L'ESSENZA DI UNA VETTURA - MERAKI MOTORS - Altervista
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L’ESSENZA DI UNA VETTURA MERAKI MOTORS
MERAKI MOTORS L’ESSENZA DI UNA VETTURA BY MERAKI MOTORS
© Meraki Motors
Enzo Ferrari sosteneva che una passione non potesse essere
descritta, ma solo vissuta. Noi con il nostro libro abbiamo cercato
di dare una forma al nostro amore per i motori, descrivendone le
componenti, il principali principi sici alla base del loro
funzionamento, l’evoluzione che hanno avuto nel tempo, il modo
in cui hanno in uenzato il mondo dell’arte, in particolar modo la
cinematogra a e la musica.
La passione e la storia dei motori non è stata fatta solo da
componenti meccaniche montate su un telaio, ma anche da tutte
quelle persone: piloti, ingegneri, artisti, ma anche tifosi, che hanno
lavorato per la loro progettazione e sviluppo prima su carta, poi su
strada e in alcuni casi su tela, pellicola o spartito.
Certe volte le parole per descrivere un amore sono super ue,
non bastano come diceva il grande fondatore della casa del
cavallino, eppure c’è un cantante italiano, Cesare Cremonini, nato
in quella terra di sognatori e di passione, meglio conosciuta come
Emilia-Romagna, che in una canzone dedicata a Valentino Rossi, il
pilota che ha fatto la storia del motociclismo, ci è riuscito
scrivendo: “Senti [...] come strilla questo motore come va, non lo
senti mentre viaggia che musica fa, come me non sa frenare
l’amore che dà [...] io le sento ancora addosso le paure, gli occhi
di mio padre, le ossa rotte, ma poi la musica che ho dentro sale
ed io so solamente andare. Vado via per salvare un po' di me [...]
ed ogni corsa è l’ultima per me”. Così in pochi versi è riuscito a
racchiudere la complessità di un mondo che per tanti è solo pura
follia, pericolo, sacri cio, ma che per chi ne è parte è una
necessità, una linfa vitale.
Via Federico Balestrieri, 6
Brescia, 25030, Italia
https://merakimotors.altervista.org/
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Prefazione ................................................................................................6 Il motore ....................................................................................................8 Le parti costituenti di un motore........................................................9 La classificazione dei motori .............................................................13 Disposizione dei cilindri in un motore ............................................15 La trasmissione ......................................................................................17 Il motore a quattro tempi a combustione interna a benzina ...21 Il motore a quattro tempi diesel ......................................................25 Il motore a due tempi a combustione interna.............................26 Le fonti di energia di un motore ......................................................28 La distribuzione ....................................................................................33 La sovralimentazione..........................................................................36 La power-unit in formula1 ...................................................................41 Il ciclo di Atkinson-Miller ....................................................................45 Il raffreddamento del motore ...........................................................47 La lubrificazione del motore .............................................................49 L'espressione delle prestazioni di un motore ..............................51 Tipologie di motori nella MotoGP ...................................................53 La musica e i motori ............................................................................56 I motori nel cinema ..............................................................................67
PREFAZIONE
"C’è un momento in cui a 7.000 giri al minuto tutto svanisce. La
macchina diventa senza peso. Scompare. Resta un corpo che
attraversa lo spazio e il tempo. È a 7.000 giri al minuto che
l’incontri. Lo senti arrivare. Si avvicina al tuo orecchio e ti fa una
domanda, l’unica domanda che conta. Chi sei?”
È con queste parole che il lm Le Mans 66 - La grande s da ha
inizio; le pronuncia Carroll Shalby, interpretato da Matt Damon,
proprio nei primi fotogrammi della pellicola, al volante di una
Aston Martin mentre partecipa alla 24 ore di Le Mans del 1959
che vincerà, e saranno anche le parole con cui il lm si chiuderà,
durante le prove di Ken Miles, interpretato da Christian Bale.
In loro c'è tutta l'essenza di una passione, che non si limita ad
ammirare la potenza erogata da un motore o la velocità che
questo può raggiungere, in un determinato tempo, una volta
montato su una vettura.
Innamorarsi dei motori signi ca anche volerli ascoltare,
saperne interpretare ogni singolo messaggio, come una
vibrazione o uno scoppio, e sfruttarlo al meglio. Signi ca inoltre
innamorarsi della strada, che sia fatta di asfalto o terra, che
presenti rettilinei o curve; e a certi livelli prestazionali anche
essere consapevoli di correre rischi, provare a volte paura, ma ciò
nonostante sentire l'implacabile esigenza di andare, di viaggiare,
a volte ancora più di arrivare o di tagliare un traguardo.
Per quanto possa apparire lontano a chi non ne fa ancora
parte, il mondo dei motori aiuta a comprendersi meglio, portando
in super cie i propri limiti mentali e sici, e soprattutto spronando
a mettersi in gioco costantemente; questo ovviamente non vale
solo per i piloti in una competizione, ma anche per tutte quelle
persone che lavorano per la realizzazione di una progetto auto o
motociclistico.
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Con questo libro vogliamo avvicinare chi è semplicemente
curioso, chi magari la domenica segue le gare, e vuole
comprendere meglio il funzionamento di un motore; chi vuole
sorprendere la propria famiglia, amici o il proprio partner
spiegandogli particolari concetti meccanici sul divano mentre si
guarda un gran-premio; ma anche ragazzi che come noi hanno
diciotto anni e vogliono prendere la patente e capire anche cosa
stanno guidando; o ancora chi ha studiato sica e vuole
riscontrarne le applicazioni pratiche di questo mondo.
Illustreremo e spiegheremo le principali tipologie di motore, la
loro componentistica, il funzionamento, con i principali principi
sici che li governano, e soprattutto porteremo esempi in
relazione alle classi regina, come la F1, MotoGP, sbk e mx, dove
ricerca, sperimentazione e sviluppo raggiungono la massima
espressione, non solo a livello prestazionale come immaginate,
ma anche a livello di impatto ambientale.
Detto questo, vi auguriamo un buon viaggio in questo
fantastico mondo, che voi vi siate appena approdati o che già lo
amiate, con le parole del pilota Gilles Villeneuve, per esplicitare
quella implacabile necessità di andare di cui parlavamo prima: "Se
mi vogliono sono così, di certo non posso cambiare: perché io, di
sentire dei cavalli che mi spingono la schiena, ne ho bisogno
come dell’aria che respiro.".
7
fi
fi
1.
IL MOTORE
I
l motore è senza dubbio il cuore pulsante di ogni veicolo.
Qualcuno lo descriverebbe come il luogo in cui avvengono le
“magie”, ma sarebbe meglio parlare di trasformazioni e
trasmissioni; infatti in termini termodinamici, un motore è de nito
come una macchina in grado di: assorbire calore da una fonte di
energia, trasformare parte di esso in lavoro, e cederne la restante
ad un secondo corpo che si trova ad una temperatura inferiore
del primo.
