Soluzioni per la mobilità. Quale scegliere?

Di recente, a causa del blocco del traffico per le auto diesel precedenti all’Euro 3, mi sono ritrovato a fare due conti sul tipo di mezzo che potrebbe fare al mio caso, sotto il profilo economico, per i soliti spostamenti.

Auto con motore a benzina

Il prezzo della benzina aumenta sempre di più e, quando cala, ce ne accorgiamo poco perchè l’Euro vale meno. Così spesso si è portati a pensare che la benzina sia un carburante sconveniente per il portafogli ma aspettate di leggere tutte le opzioni successive per una panoramica più completa. Le auto a benzina (con motore aspirato) percorrono in genere meno chilometri con un litro di carburante rispetto alle sorelle a gasolio. Anche la durata del motore in termini di “centinaia di migliaia di chilometri di vita utile” sembra essere inferiore a quella dei motori a gasolio. Nonostante ciò va sottolineato che, generalmente, l’auto a benzina ha un costo minore d’acquisto a parità di cilindrata ed anche gli interventi di manutenzione hanno costi minori. Potreste avere pertanto una spesa minore all’acquisto, un maggiore consumo di carburante per percorrere 100 km ed un minore costo per la manutenzione rispetto ad un motore diesel.

 Non avete infatti costosi impianti di alimentazione: pompe del gasolio da oltre 1000-2000 euro da sostituire, iniettori particolari, centraline specifiche installate sulle pompe del gasolio, ecc. Non avete inoltre costosi sistemi ausiliari per abbattere l’inquinamento (indipendentemente dal fatto che funzionino o meno, sulle auto a gasolio ci sono, si consumano, si rompono e costano). Non avete infine organi del motore e della trasmissione con dimensionamenti abbondanti per reggere le maggiori sollecitazioni (anche questi, in caso di rottura o consumo, costano di più).

Auto con motore a gasolio

Una vettura a gasolio garantisce una percorrenza, a parità di cilindrata, maggiore rispetto ad una vettura alimentata a benzina. Anche il costo del gasolio, seppur di poco, risulta inferiore al costo della benzina. Una volta la differenza era molto più evidente, poi tutti hanno comprato l’auto diesel e “tac”: aumenta la richiesta (domanda), aumentano le soluzioni offerte dai costruttori ed aumentano i problemi legati a difetti di progettazione e produzione. Con l’auto diesel avreste quindi una maggiore spesa all’acquisto, un minore consumo  e costo del carburante per percorrere 100 chilometri, un maggiore costo per la manutenzione (anche se a chilometraggi in genere molto elevati) rispetto ad un motore a benzina. Non vanno dimenticati, inoltre, i maggiori problemi legati alle restrizioni sulla circolazione in città a causa del maggiore inquinamento indotto da questa tipologia di motori.

Auto con motore a metano

Una vettura alimentata con motore a benzina/metano offre senza ombra di dubbio un risparmio. Ma un risparmio di che tipo? Il risparmio garantito dai motori a metano assomiglia ad un prestito preso in banca: inizialmente hai tutto il capitale e paghi una piccola rata, ma ci sono gli interessi da mettere in conto. Il motore a metano, in molti casi, è così. Traduco in termini tecnici assolutamente oggettivi e indipendenti da quelle che sono le mie opinioni personali. Il motore alimentato a metano è sottoposto a notevoli sollecitazioni termiche. Sebbene sia vero che smontando la testata di un motore alimentato a metano si trovino gli organi interni piuttosto puliti e privi di residui carboniosi, è opportuno tenere conto del fatto che il calore che si sviluppa durante la combustione è più elevato rispetto a quello che si sviluppa dalla combustione della benzina. E’ noto che i metalli “invecchiano” a causa del calore. Un maggior calore implica un maggior rischio di rottura della testata d’alluminio specie se questa presenta difetti di fonderia quasi impossibili da scoprire se non dopo la rottura. Ma non solo. Valvole e sedi valvole di una testata di un motore a metano sono soggette a sollecitazioni paragonabili solo a quelle di una potente auto da corsa il cui motore viene smontato e revisionato al termine di ogni gara. Le valvole e le sedi valvole, a causa del forte calore sviluppato durante la combustione, tendono a microsaldarsi tra loro e ad erodersi. Anche la guarnizione della testata risulta particolarmente sollecitata e soggetta a rotture. Rotture che portano al trafilaggio di acqua e olio in camera di combustione con un’ingente quantità di danni che ne derivano. Insomma, con un veicolo alimentato a metano avreste quindi una maggiore spesa all’acquisto, un minore consumo  e costo del carburante per percorrere 100 chilometri, un maggiore costo per l’assicurazione ed un maggiore costo per la manutenzione in caso di rotture (a chilometraggi variabili a seconda dello stile di guida del conducente) rispetto ad un motore a benzina. Anche in questo caso sta a voi fare i conti ed il bilancio su come, dove e cosa risparmiare o  spendere di più (prima o dopo…). Attualmente il prezzo del metano è di circa 0,900 Euro al chilogrammo e, alimentando un motore 1100cc da circa 50 cavalli, permmette una percorrenza di circa 20 km/kg. Con una spesa di 10 Euro è pertanto possibile percorrere circa 222 km con una piccola utilitaria.

