aumento del riempimento volumetrico all’aumentare dei giri, in caso di guasto del sistema di regolazione della pressione potrebbe danneggiare pesantemente il propulsore. Nei motori a ciclo Diesel, dato il funzionamento differente dal ciclo Otto, è necessario che il sistemi lavori con un altro tipo di sovralimentazione meccanica.

    Non è finita..

    Questa era la prima parte dell’approfondimento legato alla sovralimentazione. Come avrete sicuramente notato, abbiamo affrontato la sovralimentazione chimica e meccanica (volumetrica). Nel prossimo articolo tratteremo la sovralimentazione meccanica dinamica (sistema Comprex e TurboCharger).
    Non perdetelo!
    Ecco il link: vehicle.closeupengineering.it/sovralimentazione-meccanica-dinamica/10055

    Motore Fire: La “leggenda Italiana”

    Il motore Fire ha segnato un’epoca nell’automobilismo italiano e non solo. Il suo nome è ricavato dall’acronimo di Fully Integrated Robotized Engine e sin dalla sua nascita si è contraddistinto per la natura rivoluzionaria e tecnologica.

    Lancia Y10
    Autosupermarket.com

    , proprio così. Come abbiamo già detto in un nostro precedente articolo, negli anni ’80 il motore Fire era considerato un riferimento per la progettazione meccanica dei propulsori da autotrazione. Volendo essere più precisi, andiamo a ripercorrere le tappe fondamentali: Dalla nascita allo sviluppo di questa leggenda tricolore.

    Nascita e sviluppo:

    Il motore Fire, inizialmente, nacque dalla collaborazione di Fiat e PSA (società mista dei marchi francesi Peugeot, Citroën e DS). Il progetto fallì a causa della mancata disponibilità economica, in fase di sviluppo, del gruppo francese. Il progetto proseguì grazie a Fiat, ed ecco il motivo principale per cui oggigiorno il motore Fire resta associato esclusivamente al marchio torinese.
    Il 30 marzo del 1985 venne ufficialmente presentato dall’allora presidente Fiat, Gianni Agnelli, nella giornata di inaugurazione della terza ala dello stabilimento di Termoli.

    Il Fire, come detto prima, segnò l’inizio di una nuova era per la Fiat; infatti, quest’ultimo andò a sostituire i vecchi motori denominati “serie 100” costruiti dal “maestro” della scuola motoristica italiana: L’ingegner Dante Giacosa.

    Dante Giacosa
    rivistamotor.it

    I motori “serie 100″ possono definirsi le ultime opere dell’ingegner Giacosa e del suo team. Essenzialmente seguivano un ideale fisso e ben preciso: 4 cilindri in linea verticale, distribuzione a catena su di un albero a camme montato nel basamento superiore, sistema di distribuzione ad aste e bilancieri e disposizione trasversale anteriore (talvolta longitudinale posteriore) della trazione.

    Motore Fire 1000:

    La prima generazione di questi propulsori era il Fire 1000. Scopriamolo:

    •  4 cilindri in linea;
    • alesaggio: 70 mm;
    • corsa: 64,9 mm;
    • rapporto corsa/alesaggio: 0,927;
    • potenza massima 45 CV a 5.000 giri/min;
    • coppia massima 80,4 Nm a 2.750 giri/min;
    • valvole (di aspirazione e scarico) verticali e parallele;
    • testa cilindri in lega leggera;
    • albero motore in ghisa.
    • 1 carburatore monocorpo Weber 32 TFL/250;
    • albero a camme in testa, azionato da cinghia dentata;
    • 5 supporti di banco.

    Ecco a voi qualche immagine:

    Fire 1000
    Retrovisore.it

     

    Fiat Fire 1000
    retrovisore.it
    Motore Fire 1000
    Retrovisore.it

    In alto a sinistra il basamento superiore del motore, a destra il volano. Al centro in basso i collettori di scarico.

    Qual è quindi il punto di forza di questo propulsore? 

    Senz’ombra di dubbio il peso, la semplicità, l’affidabilità, i consumi ridotti e i costi di manutenzione bassi.

    Il motore venne progettato riducendo drasticamente il numero di componenti e particolari. Non a caso il propulsore, estremamente compatto, pesava all’incirca 69 kg: un risultato eccezionale.