So ermandosi quindi sulla prima parte della de nizione, un
motore è una macchina capace di trasformare una fonte di
energia in lavoro meccanico. I protagonisti di questa
trasformazione sono i pistoni (per quanto riguardo i motori a
combustione interna): il loro movimento traslatorio/lineare
all’interno del cilindro, viene poi convertito in rotatorio dall’albero
motore a cui sono collegati. A sua volta quest’ultimo, trasmette
mediante gli organi del sistema di trasmissione, il movimento
rotatorio alle ruote, che aderendo al terreno o all’asfalto,
incontrano una forza resistente dissipativa, ovvero l’attrito (sia che
il veicolo si trovi in stato di quiete che di moto) di verso sempre
opposto al vettore spostamento, senza il quale non sarebbe
possibile il moto del veicolo.
8
ff
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fi
2.
LE PARTI COSTITUENTI DI UN MOTORE
I
l motore è il componente fondamentale di qualsiasi veicolo;
come nell’essere umano il cuore è l'unità centrale che
garantisce la vita, così il motore dà vita al mezzo. Questo
pezzo chiave trasferisce l’energia generata dalla combustione di
una miscela aria-carburante alle ruote motrici tramite la
trasmissione primaria, la frizione, il cambio e la frizione nale.
COMPONENTI STRUTTURALI
Le parti principali del motore sono le seguenti:
•• basamento
cilindri (e pistone)
• supporti di banco (e
cuscinetti)
• albero motore (e perno di
banco, manovelle, bielle,
spinotti)
BASAMENTO
Il basamento è il “telaio” del
motore, la struttura che ospita
le parti operative. Si può
de nirlo il “collante” di tutti gli basamento di un motore V8
altri componenti, in quanto da fonte: wikipedia
9
fi
fi
esso si ricavano le nicchie e le cavità adibite ad accogliere
importanti pezzi come i cilindri e i supporti di banco. È costruito
solitamente in ghisa o in lega di alluminio.
CILINDRI
Il cilindro è un componente del
motore adibito ad ospitare i processi di
produzione di energia per
l’alimentazione del veicolo. Questo
complesso è formato da:
••Un pistone
Due valvole
•Una candela
candela di un motore
Sicuramente il pezzo più fonte: wikipedia
importante è il pistone. Esso è
composto da una parte superiore, la
“testa”, che attraverso una serie di movimenti verticali applica
pressione, e da
una porzione
inferiore, la “biella”,
che si occupa
invece di trasferire
il moto generato
dallo scoppio. Il
pistone opera nella
“camera di
c o m b u s t i o n e ”.
Questo è il luogo
dove avviene
l’esplosione che
genera la
valvole di un motore p r o d u z i o n e di
fonte: autoweb energia.
10testa di un pistone biella di un pistone
fonte: motorservice fonte: wikipedia
SUPPORTI DI BANCO
I supporti di banco sono parti del motore che limitano il
movimento dell’albero a gomiti. Sono incavati nel basamento e,
grazie all’aiuto di particolari cuscinetti, riducono gli attriti tra i
gomiti dell’albero e le bielle.
supporti di banco
fonte: wikipedia
11ALBERO MOTORE
L’albero motore, o albero a gomiti, è un componente
fondamentale del motore perché è proprio grazie alla sua
rotazione che possono funzionare le ruote motrici.
Come fa a ruotare l’albero?
Ogni pistone in una fase
viene spinto verso il fondo del
basamento. Al termine della
biella, è posta una giuntura,
detta “spinotto”, che permette
di vincolarla all’albero. In
questo modo, il moto
ascendente e discendente del
pistone si converte nella
rotazione della struttura a albero motore
gomiti, che è anche quella che fonte: wikipedia
permette al pistone di risalire
all’interno del cilindro per generare una nuova compressione.
fonte: wikipedia
123.
LA CLASSIFICAZIONE DEI MOTORI
L•
a classi cazione dei motori può avvenire secondo diversi
criteri, un primo può distinguere in base alla fonte di energia
che sfruttano:
motori a combustione interna;
•• motori elettrici;
motori ibridi.
motore elettrico motore ibrido
fonte: wikipedia fonte: wikipedia
I motori a combustione interna si possono a loro volta
distinguere in base al combustibile che bruciano:
•motori a benzina/metano/GPL
13
fi• motori diesel
Oppure in base alla
disposizione dei pistoni (i principali,
ma non gli unici sono):
••
motori a V
motori in linea
•
motori boxer
Un’ulteriore suddivisione in
base al numero di fasi di cui si
compone il loro ciclo può
identi care:
••
motori a quattro tempi
motori a due tempi
•
esistono poi anche motori a
più di quattro tempi (es.: motore endotermico
cinque, sette) fonte: Audi of cial site
A seconda del sistema di
immissione del combustibile:
••
motori a carburazione
motori a iniezione
A seconda del sistema di alimentazione in:
••motori ad aspirazione naturale
motori sovralimentati
14
fi
fi4.
DISPOSIZIONE DEI CILINDRI IN UN
MOTORE
MOTORE IN LINEA
Presenta cilindri allineati.
Generalmente con un alto numero di
cilindri non richiede l’adozione di
contralberi di bilanciamento per ridurre
le vibrazioni del motore, causate dal
movimento inerziale dei pistoni.
MOTORE A V
Cilindri disposti a V.
Vantaggio è che consente di
impiegare un maggior numero di motore in linea
cilindri rispetto ad un motore in linea fonte: Getty
a parità di ingombro.
Inoltre essendo inclinati i pistoni, il blocco motore risulta meno
alto, di conseguenza il baricentro della vettura si abbasserà,
tuttavia aumenterà il volume laterale occupato nel vano motore
15La disposizione inoltre richiede
maggior numero di componenti (es:
quattro alberi a camme anziché due).
È quasi sempre necessaria la
presenza di contralberi per l’equilibratura
del motore.
MOTORE BOXER
In questo motore bielle e pistoni
sono disposti orizzontalmente ed in
particolare ogni biella ha un proprio motore a V
perno di manovella (a di erenza di un fonte: KTM of cial site
motore piatto, che può essere
considerato come un V a 180°, dove le
bielle sono disposte a coppie sullo stesso perno).
È un motore molto ben bilanciato in quanto il moto
contrapposto dei pistoni riduce le vibrazioni.
Grazie alla sua altezza ridotta abbassa ulteriormente rispetto a
quello a V il baricentro della vettura, aumentando però l’ingombro
orizzontale.
Inoltre la particolare disposizione dei cilindri richiede complessi
condotti di aspirazione
e scarico rispetto alle
precedenti tipologie di
motore e ulteriori
elementi come testate
e alberi a camme, il
che si traduce in costi
più elevati e maggiore
massa.
motore boxer
fonte: wikipedia
16
fi
ff5.
LA TRASMISSIONE
È
l’insieme di organi meccanici con il compito di trasmettere
la potenza dal motore alle ruote. Vediamo i suoi principali
componenti.