Auto con motore a gpl

La rete di distribuzione del gpl è molto più vasta di quella del metano. Questo evita strani spostamenti per raggiungere una stazione di metano o peggio, l’impossibilità di muoversi in piena libertà per lunghissime percorrenze. Eccezion fatta per questo, i motori alimentati a gpl presentano problemi simili ma a quanto pare, in misura minore, rispetto a quelli alimentati a metano. Presso le officine di meccanica di precisione e rettifiche arrivano molti più motori danneggiati alimentati a metano rispetto ai motori alimentati a gpl. Questo però non deve essere preso come un dato definitivo in quanto è difficile fare una statistica vera e attendibile delle proporzioni. Per quanto riguarda la mia personale esperienza nell’ambito del motorismo ho visto una miriade di motori a metano che hanno subìto importanti danni per via del tipo di combustione e, molto più raramente, motori a gpl. Tuttavia questo dato non è attendibile in quanto si può ipotizzare che nella mia zona le vendite di veicoli alimentati a gpl siano state di gran lunga inferiori a quelle di veicoli alimentati a metano. Ciò che è oggettivo, invece, è l’obbligo di sostituire il serbatoio del gpl (ogni 10 anni) con una spesa che può arrivare sino a 2000,00 Euro. Di fatto questo intervento annulla gran parte del risparmio ottenuto sul carburante. Attualmente il prezzo del gpl è di 0,780 Euro al litro e, alimentando ad esempio un motore 2000cc da circa 140 cv, permette una percorrenza di circa 11 km/litro. Con una spesa di 10 Euro è pertanto possibile percorrere circa 141 km su una vettura di gamma media.

Auto con motore elettrico

Le auto con motore elettrico sono molto più semplici di quelle mosse da motori a combustione interna. Anche i motori elettrici hanno costi drasticamente minori rispetto ai motori a combustione interna. Inoltre la manutenzione è praticamente assente, fatta eccezione per cuscinetti, cavetteria, ecc. Quello che rende le auto elettriche così costose è la scarsa diffusione e l’elevato costo delle batterie. Un costo che non è solo di acquisto ma anche di smaltimento e riciclo (per quanto possibile) al termine della vita utile. Così, auto elettriche dalle prestazioni di tutto rispetto del calibro di Tesla Roadster o la Tesla Model S (oltre 400 chilometri con una ricarica che con il booster può essere ridotta a soli 40 minuti per ottenere l’80% dell’autonomia totale), hanno prezzi rispettivamente di circa 85.000 Euro e circa 47.000 Euro. Inutile dire che, anche se nel secondo caso la vettura costa circa la metà pur restando al top, il prezzo di acquisto risulta proibitivo per una normale famiglia, la manutenzione è pari a zero eccezion fatta per le normali gomme, freni, ecc. ed i costi per il carburante (in questo caso l’energia elettrica) sono decisamente bassi (soli 7 euro a pieno in caso di ricarica tramite rete elettrica di casa) specie se la ricaricate con un vostro personale pannello fotovoltaico che vi libera da tasse governative, accise, rincari carburante… Anche l’assicurazione, per il momento, trae beneficio dalla trazione elettrica ma, come sappiamo, i costi fanno sempre in tempo a salire e non hanno mai tempo di scendere. Il bollo, in alcune regioni, rimane gratuito a vita.

Auto con motore ibrido

In proporzione alla resa, le attuali auto ibride, hanno costi troppo elevati. Se ad esempio io spendessi 26.000 Euro per una nota ibrida nipponica, al fine di percorrere 20 km/litro, andrei in contro ad una spesa che non mi porta alcun vantaggio economico dato che con la mia normale auto turbodiesel percorro 17 km/litro e che, per arrivare a soli 3 km/litro in più dovrei spedere 26.000 Euro per avere una vettura di analoga stazza e comfort. Spendere meno è in alcuni possibile ma orientandosi su veicoli di minore stazza e sacrificando l’abitabilità (cosa non sembre possibile per motivi di lavoro/famiglia).

Auto con motore ibrido plug-in

Le nuove vetture ibride plug-in che stanno per essere immesse sul mercato (vedi ad es. la nuova Opel Ampera) costeranno oltre 42.000 Euro e l’autonomia in modalità elettrica sarà decisamente limitata. A questo punto allora perchè non acquistare, con una spesa molto simile, una Tesla Model S? La Tesla Model S vanta 480 chilometri di autonomia, un’accelerazione da 0 a 100 km/h in soli 5,6 secondi*, una linea da vera ammiraglia e la bellezza di 7 posti di cui 5 per adulti e 2 aggiuntivi per bambini. Inoltre il primo cambio di batterie, dopo 10 anni, è compreso nel prezzo di acquisto e, grazie alla comunicazione satellitare presente nell’abitacolo, potete avere assistenza tecnica “in diretta” per ogni eventuale problema.

*Le prestazioni sono comunque largamente limitabili e modificabili in tutta sicurezza grazie alla centralina elettronica ed al display posto nell’abitacolo in modo tale che i vostri figli possano guidare un’auto che abbia una velocità limitata a quella che impostate voi, una potenza ed una coppia limitata dalle vostre impostazioni ed un codice di sicurezza che impedisce manomissioni o tentativi di fare sciocchezze.