    Guardiamo i progetti:

    Basamento
    Autosupermarket.it
    Condotta scarico collettore
    Autosupermarket.it
    Pistone Fiat Fire
    Autosupermarket.it

    La semplicità e i costi contenuti erano garantiti proprio dalla presenza di poche componenti costitutive e dalla loro elevata resistenza termica e meccanica. Inoltre i progettisti fecero sì che un’eventuale rottura della cinghia di distribuzione non avrebbe recato danni né alle valvole, né al cilindro. Come?
    Progettarono l’apertura massima delle valvole di una corsa inferiore rispetto alla distanza tra PMS ( Punto Morto Superiore) del pistone e la camera di combustione.

    Motore fiat fire
    Autosupermarket.it

    I consumi ridotti vennero garantiti dalla combustione magra, cioè una miscela con un eccesso di aria rispetto al carburante. I primi modelli erano provvisti di carburatore Weber; l’iniezione arrivò in Italia nel 1989.

    La prima versione Fire 1000 era di cilindrata 999 cm³ e rispetto al predecessore 903 cm³ era circa 10 kg più leggero, meno rumoroso e con una coppia motrice notevolmente migliorata. Il rendimento termico del motore, a parità di cilindrata, fu uno dei più alti di quei anni.

    Altre importanti adozioni furono:

    • Albero a camme in testa;
    • Pompa dell’olio direttamente inserita sull’albero a gomiti;
    • accensione elettronica.
    Accensione Elettronica Magneti Marelli
    Retrovisore.it

    In foto, il sistema di accensione elettronica italiano Magneti Marelli.

    Lo spinterogeno calettato direttamente sull’albero a camme riuscì ad eliminare i rinvii d’accensione, migliorando appunto il peso e la semplicità progettuale del complesso meccanico. Stesso discorso per la pompa dell’olio: il tutto venne progettato in modo tale da ridurre tutte quelle componenti di ” mezzo”, cioè che fanno da tramite.
    All’insegna della filosofia minimalista: Less is More. Meno componenti, “teoricamente“, corrisponde a minor probabilità di guasti; ma queste sono solo supposizioni.
    La semplicità fu favorevole anche per la distribuzione: infatti, la tempistica legata all’assemblaggio del motore calò drasticamente da 4 a 2 ore.

    Il primo Fire 1000 venne montato sulla Autobianchi Y10  e successivamente su una Fiat Uno 45 intorno alla fine del ’85. Poco dopo venne prodotto il 769 cm³ e montato sulla storica e famosissima Panda 750.

    Fiat-Panda-750
    Autosupermarket.it

    Evoluzione del Fire 1000:

    • Subito dopo il 999 cm³ arrivarono il 1.108  cm³ e il 1.242 cm³ (attualmente in uso) su molti modelli Fiat, Lancia e anche la sulla Ford Ka 2°serie del 2008. Furono questi gli anni d’oro per il Fire, che vide montarsi su più di 15 modelli differenti.
    Fiat 1100 fire
    Forum.Elaborare.com
    • Nel 1992 cambiò il sistema di alimentazione passando dal carburatore all’iniezione single point (SPI). Il sistema era d’obbligo per i progettisti per via delle normative antinquinamento Euro 1.
      Fu una sconfitta per il rendimento termico in quanto, come abbiamo detto prima, il Fire fu partorito con l’ideale della “combustione magra” e il catalizzatore (nell’impianto di scarico) per funzionare al meglio richiedeva temperature maggiori in uscita dai cilindri.
      L’area di ciclo termodinamico del motore ad accensione comandata (ciclo Otto) diminuiva e di conseguenza diminuì anche il rendimento termico. Si registrarono anche aumenti nel consumo di carburante.
      Nel giro di qualche anno la Fiat riuscì a risolvere questi problemi lavorando sulla fasatura d’anticipo e utilizzando risorse tecnologiche più all’avanguardia. Tornò presto in cima alla classifica dei propulsori di genere downsizing a basso consumo.

    Il motore oggi più comunemente utilizzato è la derivazione 1.368 cm³ aspirato, in uso su Fiat, Alfa Romeo e Lancia. Dopo l’innovazione ingegneristica del MultiAir, venne montato anche sui modelli dal 2009 in poi.

    FIRE 1.4 l
    Allpar.com

    Lista aggiornata:

    Ecco una lista aggiornata di tutti i modelli che montano il motore Fire (originale o di derivazione). La lista prende in ordine cronologico tutti i modelli con nome, data di uscita, cilindrata (da sinistra verso destra).

