Categoria: Motorismo, Motorsport e Meccatronica

Al bar tutti ne sanno tutto… Nelle corse il discorso cambia…

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Motorsport Expotech – 3a edizione 2010 – Costruire auto da corsa

Si è conclusa da pochi giorni la terza interessante edizione del Motorsport Expotech di Modena. Una fiera dedicata agli operatori del settore motorsport che abbraccia una vasta gamma di appassionati a partire dagli studenti di Ingegneria Meccanica con il pallino per la costruzione di veicoli da corsa, per passare a meccanici e artigiani che lavorano nel mondo delle corse o che ad esso si interessano per pura passione, fino ad arrivare a veri costruttori di veicoli da pista come Dallara e Pagani ed ai costruttori di componentistica e attrezzature professionali per la lavorazione dei materiali, per la realizzazione di stampi, per la fonderia e quant’altro…

Quest’anno abbiamo trovato di particolare interesse le soluzioni di telaio e sospensioni destinate alle piccole vetture di formula delle più svariate categorie (ragione per cui il nostro servizio fotografico pone una particolare attenzione a questo aspetto). Anche nelle categorie minori si inizia a fare abbondante uso di carbonio e telai monoscocca in fibra di carbonio; all’ordine del giorno è diventata anche la soluzione che prevede motore e cambio come parti integranti del telaio. Sul cambio viene infatti montato il comparto sospensioni mentre monoblocco e testata si legano tramite appositi supporti motore al telaio monoscocca in fibra di carbonio. Inutile precisare che si tratta di soluzioni ultratecnologiche derivate dalle Formula1.

Sono state inoltre esposte le vetture “aggiornate” della Formula Student del Politecnico di Torino, il Politecnico di Milano, l’Università di Modena e Reggio Emilia, l’Università di Pisa, l’Università di Padova… con nuove soluzioni inerenti in particolar modo telaio, sospensioni ed elettronica. Le piccole vetture della Formula Student sono ora dotate del launch control (un dispositivo che controlla elettronicamente la frizione durante la fase di partenza) e di sistemi di sospensioni sdoppiati: uno per il rollio ed uno per il beccheggio ed il pompaggio. Ulteriori approfondimenti nei prossimi articoli. (vedi anche l’articolo: rollio beccheggio pompaggio imbardata).

Molto curiosi anche i veicoli ad elevata efficienza. Diversi studenti universitari hanno esasperato lo studio dell’aerodinamica, dei materiali, dei propulsori, arrivando ad ottenere mezzi in grado di percorrere ben 267 chilometri con un litro di carburante. No, non è un errore di battitura: duecentosessantasette chilometri con un litro. Ulteriori approfondimenti nei prossimi articoli.

Non è mancata come al solito la presenza della Pagani che ogni anno espone un modello diverso della Zonda. Quest’anno per la precisione è stata esposta l’impressionante Zonda R. Se ne stava lì (minacciosa) in un angolo ed il pubblico ci girava intorno come se stesse allo zoo davanti alla gabbia dei felini.

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Motorsport Expotech 1° edizione 2008
Motorsport Expotech 2° edizione 2009
Motorsport Expotech 3° edizione 2010
Motorsport Expotech 5° edizione 2013

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Curiosità sul sistema Start and Stop

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili

Titolo o argomento: Curiosità sul sistema START and STOP
Il dispositivo

Tra le novità presenti per le dotazioni delle moderne utilitarie troviamo il sistema START and STOP che spegne ed avvia il motore automaticamente mentre siamo in coda nel traffico, o ad un semaforo. Tale dispositivo ha lo scopo di ridurre le emissioni inquinanti ed, ovviamente, il consumo di carburante. In un ciclo di marcia europeo (NEDC) sono previste 12 fermate di 15 secondi ciascuna per un viaggio di 7 miglia (circa 11,3 km) ed il sistema Bosch “Start and Stop” riduce i consumi di carburante (e le relative emissioni di CO2 fino all’8%.