Moto da turismo

Le moto da turismo o quelle da enduro sorprendono per i bassi consumi. Con un’andatura tranquilla e acceleratore usato in maniera diligente si percorrono tranquillamente dai 20 ai 30 chilometri con un litro di benzina. Questo grazie al fatto che una moto pesa circa 10 volte meno di un’automobile e può disporre di un motore di cilindrata pari a circa la metà di una tranquilla utilitaria. Anche il costo di bollo e assicurazione (anche se è opportuno sottolineare che questo varia da regione a regione) risulta moderato rispetto ad un’automobile. Il vero problema è che si è esposti, in caso di incidente, a rischi molto maggiori di quelli a cui si va in contro stando seduti in un’automobile. Anche questo può essere valutato in termini economici. Resta inoltre il problema invernale ma, sospendendo l’assicurazione, si può risparmiare almeno nei mesi primaverili, estivi e autunnali, per poi riutilizzare maggiormente l’auto d’inverno.

Autobus

L’ho preso raramente in vita mia, per questa ragione non potevo immaginare quanto è arrivato a costare un biglietto a chilometraggio per gli autobus che percorrono i tratti extraurbani. Ad esempio per percorrere in due circa 20 km di extraurbano il costo dei biglietti è pari ad Euro 3,60. Tanto per darvi un’idea, e passare da un estremo all’altro, percorrere lo stesso tratto a bordo di un moto Aprilia RS 250 da corsa con motore due tempi e la spasmodica potenza specifica di 280 CV/litro costa circa Euro 2,00. A quanto pare vi è un dislivello incomprensibile. L’autobus dovrebbe essere il mezzo decisamente più economico tra i due.

Bicicletta

Più volte mi capita di prendere la bicicletta per uno spostamento di circa 15-20 chilometri (ovviamente nei mesi dell’anno che me lo consentono). Anche se molti potrebbero pensare ad un mezzo al quale non può corrispondere altro che la massima economicità, vi illustro il mio caso. Partenza dal paesino dove abito, percorso di 15-20 km per raggiungere la destinazione (a seconda della strada scelta), arrivo dopo 40 minuti circa. Spese sostenute per il veicolo: 0 Euro. Spese sostenute per l’affaticamento e quindi per il dispendio energetico del corpo: circa 5 Euro. Anziché la normale colazione da un paio di Euro, vi è un’aggiunta di un succo di frutta ed un paio di sandwich in più per circa 3 Euro.

Gambe e piedi

Molti hanno dimenticato di averli e, dalle mie parti, prendono l’auto anche per fare i soli 150 metri che intercorrono tra l’abitazione ed il centro del paese. Qualcuno però li creò… e non sarebbe poi così male usarli più spesso 🙂 Tuttavia anche l’animale più veloce del pianeta ha i suoi limiti e può superare i 100 km/h solo per poche centinaia di metri… questo per dire che, ovviamente, andare a piedi non è compatibile con i lunghi tragitti, gli orari da rispettare e lo sforzo fisico che ne deriverebbe per percorrere diversi chilometri tutti i giorni.

Il cavallo

Per assurdo voglio proporvi anche questo esempio. Credo che il cavallo non possa circolare liberamente per strada se non per brevi tratti. Ovviamente sarebbe anche pericoloso muoversi in città con un cavallo. Tuttavia si tratta probabilmente del mezzo (tra l’altro vivente) più naturale, economico ed allo stesso tempo scomodo che io conosca. 🙂 Un cavallo mangia il 2,5% del suo peso in foraggi vari al giorno. Tutto sommato, nel bilancio, molto economico dato che per 45 kg di foraggi (ovvero 100 libre), se non erro, si spendono circa 10 Euro (l’equivalente di due giorni di pasti). Peccato però che non sia proprio né possibile, né fattibile muoversi come nel vecchio west in quanto un mezzo di trasporto, ovviamente, deve confrontarsi con la civiltà in cui si trova. Nonostante tutto anche il veterinario, in questa assurda ipotesi, comporterebbe un costo spesso non trascurabile.

Conclusioni

Un’importante conclusione che è possibile trarre dagli esempi sopra esposti, è che il vero risparmio, molto spesso, non vi è oppure è molto limitato in proporzione ai sacrifici ed agli sforzi fatti. Quello che invece si può scegliere è “quando” spendere: risparmiare nel breve periodo per avere poi problemi di manutenzione*, oppure cercare di ammortare le cifre nel lungo periodo?

*Le cifre che si spendono per sostituire una pompa del gasolio partono dai 1500 Euro circa fino ad oltre 2500 Euro circa a seconda della tipologia di pompa di iniezione del gasolio (per fortuna le pompe del common rail hanno costi decisamente più contenuti grazie al grande successo ottenuto sul mercato). Anche per “rifare” una testata ad un motore alimentato a gas si possono spendere dai 1000-1500 Euro sino ad oltre 2000 Euro a seconda dell’entità del danno subìto dal motore. Le cifre sopra citate vanno tenute in conto nel vostro bilancio sulle spese sostenute ed il reale risparmio ottenuto.

Scegliete voi il mezzo che preferite ma siate consci del fatto che la mobilità, almeno per quanto riguarda la trazione terrestre, ha costi tutto sommato molto simili indipendentemente dalla vostra scelta e risulta assai difficile muoversi mediante una soluzione che consenta un risparmio realmente tangibile. Senza ombra di dubbio una guida diligente con uso moderato e sensato dell’acceleratore vi permetterà di aumentare la vostra autonomia ma, soprattutto, un utilizzo responsabile del vostro mezzo vi permetterà di ottenere un reale risparmio. Prendere l’auto per percorrere solo 150 metri come accade nella zona dove vivo è davvero un gesto scellerato.