    • Autobianchi Y10 (1985) 999-1.108;
    • Fiat Uno (1986) 999-1.108;
    • Fiat Panda (1986) 750-999-1.108;
    • Fiat Tipo (1988) 1.108;
    • Fiat Punto (1993) 1.108-1.242;
    • Fiat Cinquecento (1994) 1.108;
    • Fiat Bravo/Brava (1995) 1.242;
    • Lancia Y (1996) 1.108-1.242;
    • Fiat Palio (1997) 1.242;
    • Fiat Seicento (1998) 1.108;
    • Fiat Punto (1999) 1.242-1.368;
    • Fiat Stilo (2001) 1.242-1.368;
    • Fiat Panda (2003) 1.108-1.242-1.368;
    • Fiat Idea (2003) 1.242-1.368;
    • Lancia Ypsilon (2003) 1.242-1.368;
    • Lancia Musa (2004) 1.368;
    • Fiat Grande Punto (2005) 1.242-1.368;
    • Fiat Bravo (2007) 1.368;
    • Fiat 500 (2007) 1.242-1.368;
    • Lancia Delta (2008) 1.368;
    • Alfa Romeo MiTo (2008) 1.368;
    • Ford Ka (2008) 1.242;
    • Tata Indica Vista (2008) 1.368;
    • Tata Indigo Manza (2009) 1.368;
    • Alfa Romeo Giulietta (2010) 1.368;
    • Lancia New Ypsilon (2010) 1.242;
    • Fiat Punto (2012) 1.242-1.368;
    • Fiat Panda (2012) 1.242;
    • Fiat 500L (2012) 1.368;
    • Jeep Renegade (2014) 1.368;
    • Fiat Tipo (2015) 1.368.

     

     

     

    Trazione integrale

    Trazione integrale: problemi e soluzioni.

    La trazione integrale è il sistema di trazione che trasmette la potenza a tutte le ruote dell’automobile. L’esigenza di quattro ruote motrici nasce per affrontare terreni particolari e condizioni ostili. I problemi iniziali di realizzazione non sono trascurabili. Infatti bisogna ripartire correttamente la potenza tra asse anteriore e posteriore. È necessario compensare la differenza di velocità tra i due, ad esempio durante la sterzata o in caso manchi aderenza ad una ruota.

    Trazione integrale con giunto

    La ripartizione della coppia può essere realizzata inserendo un giunto viscoso tra gli alberi di trasmissione relativi alla parte anteriore e posteriore. È necessario poter imporre diverse velocità alle quattro ruote che, in curva, necessitano diverse condizioni. Le due parti sono collegate tramite un giunto (Ferguson o Haldex) che permette il collegamento non rigido.  I giunti sono soluzioni semplici che permettono anche di costruire versioni integrali di auto a due ruote motrici. Questo senza alterarne l’aspetto o le sospensioni.

    L’utilizzo del giunto viscoso ha però anche dei difetti. Infatti l’attivazione della trazione integrale comporta inizialmente una perdita di aderenza. Questo avviene trasmettendo il moto da un assale all’altro. Per questa ragione l’auto viene usata a quattro ruote motrici solo in situazioni di necessità.

    Schema trazione integrale
    redlive.it

    Trazione integrale a tre differenziali

    Soluzione alternativa è quella di utilizzare un differenziale centrale. Esso riceve il moto dall’albero secondario del cambio. Quelli che normalmente sono i semiassi diventano alberi di trasmissione. Tendenzialmente viene utilizzato il differenziale autobloccante in quanto quello normale presenterebbe alcuni problemi. Cioè nel momento in cui uno degli assi dovesse perdere aderenza esso enfatizzerebbe la reazione sotto o sovrasterzante dell’auto. Questo trasferendo più coppia all’asse con meno aderenza.

    Anche la soluzione a tre differenziali non è esente da difetti. Infatti se su un percorso innevato una ruota slitta, la stessa coppia viene trasmessa alle altre ruote impedendo il movimento corretto del veicolo. Inoltre in frenata ogni ruota deve essere indipendente in modo che l’ABS intervenga correttamente. Praticamente il problema è la necessità di gestire in modo indipendente le ruote appartenenti allo stesso asse.

    Un notevole passo in avanti è la tecnologia Torque Vectoring. Essa permette al differenziale di gestire la potenza e la sua ripartizione tra le ruote. È un sistema elettronico collegato alla centralina. I sensori monitorano le condizioni delle ruote, come velocità e angolo di sterzata. In base alle informazioni raccolte si stabilisce quale ruota abbia bisogno di più potenza. Ovvero quella che presenta più aderenza a terra. Questo sistema aumenta notevolmente la sicurezza e la tenuta di guida. Inoltre è un validissimo candidato per risolvere i problemi precedentemente elencati.