La storia

Pochissimi lo sanno ma questo dispositivo non è una novità.

Nel 2002 mi trovavo ad una conferenza con alcuni ingegneri della Ferrari. Se non vado errato l’incontro era presieduto dall’Ingegner Bonetti che già 8 anni fa ci raccontava di quanto non vedesse l’ora che tutte le vetture in circolazione per le strade fossero corredate del dispositivo oggi chiamato Start and Stop che era già stato largamente studiato da tempo. L’obiettivo era anche quello di ottenere incroci e attraversamenti pedonali con aria più respirabile.

Ma non è tutto, nel 1980 venne lanciata la versione “economica” dell’Audi 80, ovvero la 1.6 GL Formel E la quale era mossa da un motore 1600cc a benzina dotato di dispositivo di spegnimento/riavvio automatico al minimo (per ridurre i consumi). Trent’anni fa. 🙂

Quello che è stato fatto ora, in realtà, non è una nuova idea ma un miglioramento della stessa. Gli aspetti del sistema Start and Stop su cui si è lavorato sono la semplicità costruttiva, la robustezza e la silenziosità (riferita al motorino d’avviamento), la facilità di installazione su qualunque vettura e, per ultimo ma non meno importante, il minore costo possibile.

Controindicazioni 

Il dispositivo di avviamento/spegnimento presenta anche dei lati piuttosto svantaggiosi. Al mattino, con motore freddo, i continui avviamenti e spegnimenti del motore non giovano alle bronzine, all’albero motore, alla distribuzione e a tutte le componenti che necessitano di lubrificazione abbondante e costante. Il motore, per durare nel tempo e subire meno attriti possibili, dovrebbe essere avviato (senza lasciare la vettura ferma a “scaldarsi”) partendo subito e procedendo ad un regime non superiore ai 2.000-2.300 giri al minuto (lo abbiamo chiaramente spiegato al seguente articolo: Scaldare il motore). Quello che danneggia i motori sono proprio le fasi di avviamento e spegnimento in quanto sono le fasi in cui la quantità di olio lubrificante che arriva agli organi meccanici è minima ed insufficiente. Tuttavia se avete una vettura sportiva con indicatore della pressione dell’olio vi accorgerete senz’altro di come, stando fermi ad un semaforo con il motore al minimo, la pressione dell’olio sia davvero bassa (diciamo circa 1 bar su una Clio 1.8 16valvole con motore in temperatura). Questo significa che tale dispositivo può creare problemi di longevità ad un motore a scoppio; problemi che però non si risolvono tenendo il motore acceso al minimo, ma si riducono sensibilmente.

Quindi? (conclusioni)

I percorsi migliori per chi desidera che la propria vettura duri a lungo sono senz’altro gli extraurbani. Per la città credo che l’ideale sia l’elettrico o i motori ibridi che sotto una data velocità funzionano elettricamente.

Start and Stop

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Quanto consuma una Formula1?

Rubrica: Curiosità tecnica da corsa
Titolo o argomento: Quanta strada fa una formula1 con un litro di benzina?

Una vettura di formula1 attuale dispone di un motore V8 di 2.400 centimetri cubici che eroga una potenza di circa 720 cavalli. Abbiamo quindi una potenza specifica di circa 300 cavalli/litro. Prima del 2005 le vetture avevano motori V10 di 3.000 centimetri cubici con potenze specifiche molto simili di circa 300 cavalli/litro ma potenze totali di circa 900 cavalli.