Curiose soluzioni per la mobilità

Ognuno, a modo suo, trova curiose soluzioni per la mobilità : )

Che cos’è la Meccatronica?

Rubrica: Che cos’è?

Titolo o argomento: La Meccatronica

La “meccatronica” è una branca dell’ingegneria che coniuga sinergicamente più discipline quali l’Ingegneria Meccanica, l’Ingegneria Elettronica, l’Ingegneria Informatica, l’Ingegneria del Software, l’Ingegneria dell’Automazione e l’Ingegneria della Progettazione di Sistemi allo scopo di realizzare un sistema integrato detto anche sistema tecnico.

Inizialmente la meccatronica è nata dalla necessità di fondere insieme la meccanica e l’elettronica da cui il nome. Successivamente l’esigenza di realizzare sistemi tecnici sempre più complessi ha portato alla necessità di integrare anche le altre discipline sopra elencate. I principali campi di applicazione sono la robotica, l’automazione industriale, l’automotive e gli azionamenti elettrici.

La “Progettazione e la costruzione di macchine*”, grazie alla meccatronica, ora include, oltre agli elementi di macchine meccanici,  anche gli elementi meccatronici. Con tale espressione si intendono gli attuatori (regolatori, convertitori e trasformatori di energia) in qualità di elementi che comandano il moto, i sensori in qualità di elementi che rilevano le variabili di stato di un processo ed i dispositivi di controllo o regolatori i quali elaborano, secondo una determinata legge di regolazione, le variabili di stato rilevate e inviano agli attuatori istruzioni di comando in modo che questi intervengano correttamente nel processo in corso in relazione alle necessità.

La Meccatronica rappresenta l’ennesimo esempio riportato su questo blog per dimostrare come lo studio e l’approfondimento di più temi, da porre in collegamento, si riveli di notevole importanza per raggiungere soluzioni evolute. Questo concetto oggi è alla base di molti settori e risulta impensabile oramai farne a meno.

*Il termine macchina designa un insieme di componenti, di cui almeno uno mobile, collegati tra loro, dotati di azionatori, circuiti di comando, ecc. e connessi solidalmente per un’applicazione ben determinata, capace quindi di compiere lavoro con una forza di natura diversa da quella dell’uomo (ad eccezione delle macchine semplici).

Schema controllo cambio robotizzato SMG

Schema generale di controllo del cambio SMG di BMW. Si tratta di una trasmissione con cambio e frizione robotizzati con possibilità di impostare ben 11 programmi di guida per un’ampia gamma di esigenze comprese tra il masssimo comfort e la massima sportività. Senza un connubio tra meccanica ed elettronica tale soluzione sarebbe stata impossibile da realizzare.

Il meccanico perfetto

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili
Titolo o argomento: Esiste il meccanico perfetto, o il migliore?

Sebbene dal titolo immagino che molti abbiano pensato ad un articolo sul “chi è” o sul “come si diventa” un meccanico perfetto, il mio intento è di spiegare come questa figura non esista. E come mai sia naturale e lecito che non esista.

Non può esistere un meccanico che sa tutto, che conosce tutte le auto (marche e modelli), che conosce i segreti di tutte le auto e la risoluzione di tutti i problemi. Questo perchè per una simile preparazione non basterebbe una vita, oltre ad un cervello in grado di apprendere rapidamente una enorme mole di dati, memorizzarli per tempi lunghissimi ed in grado di dare risposte veloci ad ogni input ricevuto dal veicolo o dal proprietario dello stesso.

Non può esistere un meccanico che sa tutto perchè c’è sempre da imparare cose nuove, ci sono sempre nuovi errori cui andare in contro per apprendere un nuovo segreto, una nuova tecnica, un nuovo metodo di risoluzione di un problema tecnico.

Non può esistere un meccanico che sa tutto perchè è molto difficile che capiti la possibilità di metter mano in modo capace su tutti i veicoli presenti sui listini dalla Abarth alla Volvo.

Inoltre non può esistere il meccanico migliore perchè prima o poi arriverà sempre qualcuno più bravo. Il concetto di migliore è decisamente relativo. In questo articolo con il termine “migliore” si vuole intendere più propriamente il concetto di “abile”.

Il meccanico migliore è quindi colui che opera in modo razionale, che sa usare la logica, che si informa costantemente ed è aggiornato. E’ colui che sa capire come funziona un componente o un insieme di componenti e, in caso contrario, sa dire “non lo so”. Si rende conto che c’è sempre molto da imparare e conosce mezzi validi per informarsi*. Sa insomma dove e come documentarsi al meglio. Il meccanico migliore è quindi colui che non usa la forza per smontare un pezzo (magari danneggiandolo), ma è colui che sa trovare una vite, una spina o un fermo nascosto da disinserire prima (tanto per fare un esempio). E’ colui che sa leggere un esploso, un libro, un manuale e, conoscendo la tecnica generale ed il funzionamento di tutti i dispositivi presenti a bordo di un’automobile odierna o datata, sa come ricavare il miglior metodo da applicare ad ogni singolo caso.

Potreste quindi capitare da un meccanico generico che non ha mai smontato la vostra auto, ma avendo preparazione e metodo, è in grado di offrire un ottimo servizio, così come potreste capitare dal meccanico dell’officina autorizzata del vostro marchio di auto il quale, con superficialità, potrebbe fare più danni che altro. Per i clienti questione di fortuna quindi? Forse.