FRIZIONE
Essa permette il
t e m p o r a n e o
disinserimento della
coppia motrice
prodotta dal motore
per permettere il
cambio della velocità
e scollega le ruote dal
motore quando il
veicolo è fermo, fonte: Autoscuola Marche
mantenendo acceso il
propulsore. Il suo
funzionamento rimanda a quello dei freni di un'auto, ma opera
inversamente: i freni sono fermi, e la ruota non viene bloccata
istantaneamente, ma gradualmente grazie all'attrito; similmente la
frizione muove gradualmente un albero fermo o in rotazione a
velocità diversa (da quella dell'albero di trasmissione).
17CAMBIO
Il suo scopo è quello di
poter variare entro ampi
limiti la velocità del mezzo
pur mantenendo il motore
a combustione interna
entro un regime di
funzionamento ottimale
per rendimento, coppia
motrice o potenza. Il
motore a combustione
interna, infatti,
mediamente ha una
velocità di rotazione
compresa tra 600 e
12.000 rpm, mentre la fonte: wikipedia
velocità delle ruote varia
tra zero e 2.500 rpm. Esso
è fondamentale anche perché permette di variare il rapporto tra il
regime motore e la velocità del veicolo, al ne di ottenere una
coppia motrice appropriata alle ruote. Il motore infatti presenta
regimi di rotazione ottimali diversi a seconda che occorra
privilegiare il rendimento chilometrico (generalmente a velocità
costante), la coppia e la potenza potenza.
Si possono distinguere più tipi di cambio:
• Manuale: questo cambio varia il rapporto di trasmissione
tramite una leva che viene mossa, andando a formare la tipica
forma ad "H".
• Sequenziale: non si usa lo schema della leva del cambio ma
la si aziona in due sole direzioni, con ritorno automatico in
posizione di neutro per poter cambiare la marcia, questo
cambio rimane del tipo completamente manuale, difatti
l'azionamento della frizione e il comando del cambio sono
manuali.
18
fiCAMBIO IN FOLLE MARCIA INSERITA
fonte: wikipedia
• Automatico: seleziona il rapporto senza l’intervento del
guidatore a seconda della pressione presente nell’attuatore.
Quest’ultimo, nella con gurazione più classica, è una sorta di
calcolatore idraulico che sfrutta un uido messo in pressione
da una pompa e inserito in un circuito dotato di valvole, le quali
attivano a loro volta un complesso sistema di frizioni e freni.
COPPIA CONICA
Cambia il moto rotatorio
da trasversale a
longitudinale attraverso
ingranaggi calettati
elicoidalmente.
DIFFERENZIALE
Esso è un organo
meccanico che distribuisce
una coppia motrice tra le
due ruote motrici di uno
stesso asse. Nella fonte: wikipedia
percorrenza di una curva la
ruota esterna si trova a
dover seguire una traiettoria di lunghezza maggiore di quella
19
fi
fldella ruota interna: in assenza
di di erenziale una delle due
ruote, essendo esse vincolate,
deve slittare rispetto al piano
di rotazione, provocando
notevole usura del battistrada
ed una minor capacità di
a rontare curve strette. In
presenza del di erenziale,
invece, la ruota esterna gira
più velocemente di quella
interna, senza alcuno
slittamento.
fonte: wikipedia
SEMIASSI
Sono alberi che collegano il di erenziale alle ruote.
fonte: wikipedia
20
ff
ff
ff
ff6.
IL MOTORE A QUATTRO TEMPI A
COMBUSTIONE INTERNA A BENZINA
Il primo a brevettare un motore a quattro tempi a combustione
interna fu l’ingegnere tedesco Nikolaus August Otto (1832-1892).
Come suggerisce il nome stesso del motore, il suo ciclo è
composto da quattro fasi dette anche tempi:
••
1° tempo: aspirazione;
2° tempo: compressione;
••
3° tempo: scoppio ed espansione;
4° tempo: scarico.
Tutto ha inizio nel momento in cui il pistone si abbassa ( no al
punto morto inferiore del cilindro) e la valvola di aspirazione
permette l’introduzione della miscela gassosa comburente (aria)
combustibile (tipicamente benzina, oppure GPL, metano ecc.)
all’interno del cilindro. (La miscelazione di queste due
indispensabili componenti avviene nel carburatore, in cui la
benzina viene vaporizzata nella massa di aria contenuta nello
stesso carburatore)
➡ la miscela gassosa subisce idealmente una espansione
isobara, cioè a pressione costante il volume determinato dalla
testa del pistone all’interno del cilindro aumenta.
21
fiSuccessivamente la valvola di aspirazione si chiude e il pistone
alzandosi comprime la miscela
➡ il gas è quindi soggetto ad una compressione adiabatica,
signi ca che la miscela durante la compressione non scambia
calore con l’ambiente circostante, mentre pressione e
temperatura aumentano.
Quando il pistone giunge al punto morto superiore, la candela
attraverso una scintilla, fa scoppiare la miscela, (negli altri tempi il
pistone si muove utilizzando l’energia cinetica acquistata da
questa fase di scoppio)
➡ lo scoppio aumenta la pressione e la temperature del gas,
che si trova a volume pressoché costante, realizzando quindi
una trasformazione isocora.
L’esplosione spinge il pistone no al punto morto inferiore.
➡ mediante una espansione adiabatica
A questo punto la pressione e la temperatura diminuiscono a
volume costante (parliamo quindi di una trasformazione isocora )
In ne il pistone ripercorre la camera di scoppio,
➡ il volume allora diminuisce a pressione costante (la miscela
subisce una compressione isobara)
alla cui sommità si trova la valvola di scarico aperta, che
permette la fuoriuscita dei gas residui.
I pistoni sono collegati mediante le bielle all’albero motore
(detto anche a gomiti per la sua forma), le bielle sono ssate in
punti detti perni, fra un bilanciere e l’altro dell’albero. Ogni volta
che la testa scorre lungo il cilindro (che presenta un diametro
leggermente più grande di quella del pistone, per permettere il
moto traslatorio al suo interno anche ad alte temperature che
dilatano il materiale di cui è costituito) il suo moto lineare viene
trasmesso all’albero, che compie un moto circolare.
22
fi
fi
fi
fiLe quattro fasi del ciclo di funzionamento del motore appena
descritto si compiono quindi in due giri dell’albero a gomiti.
L’albero a gomiti è inoltre collegato, mediante catene, cinghie
o ingranaggi, all’albero a camme, la loro sincronia determina
l’apertura e la chiusura delle valvole di aspirazione e scarico in
corrispondenza di ogni camera di scoppio. Questa sincronia
prende il nome di tecnico di fasatura. Quindi in conclusione per
ogni giro completo dell’albero motore, l’albero a camme compie
dunque due giri.
23• PRIMO TEMPO: aspirazione. • SECONDO TEMPO: compressione e
scoppio della candela.