E’ ovvio che stiamo parlando dei motori per i veicoli terrestri più esasperati del pianeta. Per non considerare poi i motori dell’era turbo della formula1 che arrivavano a potenze specifiche di ben 750 cavalli/litro. Qualcosa di inimmaginabile…

Ebbene una vettura di F1 attuale a 18.000 giri al minuto consuma 650 litri di ARIA in un secondo e 75 litri di BENZINA per percorrere 100 km. Questo significa che percorre 1,3 km con un litro di benzina ad un regime di quasi 20.000 giri al minuto. Non male 😀

Consumi F1

Simulazione fase di combustione tramite software di calcolo Ansys
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Solenoidi per gestione carburatori Aprilia RS 250

Rubrica: Tecnologia due tempi

Titolo o argomento: Elettrovalvole per la gestione dell’aria minimo/massimo ai carburatori

Ci sono delle moto due tempi (in questo esempio ci riferiamo nuovamente all’Aprilia RS 250) che hanno i carburatori muniti di controllo elettropneumatico sui freni aria dei circuiti del massimo e del minimo per ottimizzare l’erogazione in ogni frangente.

Il controllo elettropneumatico è affidato alla centralina elettronica che gestisce anche l’accensione e le valvole di scarico di cui abbiamo parlato nel precedente articolo (Valvole RAVE).

La gestione del sistema di controllo elettropneumatico dei carburatori viene calcolata in base alla percentuale di apertura del gas (vi è un apposito potenziometro montato dove si incontrano: il cavo dell’acceleratore che si sdoppia per raggiungere i carburatori, il cavo della pompa olio ed il cavo della gestione delle valvole di scarico) ed in base ai giri motore.

Una volta elaborati i dati in ingresso, la centralina agisce su tre elettrovalvole a solenoide le quali aprono o chiudono in base alle esigenze di utilizzo del motore il circuito del massimo e del minimo dei carburatori. Lo scopo è quello di ingrassare o “smagrire” la miscela a seconda delle prestazioni che il pilota chiede al suo motore. Quasi come se la moto ti dicesse: Stai andando ad un filo di gas… perchè ti devo buttar giù tutta questa miscela? Te la darò quando ti servira! 🙂

Non è solo il circuito dell’aria a subire variazioni così complesse, anche la pompa dell’olio viene gestita su precisi parametri. Su un comune “due tempi” il cavo del gas apre o chiude anche il comando della pompa aumentandone o diminuendone la portata. Qui la storia si fa più seria. La portata dell’olio è scelta su “tre” precisi parametri: 1) Apertura del gas (letta tramite apposito potenziometro citato poche righe sopra); 2) giri motore; 3) posizione attuatore valvole di scarico.

In accelerazione il comando della pompa dell’olio viene mosso normalmente, in staccata, quindi a gas chiuso, il comando delle valvole di scarico comanda in apertura la pompa per evitare grippaggi ad alti regimi. Un vero prodigio della tecnica se si considera che questo sistema veniva montato sulle Aprilia RS 250 uscite definitivamente di produzione nel 2002.

Non oso pensare cosa sarebbe stato abbinare alla estrema tecnologia della Aprilia RS 250 anche il sistema Di-Tech ad iniezione diretta… Meno inquinanti, meno consumi, maggiori prestazioni e costi di produzione tutto sommato leggermente più alti. I veri costi invece sarebbero stati quelli di progettazione di un intero nuovo motore. Eh già perchè Aprilia “parte del motore” che montava sulle 250 stradali lo prendeva “in prestito” da Suzuki. Ora vi prego, non svenite. 🙂

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Solenoidi per gestione carburatori Aprilia RS 250
Valvole RAVE per raffinati motori 2 tempi

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Aprilia RS 250: Galleria fotografica in pista – In preparazione
Aprilia RS 250: Video – In preparazione

Elettrovalvolve gestione aria carburatori aprilia rs250

Vista del complesso sistema di gestione dell’aria minimo/massimo ai carburatori

1. Statore accensione. 2. Rotore accensione. 3. Centralina. 4. Sdoppiatore. 5. Sensore posizione gas. 6. e 12. Filtro aria. 7. e 13. Elettrovalvola aria massimo. 8. Carburatore destro. 9. Passaggio al circuito aria massimo. 10. Passaggio al circuito aria minimo. 11. Elettrovalvola aria minimo. 14. Carburatore sinistro. 15. Pick up accensione.