    SkyActiv Technology: Mazda rivoluziona il concetto del “motore a benzina”

    Lo SkyActiv è la sigla identificativa dei nuovi propulsori a benzina progettati dalla casa costruttrice nipponica: La Mazda.
    Il propulsore 2.0 litri Mazda è un motore benzina a iniezione diretta perfezionato dalla tecnologia precedentemente citata, oggetto in esame di quest’ articolo.

    Cerchiamo di capire come Mazda sia riuscita a “rivoluzionare” il concetto di “motore a benzina”. Il tutto è riassumibile in due principali punti: elevato risparmio di carburante e il più elevato rapporto di compressione tra i motori a benzina: 14.0:1.

    SKY-G
    Mazda.it

    Vantaggi:

    La “Rivoluzione“, se così potesse essere definita, sta nel fatto che è proprio un motore a benzina, mediante un elevatissimo rapporto di compressione, garantisca consumi e emissioni da record.
    Infatti, come se non bastasse, Mazda ad oggi è l’unico costruttore al mondo in grado di rispettare le severissime normative mondiali legate al contenimento degli agenti emissivi ed inquinanti. Tutto ciò senza l’utilizzo di determinate apparecchiature innovative filtranti e catalizzanti come: SCR e DeNOx.

    Svantaggi:

    Bisogna analizzare però la natura del rapporto di compressione e quanto questo parametro influenzi il rendimento termico del motore a combustione interna. Nei motori a benzina si ha un rapporto di compressione che oscilla, generalmente, in un range tra 10:1 e 12:1.
    L’aumento di tale rapporto, aumenta a sua volta il rendimento di un valore non trascurabile.
    Diamo qualche esempio:
    Se, teoricamente, il rapporto di compressione venisse aumentato dal 10:1 al 15:1 si otterrebbe un rendimento termico aumentato di circa il 9%. Tale aumento, pur non sembrando chissà quanto elevato, nella pratica progettuale è un risultato eccezionale!

    Allora perché non tutte le case costruttrici progettano motori con un elevato rapporto di compressione? La risposta è legata al fenomeno della DETONAZIONE, di cui sono soggetti i motori a ciclo Otto (benzina).
    La soluzione? Lo SkyActiv, ed ecco il perché della natura “innovativa” e “rivoluzionaria” di tale sistema.

    Detonazione?

    La “detonazione” è un processo di combustione anomalo in cui la miscela aria-carburante si auto-accende prematuramente per via dell’alta temperatura e pressione in camera di combustione. Lo scoppio avviene prima che il pistone riesca a raggiungere il PMS, a causa della sua alta temperatura.

    Lo SkyActiv nasce proprio per rispondere all’esigenza di progettare un motore con elevato rapporto di compressione, senza ridurre la coppia generata a causa della detonazione.

    I danni provocati da questo fenomeno? Eccovi un esempio:

    Detonazione
    hiperformanceengines.blogspot.it

    SkyActiv-G: qual è la sua funzione?

    Per ridurre la temperatura di fine compressione al PMS, lo SKY-G riduce la quantità di gas combusti (molto caldi) presenti all’interno della camera di combustione. Questi ultimi sono responsabili del surriscaldamento del volume della camera di combustione, il quale provoca la detonazione.
    Riportando alcuni dati legati alla progettazione:
    Con un rapporto di compressione di 10:1, si ha una temperatura dei gas residui nel cilindro di 750°C. Considerando la temperatura dell’aria aspirata a 25 °C e supponendo che nel cilindro rimanga il 10% dei gas di scarico. Otterremo che la temperatura all’interno del cilindro prima della fase di compressione del ciclo successivo aumenterà di circa 70 gradi. Procedendo alla stesso modo per tutti i cicli compiuti da un motore, otterremmo temperature elevate. Questi dati ci fanno capire quanto sia importante ridurre la temperatura all’interno del cilindro.

    Come funziona?

    Il motore SkyActiv-G è stato quindi progettato per risolvere tale inconveniente, mantenendo però un rapporto di compressione elevato, unico nel suo genere.

    La riduzione della temperatura, quindi dei gas residui, avviene mediante l’utilizzo di un particolare sistema di scarico: Il 4-2-1.
    Per chi se lo stesse domandando: no, non è la formazione di una squadra di calcio a 7.
    I numeri in questione fanno riferimento alla struttura dell’impianto di scarico. Parte da 4 collettori, i quali convergono in 2 collettori ed infine questi ultimi due convergono nel condotto finale: ecco il 4-2-1.