*Ragione per cui tale lavoro non dovrebbe essere declassato dai giovani moderni (come invece accade secondo le statistiche attuali) dato che solo in pochi sanno realmente farlo.

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Delle siepi impegnate in un eco-PitStop 😀

Motori con architettura boxer o motori a V? Vantaggi e svantaggi.

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa | Le domande dei lettori

Titolo o argomento: Vantaggi e svantaggi di una interessante quanto rara soluzione, “il boxer”
Rispondendo a: Riccardo

Se ne sono dette di tutti i colori sui motori boxer. Una delle leggende metropolitane più diffuse tenta di mettere in evidenza un’usura anomala di fasce e pistoni sul versante rivolto verso il basso. Questa affermazione è vera, ma solo in minima parte e non in modo tale da pregiudicare l’affidabilità del motore. Prima di effettuare delle precisazioni al riguardo, analizziamo brevemente i vantaggi e gli svantaggi reali di questa soluzione rispetto ad un motore con disposizione dei cilindri a V o rispetto ad un motore in linea. Sui motori boxer, ad ogni vantaggio corrisponde uno svantaggio ben preciso. Spetta poi al costruttore sacrificare una scelta tecnica a favore di un’altra. In molte occasioni tali scelte sono state dettate più da una questione di marketing che altro.

Performance. La disposizione “boxer” del motore offre un’importante possibilità di abbassamento del baricentro a tutto vantaggio dell’handling e delle prestazioni generali della vettura che risulta essere più agile e controllabile nell’uso sportivo o agonistico. D’altro canto il volume risparmiato in altezza dal motore, viene occupato lateralmente complicando la progettazione del comparto sospensioni. Questa difficoltà può essere contenuta su un veicolo dotato di sospensioni Mac Pherson ma aumenta notevolmente su vetture con sospensioni a quadrilateri come le supercar (un tipico esempio fu rappresentato dalle Ferrari Testarossa del 1984 e del 1992).

Costi. Il motore con disposizione “boxer” risulta decisamente più costoso se confrontato con un motore con lo stesso numero di cilindri posti in linea. Vi sono due testate anziché una, quattro alberi a camme anziché due, un sistema di distribuzione con cinghia e tendicinghia più complesso, condotti di aspirazione e scarico dalle geometrie più allungate e complesse, un impianto elettrico leggermente più costoso, difficoltà nelle operazioni di manutenzione le quali sono più costose sia in termini di tempo che di denaro e, cosa importante, una notevole difficoltà nel sovralimentare il motore per il complesso percorso da attribuire ai manicotti. In un confronto con un motore con disposizione dei cilindri a V, invece, il motore boxer risulta avere più o meno gli stessi costi. Nonostante ciò il costo generale della soluzione è maggiore per via dei maggiori studi e adattamenti necessari sulla geometria delle sospensioni di una supercar.

Equilibratura. Un interessante punto di forza del motore boxer è rappresentato dall’equilibratura dell’albero motore. E’ opportuno osservare quali siano le forze ed i momenti risultanti del primo e secondo ordine. Un propulsore 6 cilindri boxer, come tutti i motori di tutte le tipologie (in linea, boxer, a V), ha l’albero motore equilibrato staticamente, questo significa che sul basamento trasmette una forza risultante globale nulla (se non consideriamo il peso). Il motore boxer 6 cilindri però è equilibrato anche dinamicamente e, quando fatto ruotare, trasmette un momento risultante globale nullo. Per un motore boxer 6 cilindri, la risultante pari a zero, vale sia per le forze che per i momenti del primo e del secondo ordine. Stesso dicasi per il 12 cilindri boxer. Una analoga equilibratura può essere ottenuta solo con motori 6 cilindri in linea e con motori 12 cilindri a V di 60°.

Usura. Per quanto concerne il discorso “usura”, quello che abbiamo rilevato in anni di collaborazioni con officine di rettifiche e meccanica di precisione, è che l’usura dei pistoni e delle fasce è sì più marcata sul versante rivolto verso il basso, ma l’entità di tale fenomeno è talmente ridotta da poter essere presa seriamente in considerazione solo dopo centinaia di migliaia di chilometri percorsi. A questo punto però anche i comuni motori in linea o quelli con architettura a V vanno in contro alla necessità di interventi di rettifica. Se il vostro motore si fermerà, insomma, non sarà certo per l’architettura nell’una o nell’altra maniera. Va inoltre sottolineato che su qualunque motore, subito dopo la combustione (ovvero nel momento in cui il pistone inverte il moto) a causa dell’obliquità della biella, si verifica una leggera inclinazione del pistone stesso che lo porterà ad un’usura asimmetrica e ad una naturale tendenza all’ovalizzazione. Questo avviene su ogni motore, sia su un comune motore 4 cilindri in linea, così come su un performante 12 cilindri a V e, senza esclusione alcuna, anche su un motore boxer.