• TERZO TEMPO: espansione dopo lo • QUARTO TEMPO: fase di scarico.
scoppio.
247.
IL MOTORE A QUATTRO TEMPI DIESEL
F
u l’ingegnere tedesco Rudolf Diesel (1858-1913), l’inventore
dell’omonimo motore Diesel, che si caratterizza e di erenzia
da un quattro tempi a benzina, dall’utilizzo di gasolio come
combustibile, dalla presenza di un iniettore (al posto del
carburatore) e dalla assenza di candele (si parla infatti di motori
AC: accensione per compressione), l’accensione della miscela
aria-gasolio è infatti spontanea ed è provocata dall’elevata
pressione e temperatura all’interno della camera di scoppio nella
rispettiva fase del suo ciclo caratteristico; benché simile a quello
del ciclo otto, esso si di erenzia proprio nella fase di scoppio che
invece di essere una trasformazione isocora, è una
trasformazione isobara. L’accensione della miscela di un motore
che segue il ciclo Diesel è più lenta di quella di un motore che
segue il ciclo otto,
per questo
idealmente il terzo
tempo del motore è
m e g l i o
rappresentato da
una espansione a
pressione costante.
25
ff
ff8.
IL MOTORE A DUE TEMPI A COMBUSTIONE
INTERNA
F
unziona mediante l’esplosione della miscela (composta da
aria, olio e benzina), ma a di erenza di un motore a quattro
tempi manca degli organi di distribuzione e di lubri cazione.
Questo motore non è quindi dotato di valvole, ma lungo il
cilindro presenta tre luci: una luce S per lo scarico, una luce C che
mette in comunicazione il carburatore con il carter del motore, ed
in ne una luce M che permette il passaggio della miscela dal
carter ai cilindri.
I pistoni di questo tipo di motore presentano un particolare
pro lo chiamato de ettore.
Come suggerisce il nome stesso del motore, il suo ciclo è
composto da due fasi dette anche tempi:
••
1° tempo: combustione-scoppio e espansione-scarico
2° tempo: travaso-aspirazione-compressione
Durante la fase di scoppio, il pistone viene spinto in basso
dalla pressione dei gas, giunto a circa tre quarti della sua corsa
scopre la luce di scarico S e poiché il gas bruciato ha ancora una
certa pressione, esce spontaneamente; successivamente si
scopre anche la luce M attraverso la quale, la miscela esistente
26
fi
fi
fl
ff
finel carter viene spinta nel cilindro dalla pressione che lo stesso
pistone esercita nel carter. Il de ettore del pistone serve ad
evitare che la miscela che entra nel cilindro si mescoli col gas di
scarico che sta ancora uscendo. La miscela entrando nel cilindro
esercita una certa
pressione, che
favorisce l’espulsione
dei gas bruciati.
Dal PMI il pistone
risale e, dopo aver
chiuso con le sue
pareti la luce di
scarico e quella
d’entrata della
miscela, comincia la
compressione.
Dopo un certo
tratto di corsa, il
pistone scopre la
terza luce C attraverso
la quale la miscela la
miscela dal
carburatore entra nel
carter perché
richiamata dalla
depressione che crea
il pistone mentre sale.
Le due fasi del
ciclo di funzionamento
del motore appena
descritto si compiono
quindi in un giro
dell’albero a gomiti.
sezione di un motore a due tempi
fonte: wikipedia
27
fl9.
LE FONTI DI ENERGIA DI UN MOTORE
L’
enciclopedia Treccani de nisce un motore come un
qualsiasi sistema capace di trasformare una forma di
energia qualsiasi in energia meccanica, abbiamo già
approfondito il processo di trasformazione e come venga
impiegata l'energia meccanica ma ora approfondiremo la prima
parte della de nizione: “le forme di energia”.
Due importantissimi principi, precisiamo prima di proseguire
nella trattazione, sono il primo principio della termodinamica che
recita:
La variazione dell'energia interna di un sistema termodinamico
chiuso è uguale alla differenza tra il calore scambiato dal
sistema e il lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente.
Ciò nega, a prescindere dall’avanzamento tecnologico, la
possibilità che esista il moto perpetuo, dato che nessuna azione
viene svolta senza consumo di energia.
E il secondo:
è impossibile un ciclo termodinamico che trasformi tutto il calore
assorbito da una sorgente unicamente in lavoro.
Ciò nega, a prescindere dall’avanzamento tecnologico, la
possibilità di costruire un motore a rendimento 100%, cioè che
utilizzi tutta l’energia fornita solo per produrre energia meccanica.
28
fi
fiUna volta compreso ciò possiamo passare a trattare delle
principali fonti energetiche utilizzate dalle case automobilistiche
per i propri veicoli:
• Benzina
Risultato di un lungo processo di ra nazione del petrolio, è
estremamente volatile e in ammabile. Verrà prediletto nel
corso del ventesimo secolo per poi diventare, per i
consumatori, una delle possibili alternative.
• Diesel
Meno in ammabile e ra nato della benzina questo
combustibile inizierà a essere utilizzato più tardi dato che verrà
richiesta l’elaborazione di un nuovo motore. La maggiore
temperatura di combustione diminuisce la possibilità di
incidenti ma, al contempo, rende impossibile l’utilizzo in motori
a scoppio normali.
• Elettricità
Per quanto sia considerata innovativa e tipica degli ultimi anni,
l’idea di utilizzare energia elettrica risale al lontano 1839.
• Metano
L’utilizzo viene incentivato, a livello statale, per via del minore
impatto ecologico che però viene compensato dal fatto che
abbia bisogno di maggiore attenzione e cura data l’alta
pressurizzazione e in ammabilità del gas.
Oltre a questi sono presenti fonti alternative che per quanto
funzionanti non sono spesso funzionali e per questo non
particolarmente considerate, ad esempio l’idrogeno: il prodotto
della combustione della molecola H2 è l'acqua, per questo
sarebbe un ottima soluzione al problema delle emissioni,
purtroppo però non ci sono, al contrario degli altri combustibili,
grosse riserve di idrogeno che per questo dovrebbe essere
prodotto in laboratorio, processo che purtroppo richiede più
energia di quanta non ne liberi, portando alla paradossale
situazione in cui per produrre energia abbiamo bisogno di
utilizzarne più di quanta se ne ricavi.
29
fi
fi
ffi
fi
ffiMa come si ricava energia da queste fonti?
La liberazione avviene attraverso la combustione del
carburante, la combustione è un processo che avviene in
moltissime circostanze, banalmente è il processo che da vita al
fuoco. Ad esempio per il metano, la combustione avviene
secondo la seguente reazione:
CH4 + 2O2 → CO2 + H2O,
che può essere letta come:
CH4 una quantità di metano
+ 2O2 più 2 volte la stessa quantità in ossigeno
→ producono
CO2 anidride carbonica
+ H2O e acqua
In questo processo viene liberata energia che verrà poi
utilizzata per lo spostamento del veicolo.