    4-2-1
    supersprint.com

    Nei normali propulsori con collettori di scarico di lunghezza ridotta, l’ onda ad alta pressione del gas di scarico che fuoriesce da un cilindro, influenza la fuoriuscita di gas da un altro cilindro. Tutta questa “interferenza” di flussi turbolenti di gas combusti, uscenti dai cilindri, porta ad un parziale rientro dei gas stessi nei cilindri facendo aumentare (complessivamente) la temperatura. Questo fenomeno turbolento e svantaggioso si verifica indipendentemente dal regime di rotazione del motore. Adottando invece scarichi con struttura 4-2-1 a condotta lunga, si riduce tale fenomeno. L’onda di pressione generata dalla fuoriuscita dei gas (depressione, apertura valvola di scarico), in questa configurazione, richiede tempo prima di arrivare (tramite il sistema di tubazione) ad un altro cilindro; pertanto, non riesce ad influenzare negativamente lo svuotamento del cilindro dai gas residui.

    Progettazione:

    Per garantire ciò, SkyActiv necessita di lunghezze elevate per le tubazioni di scarico: oltre 600 mm. Questo crea un sistema di scarico lungo e massiccio; per risolvere tale problema è stato adottato un sistema di scarico a forma di anello.
    Il sistema di scarico 4-2-1 ha uno svantaggio però: i gas devono percorrere una distanza maggiore, dissipando nel “tragitto” calore, questo porta ad un raffreddamento preventivo dei gas prima che questi ultimi raggiungano il catalizzatore. Il sistema di catalizzazione per lavorare efficacemente necessita di alte temperature di uscita dei gas.
    Mazda ha pensato a tutto, infatti: secondo i loro progettisti la temperatura dei gas di scarico può essere aumentata ritardando la “fasatura” di accensione entro certi limiti; troppo ritardo provocherebbe una combustione instabile.

    Lo SkyActivG per garantire una combustione stabile ha adottato una particolare geometria del pistone: la cavità presente sul cielo del pistone (“Sky” da cui prende il nome la tecnologia) ottimizza l’iniezione per ottenere una miscela a carica stratificata intorno alla candela. Tale stratificazione migliora la combustione rendendola più equilibrata.

    Pistone SkyActiv
    guastiauto.com

     

    Track N Go Jeep

    Track N Go: come sfidare la neve in tutta sicurezza

    Si tratta di un sistema sviluppato da TruckTracks. Track N Go permette di guidare agevolmente sulla neve grazie a dei cingoli montati sulle ruote. Si monta in soli 15 minuti e permette una guida più fluida e leggera rispetto a veicoli pesanti appositamente pensati per la neve.

    jebiga.com

    I requisiti

    Per l’installazione non è necessario apportare alcuna modifica all’automobile. Questo poichè il Sistema è universale. Nonostante ciò Track N Go è stato progettato per I veicoli 4×4 con cambio automatico. Richiede il differenziale posteriore autobloccante e gomme invernali. Il diametro esterno degli pneumatici deve essere compreso tra 780 e 875 mm con larghezza massima 330 mm. Il motore deve essere un V8 da 5l per i mezzi più grossi, V6 per i meno ingombranti.

    jebiga.com

    Le potenzialità

    Track N Go è stato sviluppato principalmente per la guida sulla neve, ma si può usare anche su strada. Questo è un ulteriore vantaggio rispetto alle attrezzature esclusivamente da neve. Può essere usato praticamente su ogni superficie raggiungendo anche discrete velocità. Può arrivare infatti a 60 km/h su superfici dure. Sulla neve dipende dalle condizioni, ma viaggia tra i 15 e I 40 km/h.

    Track N Go è anche equipaggiato in modo da evitare di affondare nella neve. Infatti sui cingoli anteriore e posteriore sono presenti delle lastre. Esse servono anche ad evitare alcuni ostacoli. Fungono da “sci” per evitare di scivolare lateralmente e di rimanere bloccati nella neve.

    Il sistema permette una guida molto morbida e confortevole. Gli urti provocati dagli ostacoli vengono infatti assorbiti dagli pneumatici. Essi consentono una maggiore flessibilità e diminuiscono la resistenza alla sterzata. Grazie al montaggio diretto sulle ruote si riducono il numero di componenti e la complessità meccanica.

    Anche la guida in retromarcia è stata curata nei minimi dettagli. Infatti è assolutamente equiparabile a quella in avanti e permette di intervenire in situazioni particolari o di pericolo.

    Un’invenzione geniale per chi non teme le condizioni meteorologiche avverse!


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