Tecnologia. Gli enormi traguardi raggiunti dalla tecnologia meccanica e dei materiali hanno permesso di realizzare monoblocchi con canne dotate di riporti resistenti all’usura. Un importante esempio è rappresentato dai riporti al NIKASIL della Mahle. Tali riporti consistono in una deposizione elettrolitica di durissimi grani di carburo di silicio (dimensioni inferiori ai 3 micron) inglobati in una matrice di nichel. Lo strato finale ha uno spessore di 0,1 millimetri. Inoltre se consideriamo che i pistoni (realizzati in lega di alluminio con silicio e rame) hanno un rivestimento in stagno con funzione antigrippaggio e se teniamo conto del fatto che la reale forma di un pistone non è perfettamente cilindrica bensì bombata nei due sensi, possiamo affermare che un pistone può viaggiare tranquillo in un motore boxer senza usurarsi in modo anomalo 🙂

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Lotus Active Valve Train (AVT): circuito idraulico e diagramma distribuzione

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa
Titolo o argomento: Circuito idraulico e diagramma distribuzione Lotus AVT (Active Valve Train)

Circuito idraulico. Nella prima immagine (in basso a sinistra) è possibile osservare come nel sistema di controllo attivo della distribuzione realizzato da Lotus (ormai in studio da diversi anni) l’olio ad alta pressione comandi sia l’apertura (schema a sinistra) che la chiusura (schema a destra) della valvola. Ovviamente la gestione del sistema idraulico è affidata alla centralina elettronica. Gli attuatori, molto compatti, funzionano con una pressione di 200 bar.

Modulabilità. Nella seconda immagine (in basso a destra) è rappresentato un diagramma sul quale è possibile osservare quale sarebbe il profilo dell’alzata con un albero a camme tradizionale (curva viola) e come invece possa essere modificato con il sistema AVT della Lotus (la curva verde mostra una apertura più veloce rispetto alla curva arancione).

Peculiarità del dispositivo. La distribuzione attiva Lotus (AVT) elimina la necessità di cambiare una moltitudine di componenti del motore qualora si decida di variare la fasatura delle valvole, l’alzata delle valvole, la durata della fase di aspirazione e scarico, i punti della fase nei quali si ha la massima alzata sia dell’aspirazione che dello scarico, la durata dell’incrocio delle valvole, l’angolo tra i punti di massima alzata di aspirazione e scarico (angolo di calettamento). Questo accelera notevolmente i tempi di sviluppo del motore stesso e riduce i costi del lavoro e della produzione. Basti pensare al fatto che, per verificare differenti comportamenti del motore, non è necessario sostituire e progettare nuovi alberi a camme, non è necessario smontare/montare la testata, non è necessario rimettere in fase la distribuzione, non è necessario cambiare tipologie di molle e punterie, non è necessario controllare la cinghia di distribuzione… AVT è pertanto un sistema che offre la possibilità di effettuare una ricerca piuttosto flessibile.

Altro fattore da non trascurare è che AVT ha la capacità di controllare indipendentemente ogni valvola con variazioni ad ogni ciclo. Questo è fondamentale se consideriamo che la situazione reale, all’interno di un motore, varia continuamente rispetto alle condizioni “standard” considerate in fase di progetto. Inoltre, persino le condizioni tra un cilindro e l’altro possono essere differenti e rese, tramite opportune correzioni, più omogenee.

AVT è uno strumento che può essere adattato ad una grande varietà di motori a fini della ricerca e dello sviluppo. La Lotus conduce una moltitudine di prove tecniche specialmente su appositi motori monocilindrici nei quali possono essere controllati cicli a due e quattro tempi e, in fase di ricerca spinta, anche cicli a 6 ed 8 tempi. Lotus Active Valve Train controlla l’apertura e la sincronizzazione delle valvole mantenendo le accelerazioni di apertura e chiusura delle tradizionali valvole. L’utente può persino selezionare e memorizzare nella centralina elettronica di AVT fino a 128 profili di apertura/chiusura delle valvole a scelta tra diverse migliaia di profili presenti nell’archivio Lotus.

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Lotus Active Valve Train (AVT) – La distribuzione senza alberi a camme by Lotus
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circuito idraulico Lotus AVT - Active Valve Train  diagramma distribuzione Lotus AVT - Active Valve Train

La distribuzione senza alberi a camme: Lotus AVT (Active Valve Train)

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa
Titolo o argomento: Lotus AVT (Active Valve Train)

Negli ultimi anni Lotus ha ideato (e con il tempo affinato) un sistema di distribuzione privo di alberi a camme, bicchierini, molle… Si tratta di un dispositivo che adotta degli attuatori comandati idraulicamente e delle valvole elettroidrauliche proporzionali al posto della tradizionale distribuzione con valvole comandate da alberi a camme e da molle. Questo significa che, grazie ad un circuito dell’olio ad alta pressione ed uno a bassa pressione, è possibile far aprire e, invertendo i circuiti, chiudere la valvola idraulicamente con l’alzata desiderata, la velocità desiderata e con i tempi desiderati. Oltre ad un gran risparmio in termini di componenti meccaniche presenti sul motore (con conseguente riduzione dei costi di produzione), si gode di un gran vantaggio in termini di flessibilità: minori tempi di sviluppo e possibilità di modifiche decisamente elevate (ottimale quando si fa ricerca sulle prestazioni ottenibili da diverse tipologie di motori).

Il sistema si chiama Lotus Active Valve Train (AVT) e viene messo a disposizione, di chi desidera sperimentarlo, a costi tutto sommato contenuti. Si parla infatti di soli 1245,00 Dollari per il pacchetto di componenti destinate ad un semplice motore di prova da laboratorio.

Un attuatore idraulico a doppio effetto viene fissato alla testa del cilindro in posizione coassiale con la valvola del motore. Il pistoncino di ogni attuatore idraulico è direttamente collegato alla valvola del motore. Un trasduttore è collegato alla parte superiore del pistoncino e consente di monitorare accuratamente la posizione della valvola.