Non viene inserito però ossigeno puro nel motore, ma aria e
per questo la reazione ideale sopra rappresentata può subire
delle variazioni, da notare che i prodotti sono molto più inquinanti
di quelli sopra riportati, tra i più pericolosi vi sono il monossido di
carbonio (CO) e i vari ossidi di azoto (NOx) entrambi altamente
tossici per l’uomo e l’ambiente.
30Uno schema per una facile comprensione di questo processo
è il triangolo della combustione:
FO
TE
NT
EN
ED
UR
’IN
MB
NE
CO
SC
O
COMBUSTIBILE
• il comburente
è solitamente l’ossigeno ma, come detto prima, non sempre si
ha a disposizione ossigeno puro
• il combustibile
elencati prima, sono la fonte di energia
• la fonte d’innesco
la reazione richiede una piccola spinta per avvenire e questa
viene data dalla fonte di innesco, nel caso del motore
solitamente una scintilla, dopodiché la combustione si
autoalimenta.
Nel momento in cui manca uno di questi elementi non avviene
la combustione. I rapporti combustibile/comburente variano in
base al combustibile, ad esempio con la benzina c'è un rapporto
1/14,6, proprio questo rapporto può estremamente modi care
l'e cienza e le prestazioni di un motore, bruciando le esatte
quantità si rischia di avere una presenza eccessiva di materiale
incombusto, nel momento in cui si ha troppa aria la miscela è
detta “magra” si ha un buon rendimento ma poca potenza, nel
caso in cui si avesse più combustibile la miscela viene detta
“grassa” si ha la maggiore potenza ma un grande consumo. non
bisogna però esagerare dato che si rischia di diminuire i bene ci
o addirittura di non far avvenire la combustione.
31
ffi
fi
fiAppurata l’importanza del comburente nella combustione e la
sua in uenza sui prodotti viene naturale una domanda:
In che modo avviene l’inserimento nella miscela del
comburente?
In passato era il carburatore la soluzione al problema: una
volta arrivato il combustibile al carburatore si apriva una piccola
valvola che permetteva il passaggio dell’aria, da qui si passava ai
pistoni, per quanto funzionasse era impossibile fornire quantità
precise d’aria e quindi non si riusciva a ottenere la resa massima.
La soluzione moderna?
Una centralina monitora tutte le variabili e “inietta”,
direttamente nel pistone, la giusta quantità d’aria ottenendo la
massima resa
32
fl10.
LA DISTRIBUZIONE
Gli organi di distribuzione sono l'insieme degli organi
meccanici predisposti al controllo dei gas che entrano ed escono
nei cilindri. Esso lavora dunque accoppiato al sistema di
alimentazione che lo comanda in funzione delle esigenze di
motricità del veicolo. Questo sistema è usato principalmente sui
motori a quattro tempi.
La distribuzione comprende:
•• valvole di aspirazione;
valvole di scarico;
••albero a camme;
punteria.
VALVOLE DI ASPIRAZIONE
Esse hanno il compito di immettere miscela all’interno dei
cilindri ed evitare che questa torni indietro.
Ci sono diversi tipi di valvole e la più comune è la valvola a
fungo che sfrutta la rotazione del motore attraverso sistemi di
rinvio citati prima (alberi a camme, bilancieri, ecc.).
Le valvole d'aspirazione a fungo nei motori aspirati sono
generalmente più grandi rispetto alle valvole di scarico, per
favorire un miglior riempimento del cilindro; nei motori
sovralimentati hanno invece generalmente la stessa grandezza di
33quelle di scarico, data la
minore necessità di favorire
l'aspirazione del motore. Nei
modelli sportivi
turbocompressi viene anche
utilizzato un sistema a ussi
incrociati, dove le valvole
d'aspirazione sono
posizionate in modo
alternato con quelle di
scarico.
valvole di aspirazione e di scarico
VALVOLA DI SCARICO fonte: wikipedia
Ha il compito di svuotare
il cilindro di tutti i gas di
scarico causati dalla combustione. Come la valvola di aspirazione
anch’essa ha diverse tipologie tra cui la più nota cioè quella a
fungo.
ALBERO A CAMME
L'albero a camme viene azionato dall'albero motore rispetto al
quale ruota (nel motore a quattro tempi) a velocità angolare
dimezzata e al quale è generalmente collegato tramite catena o
cinghia. Esso comanda l'apertura e la chiusura delle valvole
attraverso la rotazione delle cosiddette “camme”, che possiedono
un eccentricità che ruotando spinge la valvola aprendola. Gli
alberi a camme, dato che decidono quando e quanto devono
aprirsi le valvole, sono di grande importanza per le prestazioni dei
motori. Il variatore della fase di distribuzione, infatti, posto di
norma su entrambi i lati, permette di variare il tempo di apertura
della valvola. Aumentandolo, si ha un maggiore riempimento della
camera di combustione con conseguente aumento di potenza e
coppia motrice. La variazione della fase di scarico, invece,
permette di aumentare l'incrocio valvole, ovvero la fase in cui
sono aperte contemporaneamente (dopo lo scoppio della
34
flALBERO A CAMME BILANCIERE BILANCIERE ALBERO A CAMME
miscela) sia le valvole di
aspirazione sia quelle di
scarico, in modo che i
gas incombusti vengano
espulsi dalla camera
grazie all'entrata della
nuova miscela. In questa
fase si perde una piccola
percentuale di miscela,
ma il vantaggio che se
ne ricava è un forte
lavaggio della camera di
combustione, che così fonte: wikipedia
ad ogni scoppio è
sempre "pulita" e
ra reddata a dovere.
PUNTERIE
La punteria è l'insieme degli elementi meccanici che sono
frapposti tra l'albero a camme e le valvole di un motore a
combustione interna. Questi elementi trasmettono il movimento
rotatorio della camma, trasformandolo nel movimento lineare
alternato della valvola a fungo, comandandone così l'apertura e
chiusura. Il sistema consente la regolazione dei giochi di
tolleranza dei vari componenti per la dilatazione termica dei
materiali impiegati, indotta dalle variazioni di temperatura del
motore, ed evita che la valvola si pieghi sotto l'azione della
camma e che ci sia interferenza tra i vari elementi di richiamo e
azionamento.
Gli elementi che normalmente compongono la punteria sono:
•• Bilancieri (con o senza registro);
Aste;
••Bicchierini;
Dischi spessore.
35
ff11.
LA SOVRALIMENTAZIONE
S
ovralimentare un motore
signi ca introdurre nei
cilindri una massa di aria e
quindi anche di combustibile,
superiore a quella che un motore
ad aspirazione naturale sarebbe in
grado di fare. Per mezzo della
sovralimentazione è dunque
possibile aumentare la potenza di
un motore senza variare la turbocompressore o turbocharger
cilindrata ed il numero di giri, fonte: autodoc
oppure ottenere la stessa potenza
con una cilindrata minore e quindi
con un motore di dimensioni e
peso inferiori.
I principali sistemi di
sovralimentazione sono due: turbo-
compressore e super-charger.
TURBOCOMPRESSORE
Lo scopo del turbocompressore
è comprimere l'aria per ossigenare supercharger
meglio la reazione di combustione fonte: aliantech
36
fidel carburante nel motore. Inizialmente il turbocompressore
veniva usato negli aerei per normalizzare la quantità di ossigeno
che arrivava al motore, in quanto ad alta quota la densità dell'aria
diminuiva.
Per capire come funziona un turbocompressore partiamo
dividendolo in due parti: la parte calda e la parte fredda.
Riconoscerle è abbastanza semplice, la parte calda è più scura o
“arrugginita” per il fatto che il calore alla quale è sottoposta
accelera il processo di ossidazione del metallo. La parte calda è
collegata al motore e al suo interno scorrono i gas di scarico della
combustione, che fanno girare una piccola elica per iniziare a
comprimere l’aria.
La piccola ventola comprime quindi l’aria fresca dall’esterno e
la fa passare attraverso un pezzo fondamentale del “turbo kit”,
cioè l’intercooler. L’aria quando viene compressa tende a scaldarsi
e perdere densità per il fatto che le particelle sono tutte
addensate e ricche di energia. L’intercooler serve proprio come
suggerisce il nome a ra reddare le particelle dell’aria per farla
diventare ancora più densa e compressa.
(L’intercooler consiste in una griglia molto sottile che fa passare
più aria possibile vicino ai tubicini con l’aria da ra reddare, e può
essere messa davanti alla vettura come nell’immagine oppure
sotto una presa d’aria sul cofano.)
Purtroppo il turbo ha anche dei difetti, principalmente il
turbolag. Questo problema non è altro che un periodo di tempo
che il turbocompressore impiega prima di entrare in funzione, ed
è dovuto al fatto che c’è bisogno della combustione del motore
prima che i gas di scarico facciano attivare il turbo. La soluzione a
questo problema si trova usando PIÙ TURBO!!!!
Inizialmente per risolvere il problema si è passati a usare due
turbine più piccole, che insieme generano abbastanza potenza
ma essendo piccole si avviano in meno tempo, poi si è passati ad
un doppio-turbo “sequenziale”. Questa con gurazione permette
di usare il compressore piccolo per dare potenza al motore no a
37
ff
fi
ff
fiparte fredda parte calda
fonte: aliexpress fonte: aliexpress
quando il compressore grande riesce a sostituirlo e avviarsi con i
gas di scarico. La di erenza fra il doppio-turbo normale e quello
sequenziale è che in quello normale le due turbine mandavano
l’aria alle parti opposte del motore invece che a quelle più vicine,
per bilanciare automaticamente la potenza che il motore riusciva
a ricevere. Questo però creava un altro problema, ovvero il fatto
che le turbine avevano bisogno di dei tubi più lunghi per portare
l’aria al motore, e si creava un nuovo tipo di “lag”. L’uso del
doppio-turbo sequenziale deriva dal bisogno di eliminare anche
questo piccolo tipo di lag, in quanto le due turbine non sono
collegate alle parti opposte ma semplicemente si alternano per
dare il massimo della potenza complessiva al motore.
In ogni caso la soluzione più e ciente è il “sistema anti-lag”, e
si divide in due tipi:
il primo tipo di anti-lag si chiama “throttle bypass”, e in questo
sistema la piastrina dell’acceleratore (throttle plate) resta sempre
parzialmente aperta. In questo modo ritardando la combustione
del carburante lo scoppio fa girare l’elica del turbocompressore
anche quando non schiacciamo il pedale.
Il secondo tipo invece è detto “rally style” anti-lag, e consiste in
una valvola di sfogo prima della piastrina dell’acceleratore che
direziona il usso di aria compressa quando non schiacciamo il
pedale. Il usso d’aria va a sfociare direttamente sulla turbina
38
fl
fl
ff
ffimantenendola in funzione e impedendole di fermarsi per avere il
turbo pronto quando si accelera.
Grazie al sistema anti-lag e allo scoppio ritardato del
carburante si ottiene anche un altro e etto, ovvero le ammate
dallo scarico della vettura. Essendo che lo scoppio avviene
all’interno del lato caldo del turbo la ammata percorre tutto lo
scarico (che vi è collegato) per uscire in fondo al tubo.
SUPERCHARGER
Il sistema Supercharger, usa un compressore volumetrico,
azionato tramite un collegamento meccanico al motore, di cui
sfrutta l’energia. Essenzialmente è composto da due o tre lobi
avvitati che comprimono l’aria in aspirazione. Esistono vari tipi di
superchargers: a lobi, composti appunto da lobi che comprimono
l’aria in aspirazione, viene azionato da una cinghia collegata
all’albero motore; esiste il volumex, una variante del compressore
a lobi, utilizzato soprattutto nelle competizioni. Brevettato dalla
Abarth, è stato utilizzato su auto da rally come la Lancia 037,
Lancia delta S4 e sul Peugeot 205 t16 EVO 2, accoppiato ad un
fonte: motorlove
39
fi
ff
fidisegno illustrativo funzionamento di dreamstime
(rosso = gas di scarico, blu = aria fresca)
turbocompressore KKK. Il supercharger a vite può essere
considerato un’evoluzione di quello a lobi, infatti in questa
variante i lobi hanno un’inclinazione molto accentuata. Esiste poi il
supercharger a palette, costituito da una girante posta in modo
eccentrico in un cilindro: la girante, dotata di palette, ruotando
spinge aria verso una parte del cilindro. È larghissimo uso in
America, dove scarseggiano i motori diesel, e recentemente è
tornato in voga anche in Europa. Viene usato principalmente nei
motori alimentati a benzina, a causa delle alte temperature dei
gas di scarico, che sottoporrebbero a elevato stress termico un
turbocompressore. La semplicità di questo sistema, data
dall’azionamento tramite collegamento meccanico al motore, è
tuttavia anche un suo limite, infatti, all’aumentare del regime di
rotazione la sua e cienza diminuisce, contrariamente a quanto
avviene per il turbocompressore. L’attuazione del compressore
tramite un motore elettrico separato elimina questo problema e
riduce anche l’assorbimento di energia.
40
ffi12.
LA POWER-UNIT IN FORMULA1
D
al 2014 in F1 non si parla più di semplici motori endotermici,
ma di Power-Unit, sistemi ibridi in cui vengono integrati più
elementi: macchine termiche e motori elettrici. Si tratta di un
vero e proprio concentrato di tecnologie innovative e
interessantissime, sviluppate dagli ingegneri di alcune case
automobilistiche in seguito alle modi che introdotte dalla FIA nel
regolamento, che limitavano la quantità di benzina utilizzabile in
gara da ogni vettura, al ne di limitare i consumi e le emissioni.