La distribuzione AVT utilizza un controller PID (Proportional Integral Derivative) per rilevare e correggere in automatico, e ad ogni ciclo, lo spostamento effettivo di ogni valvola con il valore di spostamento desiderato. Il funzionamento del sistema è costantemente monitorato per individuare eventuali malfunzionamenti quali ad esempio: perdita pressione olio, perdita segnale posizione albero motore, perdita segnale posizione valvole, o ancora per evitare il contatto tra pistoni e valvole o tra le valvole stesse.

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Lotus Active Valve Train (AVT) – La distribuzione senza alberi a camme by Lotus
Lotus Active Valve Train (AVT) – Circuilto idraulico e diagramma distribuzione
Lotus Active Valve Train (AVT) – Performance della distribuzione Lotus AVT

Lotus Active Valve Train (AVT)

Lotus Active Valve Train (AVT) è un sistema reso disponibile da Lotus
a chi desidera effettuare ricerche in campo motoristico.

Che cos’è un freno rigenerativo?

Rubrica: Che cos’è?

Titolo o argomento: Il freno rigenerativo

Il freno rigenerativo è un dispositivo in grado di recuperare energia utile quando si frena un veicolo (auto elettriche, auto ibride, autobus, tram, metropolitane, treni, di recente anche scooter e moto elettriche nonché e-bike e persino F1). E’ noto che, durante la frenata, una quantità non indifferente di energia posseduta dal veicolo viene persa sotto forma di attrito generato dal contatto delle pasticche con i dischi e quindi trasformata in calore.

Sulle “normali” autovetture tale energia è in parte recuperabile ponendo sulla trasmissione un generatore elettrodinamico. Questo consente di non utilizzare costantemente l’alternatore per l’alimentazione delle funzioni di comfort e sicurezza ottenendo così un risparmio di carburante pari a circa il 3%. L’alternatore, che è trascinato dal motore tramite una cinghia trapezoidale, può essere quindi disinserito in fase di accelerazione non gravando sul motore stesso.

Sulle vetture “elettriche” e su quelle “ibride” invece i motori elettrici di trazione vengono riutilizzati in frenatura come generatori elettrici in quella che viene definita frenatura elettrodinamica. Qui il compito della rigenerazione non è quello di alleggerire il carico del motore, bensì quello di ricaricare le batterie destinate all’alimentazione del veicolo in modalità elettrica.

Il freno rigenerativo, oltre ad aiutare notevolmente il rallentamento del veicolo, permette di convertire l’energia cinetica del veicolo in energia elettrica disponibile per le batterie anziché in attrito e quindi in calore inutilmente perso nell’aria. Ciò si traduce anche in un gran risparmio di elementi quali pasticche e dischi dei freni e in una conseguente minore immissione nell’aria di polveri finissime molto fastidiose sia per la salute dell’uomo sia per la pulizia e l’ordine del mezzo.

D’altra parte però il continuo alternarsi delle fasi di trazione (l’energia elettrica viene trasformata in energia meccanica) e rigenerazione (l’energia meccanica viene trasformata in energia elettrica per uso inverso del motore elettrico) provoca forti surriscaldamenti del motore elettrico il quale è spesso provvisto di un circuito di raffreddamento a liquido.

Inoltre la capacità di frenare il veicolo viene interrotta alle basse velocità ragione per cui, il freno rigenerativo, non può essere considerato un sostituto ma un assistente del tradizionale impianto frenante. A velocità ridotte il rotore (presente all’interno del motore elettrico) ha una velocità angolare insufficiente per generare il potenziale necessario ad ottenere un corretto effetto frenante. L’efficienza del generatore si riduce notevolmente con la riduzione della velocità angolare del rotore. Ne deriva un drastico calo della forza frenante. Per il completo arresto del veicolo risulta quindi necessario anche un impianto frenante tradizionale che sfrutta l’attrito.

E’ importante tener presente che, ogni qualvolta acceleriamo, consumiamo ingenti quantità di carburante che letteralmente gettiamo “al vento” ad ogni successiva frenata (specie in città). Anche un guidatore modello che in città evita inutili rapide accelerazioni, e frequenti frenate, non può evitare simili sprechi senza una tecnologia dedicata.

Motori elettrici di trazione e sistema di freno rigenerativo

In figura una soluzione molto interessante della ZF destinata agli autobus ibridi. Nel dettaglio sono visibili i motori elettrici di trazione i quali, all’occorrenza, fungono anche da generatori per la ricarica delle batterie offrendo un utilissimo effetto frenante.

Quanti km può durare una frizione?

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili
Titolo o argomento: La frizione è un organo che ha una durata assolutamente variabile

C’è chi non arriva a nemmeno 50.000 km e deve già sostituire la frizione, c’è chi la cambia quando lo dice il meccanico, c’è persino chi crede che un motore a 100.000 km sia finito (classico luogo comune). E poi… poi ci sono i casi come il mio: quasi 350.000 km (trecentocinquantamila km) con la medesima frizione.

Premesso che sono un amante delle prove tecniche (prove di resistenza, prove di durata, affidabilità, prove meccaniche, prove non distruttive) e premesso che sono anche motorista nel motorsport dal 1996 (quindi ho una particolare cura nell’utilizzo e nel controllo dei miei mezzi), ebbene sono riuscito a percorrere esattamente 346.000 km con la medesima frizione e non l’ho sostituita perchè mi ha lasciato a piedi, bensì per pura cautela. In questi giorni mi sono deciso a smontare il motore della mia auto per effettuare controlli e revisioni di precisione del tutto preventivi importanti per evitare rotture indesiderate.