Fornendo la stessa quantità di carburante a ciascuna pilota, il
team deve quindi trovare la strategia e le tecnologie più e cienti
per estrarne la massima quantità di energia nel tempo.
Come spiega Fabrice Lam capo dell’unità Powertrain (che in
inglese signi ca propulsore) della FIA:
“It’s vital to use our resources with
care. The game is still to go fast, but
to go fast spending less – less
money and less energy. This ratio,
between result (speed) and
consumption (finance, fuel and
resources) is called efficiency. In
future the best car in Formula One
will be the most efficient. This is
what the new power unit regulations
are designed to promote.”. PU Ferrari
fonte: Of cialSite
41
fi
fi
fi
fi
ffiTradotto:
“È vitale usare le nostre risorse con cura. Il gioco/l’obiettivo è
ancora quello di andare veloci, ma spendendo/utilizzando meno
– meno soldi e meno energia. Questa proporzione tra risultati
(misurabili in velocità) e consumi (in termini finanziari, di benzina
e risorse) è chiamata efficienza*. In futuro la migliore macchina
in Formula Uno sarà la più efficiente. Questo è ciò che le nuove
normative sulle power-unit mirano a promuovere.”.
Di fatto sin dal primo anno, nel 1950, il campionato di F1 ha
sempre cercato di superare i limiti preposti, facendosi pioniera di
nuove tecnologie - come se fosse un laboratorio e i piloti, i
meccanici e gli ingegneri gli sperimentatori - tanto che alcune di
esse sono state poi trasferite ed applicate anche alle vetture di
tutti i giorni.
Una Power-Unit è costituita da numerosi elementi, i principali
sono:
• Motore a combustione interna e iniezione diretta (ICE,
Internal Combustion Engine);
• Turbo-Charger (TC), il turbo-compressore;
• MGU-K, Motor Generator Unit – Kinetic;
• MGU-H, Motor Generator Unit – Heat;
• ES, Energy Store;
• ECU, Electronic Control
Unit, regola erogazione ed
assorbimento dell’energia.
Turbocompressore come
suggerisce il nome stesso è
costituito da: una turbina,
detta anche “parte calda”, che
sfrutta i gas di scarico che gli
PU Mercedes
vengono indirizzati per
fonte: YouTube
muoversi; e un compressore,
42detto anche “parte fredda”, messo
in movimento dalla turbina e la cui
funzione è quello di iniettare aria
compressa all’interno del motore.
Prima di analizzarle i due
protagonisti delle PU, è
opportuno speci care che
entrambe possono funzionare sia
da motore (cioè trasformano
PU Mercedes l’energia fornitagli in lavoro) che
fonte: F1World da generatore (fornitori di energia,
che ricavano dal movimento).
La MGU-H sfrutta l’energia termica dell’aria calda che il
compressore non riesce a utilizzare. Questa energia viene
convertita in corrente continua da una centralina e immagazzinata
nelle batterie (ES).
Quando il pilota schiaccia l’acceleratore, la MGU-H sfrutta
l’energia immagazzinata nella ES, al ne di incrementare la
velocità della turbina del TC*1; annullando il cosiddetto turbo lag
(momento in cui la rapida richiesta di potenza da parte del pilota
non può essere supportata dal motore senza il supporto di ERS).
PU disposizione nella monoposto
fonte FIA
43
fi
fiIn questo senso la MGU-H non funge solo da generatore, ma
anche da motore, facendo ruotare il turbocompressore anche in
fase di decelerazione ad ottimi regimi. Tutto questo si traduce in
una migliore reattività in uscita da una curva e in una riduzione di
consumi.
La MGU-K*2, collegata all’albero motore, recupera durante la
fase di frenata l’energia cinetica. Quando il pilota accelera, la
MGU-K preleva/richiede l’energia accumulata nell’ES e la
trasmette all’albero motore, fornendo una potenza aggiuntiva di
circa 160 cavalli all’albero motore e di conseguenza alle ruote.
In sintesi una PU si compone essenzialmente di un motore a
benzina turbocompresso (l’aria è immessa nei cilindri
sottopressione, in modo che ad ogni ciclo venga bruciato più
carburante e si ottenga più potenza) e altri dispositivi ERS (Energy
Recovery System), appunto nalizzati al recupero dell’energia
ancora utile alla monoposto, rendendola molto e ciente. Se infatti
il rendimento di una vettura di F1 nel 2013 si aggirava intorno al
30%, nel 2020 questa percentuale è salita no al 55%,
annoverando la PU fra uno dei motori più e cienti mai sviluppati.
In generale, le vetture dotate di motori elettrici ausiliari che
lavorano in parallelo a motori endotermici seguono un particolare
ciclo termodinamico, detto ciclo di Atkinson-Miller.
Essendo i motori di F1 piuttosto particolari, anche il loro ciclo
termodinamico lo sarà. Infatti questi non seguono un comune
ciclo otto, ma un ciclo detto di Atkinson-Miller.
Power Unit energy ow
44
fl
fi
ffi
ffi
fi13.
IL CICLO DI ATKINSON-MILLER
Nel 1882, a distanza di pochi anni dall’a ermazione del ciclo
Otto, l’ingegnere britannico James Atkinson pensò ad un motore
con la corsa di espansione di erenziata rispetto a quella di
compressione, brevettò allora un motore piuttosto complicato che
trovò una applicazione pratica solo tempo dopo; precisamente nel
1957, grazie all’ingegnere americano Ralph Miller, che riuscì a
studiare una fasatura particolare per rendere il “sogno” di
Atkinson “realtà”.
L’aspirazione è uguale a quella di un comune ciclo otto. Mentre
durante i primi istanti della compressione la valvola di aspirazione
viene lasciata aperta, questo crea così una variazione di volume
quasi costante e parte dell’aria aspirata si conduce nel condotto
di aspirazione grazie alla valvola aperta. Di conseguenza ci vuole
una quantità di energia minore, rispetto al ciclo di otto, per
comprimere l’aria aspirata (il vantaggio sta poi nell’utilizzare
l’energia cinetica dell’albero motore risparmiata nella fase di
espansione).
45
ff
ffPer e etto di questa di erenza tra rapporto di compressione e
espansione, il rendimento termodinamico è maggiore: perché
nella corsa di espansione no al raggiungimento del PMI, la
pressione residua nel cilindro è inferiore e quindi all’apertura della
valvola di scarico ci sarà una minor quantità di gas in pressione, in
più la temperatura del uido sarà inferiore e quindi sarà minore il
calore disperso durante lo scarico, fattore determinante per
quanto riguarda il rendimento.
ciclo di Atkinson-Miller (in blu) messo a confronto con il ciclo otto (in nero)
46
ff
ff
fl
fi14.
IL RAFFREDDAMENTO DEL MOTORE
D
urante il funzionamento, nelle camere di scoppio si
sviluppano temperature molto elevate per cui il motore non
potrebbe funzionare se non fosse ra reddato mediante una
circolazione di aria o di acqua.