Un kit frizione, generalmente, è composto dal disco frizione, dallo spingidisco e dal cuscinetto reggispinta. Nel mio caso, dopo un lungo chilometraggio, non era il disco frizione a risultare danneggiato (ragione per cui non si avvertiva alcuno slittamento), bensì lo spingidisco (il quale presentava la molla a diaframma indebolita e usurata con degli evidenti segni a mo’ di gradino) ed il cuscinetto reggispinta (il quale disponeva di una molla ormai collassata). L’usura di questi ultimi due organi causa difficoltà nell’inserimento delle marce. Una difficoltà che aumenta molto gradualmente con i km ed alla quale ci si può abituare senza accorgercene (specie se si guida spesso). Tale usura, nonostante il sovrabbondante chilometraggio, è risultata essere nella norma. La lunga durata di questi organi è stata garantita prevalentemente dall’ottima qualità dei materiali impiegati (non citiamo la marca) e dalla potenza contenuta del motore (solo 100 cavalli circa) che non ha messo sotto il torchio la trasmissione. L’usura contenuta del disco frizione, tra l’altro, è da attribuirsi al ridotto utilizzo della vettura in città. Questa infatti, essendo utilizzata prevalentemente nell’extraurbano ed in autostrada, non ha risentito di particolari sollecitazioni termiche e meccaniche. In fondo, per ogni cosa, c’è sempre una spiegazione.

Tutto questo per dire che spesso crediamo (dandolo per scontato) che su diverse qualità di automobili, a parte la linea esteriore e gli interni, il resto sia tutto uguale. La realtà è che di uguale c’è il nome delle componenti ed ogni automobilista non può obbligatoriamente essere un tecnico esperto; per questo assistiamo sempre più spesso alla scelta di veicoli che magari hanno una sbarazzina porta usb ma, al di là dell’abitacolo, celano un’improbabile meccanica. La scelta di un buon veicolo (robusto e affidabile) vi permette di ottenere enormi risparmi di denaro nel tempo.

Confronto dischi frizione Spingidisco usurato Spingidisco nuovo

Image’s copyright: www.ralph-dte.net

Autostrade elettrificate

Rubrica: The expert on the salmon
Titolo o argomento: Elettrificare le autostrade, un’implementazione possibile?

Ultimamente in questo blog abbiamo parlato più volte del futuro dell’automobilismo. Personalmente trovo che sia un argomento molto affascinante per via delle molteplici incognite; ciò permette un approccio creativo di problem-solving. Due dei punti più discussi circa le vetture elettriche sono la scarsa autonomia ed i tempi di ricarica. Molti si chiedono: “Perché dover sacrificare il proprio stile di vita in funzione delle necessità della macchina?”

Per rispondere in modo originale al problema della ridotta autonomia, ho preso spunto da un vecchio gioco del quale ero un timido appassionato: le Slot Car, meglio conosciute in Italia come Polistil. Con questo gioco si creavano circuiti automobilistici di plastica per mini-auto elettriche comandate attraverso l’uso di potenziometri con i quali si regolavano manualmente l’accelerazione e la decelerazione. L’idea di trasportare questo concetto al mondo reale non è così folle come potrebbe sembrare a prima vista. Si tratterebbe di realizzare un circuito di ricarica aerea che sorvoli le autostrade come già avviene per le linee ferroviarie ed i filobus. L’auto elettrica entrando in autostrada solleverebbe un connettore aereo il quale, collegato al circuito, si incaricherebbe di alimentare la vettura durante tutto il percorso in autostrada oltre a ricaricare le batterie per un secondo momento. In questo modo l’autonomia del veicolo aumenta notevolmente quando più è necessario.

Dal punto di vista meccanico, l’implementazione di un sistema di approvvigionamento elettrico aereo sarebbe piuttosto semplice: una sorta di antenna estraibile da attivare all’ingresso in autostrada. Inoltre da un punto di vista più economico si potrebbe prevedere al pagamento dell’energia assorbita dalla rete in concomitanza con il pagamento del pedaggio autostradale. L’unica difficoltà tecnica resterebbe l’infrastruttura, ma visto che l’investimento sarebbe facilmente recuperabile con la vendita di elettricità in autostrada potrebbe non essere uno scoglio insormontabile. Perché l’idea prenda piede basterebbe quindi coordinare uno standard tra i vari stakeholders (produttori di automobili e gestori di autostrade). Chissà che nel frattempo qualche auto designer non stia già spolverando la sua vecchia pista Polistil.

Ora la domanda è: “Arriveremo in pochi anni ad avere batterie più prestanti, con tempi di ricarica notevolmente ridotti e colonnine di ricarica sparse su tutto il territorio nazionale? Oppure verranno installate elettrificazioni aeree sulle autostrade? O ancora, assisteremo realmente alla nascita di impianti di ricarica wireless? O il futuro sarà ibrido?”

Articolo scritto da:
Ing. Gestionale Davide Mazzanti.
 Leggi tutti gli articoli della rubrica “The Expert on the Salmon”  a cura dell’Ing. Davide Mazzanti.

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*Per farsi un’idea, il pacco batterie della Tesla Roadster pesa circa 400 kg e quello della Nissan Leaf circa 300 kg