I primi sistemi di ra reddamento erano costituiti dalla presenza
di acqua che andava nel motore, tramite un condotto che la
portava al radiatore, dove si ra reddava con l’aria ricavata dal
movimento del veicolo.
Questo sistema comportava però una serie di svantaggi
••Un Tempo di riscaldamento eccessivo.
La bassa temperatura del motore durante la stagione
fredda.
I motori moderni invece
sfruttano un altro tipo di
meccanismo, che consiste
nello scambiare l’acqua con
un miscuglio di acqua e
additivo, che ha la funzione
di antigelo, hanno un punto
di ebollizione più elevato e
proteggono i componenti
del motore e del sistema di
ra reddamento dalla sistema di raffreddamento ad aria
47
ff
ff
ff
ffcorrosione.
Il miscuglio che viene poi immesso nel motore ha un punto di
ebollizione più elevato, dovuto anche al fatto che il
ra reddamento viene fatto ad una pressione diversa dall’esterno.
Con il passare del tempo lo spazio del vano motore sta
diminuendo e la quantità di calore da dissipare sta aumentando
rendendo il sistema di ra reddamento una parte fondamentale
del motore, ma deve anche consumare meno spazio possibile.
I requisiti di un moderno sistema di ra reddamento sono:
•• Fase di riscaldamento ridotta
Rapido riscaldamento dell'abitacolo
•• Consumo di carburante ridotto
Più lunga durata dei componenti
Tutti i sistemi di ra reddamento del motore sono costituiti dai
seguenti componenti di base:
•• Radiatore del liquido di ra reddamento
Termostato
••Pompa liquido di ra reddamento (meccanica o elettrica)
Serbatoio di compensazione (serbatoio di espansione)
••
Condotti
Ventola del motore (azionata a cinghia trapezoidale o di tipo
Visco®)
•
Sensore di temperatura (controllo del motore con
indicatore)
FUNZIONAMENTO
Il calore generato dalla combustione del carburante, che si
trasmette ai componenti del motore, viene ceduto al liquido di
ra reddamento, il quale, circolando nel sistema, lo cede all'aria
esterna ra reddandosi. Una o più ventole (ad azionamento
meccanico o elettrico), installate a monte o a valle del radiatore
(cioè rispettivamente prima e dopo il radiatore), facilitano il
processo di ra reddamento. Esse si attivano in particolare quando
il veicolo procede a marcia lenta o è fermo.
48
ff
ff
ff
ff
ff
ff
ff
ff
ff15.
LA LUBRIFICAZIONE DEL MOTORE
T
utte le parti in movimento del motore devono essere
ricoperte da olio, che serve a ridurre al minimo l'attrito ed il
consumo.
L'olio è contenuto in una coppa che si trova nella parte
inferiore del motore, in cui è sistemata una pompa a ingranaggi
che aspira l'olio e lo spinge a pressione all'interno dell'albero del
motore che sarà
lubri cato, in ne l'olio in
esuberanza attraverso
appositi canali ritorna
nella coppa, ovviamente
dopo aver superato un
ltro e delle valvole di
sicurezza che escludono
possibili ri uti.
In ne è presente una
valvola di mandata e di
non ritorno, si tratta di
una valvola a membrana
situata all'entrata del
ltro la quale si abbassa
quando il motore è in sistema di lubri cazione di un motore
moto, facendo si che fonte: transportlearning
49
fi
fi
fi
fi
fi
fi
filiquido giunga al motore, mentre quando si spegne la membrana si solleva e chiude la comunicazione con la coppa, evitando di scaricare l'olio dalle canalizzazioni del motore. A regolare la pressione c'è una valvola sistemata sulla pompa che evita che l'olio raggiunga pressioni troppo elevate, inoltre a segnalare la pressione dell’olio è disposto un manometro. Praticamente tutte le vetture sono dotate di una spia sul cruscotto (nel caso delle macchine) o sulla strumentazione (nel caso delle moto), che si illumina quando vi è una mancanza totale di olio o ve ne circola troppo poco per il corretto funzionamento del motore. 50
16.
L'ESPRESSIONE DELLE PRESTAZIONI DI UN
MOTORE
L
a potenzialità di una vettura viene principalmente espressa
mediante due grandezze derivate: la cilindrata e i cavalli
motore.
La cilindrata di un motore è soprannominata anche cubatura,
dal momento che viene misurata in centimetri cubici (spesso
abbreviati in cc), sta ad indicare la capacità di pompaggio del
motore, ovvero il volume complessivo (ottenuto sommando la
cubatura di ogni cilindro) di carburante che esso è in grado di
pompare.
Il numero di cavalli indica la potenza che un motore può
esprimere. Si tratta di una grandezza storica, nata quando in
Europa si di usero le prime macchine a vapore, durante la prima
rivoluzione industriale (XVIII secolo), per dare un’idea alle persone
della potenza dei nuovi macchinari, essa veniva comparata con il
numero di cavalli (animali) necessari per compiere lo stesso lavoro
meccanico nel medesimo intervallo di tempo (si tratta di una unità
di misura non completamente a dabile, dal momento che vi sono
numerose variabili impossibili da controllare legate ai cavalli).
Le diciture (non equivalenti) con cui solitamente si esprimono i
cavalli motore sono: cavalli [CV] o horse power [Hp], dove 1 CV
51
ff
ffiequivale circa a 0.98 Hp. Si utilizzano anche i Watt, grandezza derivata [Nm/s] riconosciuta dal Sistema Internazionale di misura (S.I.), dove 1 kW corrisponde a circa 1.36 CV. 52
17.
TIPOLOGIE DI MOTORI NELLA MOTOGP
Attualmente, nel motomondiale 2021, le moto presentano due
tipologie di motore:
•• 4 cilindri in linea (adottati dalla Yamaha e dalla Suzuki)
4 cilindri a V (montati su Ducati, KTM, Aprilia e Honda)
Tutti in comune, hanno la caratteristica di essere dei 4 tempi, di
1000 cc.
Il motore in linea è il più semplice ed economico fra i due da
progettare e costruire,
come abbiamo già
detto i cilindri sono
allineati, i quattro
pistoni si muovono
tutti nella stessa
direzione e sono
montati su una sola
biella.
Nel motore a V i
cilindri sono allineati
su due piani distinti,
dette bancate, con un Joan Mir in sella alla sua Suzuki RR-GSX dotata di
angolo variabile da motore in linea
casa a casa fra essi fonte: SkySport MotoGP
compreso
53Andrea Dovizioso in sella alla sua DesmoSedici con motore desmodromico a V
fonte: SkySport MotoGP
È più di cile
rispetto al
precedente da
progettare e
costruire, per il
sistema di
aspirazione e
scarico e per la
duplice presenza di
componenti, che ne
aumenta i costi.
Francesco Bagnaia sulla sua DesmoSedici 2021 con
La con gurazione motore desmodromico a V
a V ha il vantaggio di fonte: SkySport MotoGP
presentare un albero
54
fi
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