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Valvole RAVE per raffinati motori 2 tempi

Rubrica: Tecnologia due tempi

Titolo o argomento: Il compito delle valvole RAVE nei motori 2 tempi raffinati

Iniziamo con il precisare che il termine RAVE significa: Rotax Automatically Variable Exaust. Le valvole RAVE presenti ad esempio sulle Aprilia RS 125 monocilindrica e Aprilia RS 250 bicilindrica hanno un compito ben preciso: parzializzare lo scarico.

I parzializzatori delle luci di scarico fanno sì che la stessa luce di scarico si comporti in modo variabile pur essendo ovviamente di diametro fisso. Questo è possibile grazie ad una sorta di serranda (posta davanti alla luce di scarico del cilindro) la cui altezza è regolabile per mezzo di un motore elettrico passo passo.

Il collegamento tra il motore passo passo e le valvole di scarico (una per ogni cilindro) avviene tramite cavi metallici; la centralina gestisce l’apertura delle valvole di scarico in base ai giri motore.

Ai bassi regimi le valvole di scarico RAVE sono abbassate lasciando alla luce di scarico di ogni cilindro uno spazio minimo per espellere i gas combusti. Ai medi regimi il sollevamento di questa sorta di saracinesche è parziale, oltre gli 8.000 giri al minuto l’apertura delle valvole di scarico è massima. Cambiando la dimensione della luce di scarico si varia il rapporto tra le luci di travaso e luce di scarico, in questo modo varia la depressione all’interno del cilindro favorendo o meno la quantità di carica introdotta.

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Valvole Rave

Vista dell’insieme motore-carburatori-valvole rave del motore che equipaggia l’Aprilia RS 250

1) Registri dei cavi sui carburatori. 2) Registro del cavo pompa olio. 3) Registro del cavo del motorino attuatore. 4) Registro del cavo dell’acceleratore. 5) Registri dei cavi della valvola di scarico del cilindro sinistro. 6) Registri dei cavi della valvola di scarico del cilindro destro.

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Dalla Formula1 alla Renault Sport FR 3.5. Quanto costa andare oltre i limiti nelle corse?

E se invece della F1 puntassimo ad auto più limitate ma più divertenti?

Molti non lo sanno ma nella categoria delle vetture di Formula non esiste solo la F1 o la GP2 (più conosciuta di recente). Le vetture di formula sono tutte quelle vetture che hanno le ruote scoperte. Di questo ne sa qualcosa la RenaultSport che propone per i suoi campionati monomarca ben due categorie molto interessanti: la FR 2.0 e la FR 3.5. La seconda categoria è a noi italiani praticamente sconosciuta e non la trovate sul sito:
renaultsportitalia.it
bensì sul sito:
renault-sport.com

Si tratta di vetture a ruote scoperte, per l’appunto di Formula, che hanno un carattere brillante e permettono di ottenere gare spettacolari e prestazioni divertenti per i piloti che sono desiderosi di formarsi in modo serio e professionale.

La FR 3.5 in particolar modo ha qualcosa di davvero interessante che vorrei portare all’attenzione dei lettori. Si tratta di una vettura completamente derivata dalle vetture di F1 di alcuni anni fa. Dispone quindi di soluzioni tecniche assolutamente non estreme né dell’ultima ora. Parliamo comunque di un’auto da corsa con telaio in carbonio, aerodinamica ricercata, sospensioni push rod, telemetria e un’elettronica poco invadente. Insomma una vettura dove il pilota ci mette molto “del suo”.

Un’auto da corsa di formula di questo tipo costa solo (si fa per dire) 150.000 Euro (130.000 euro prezzo telaio + 20.000 euro di leasing motore annuo compresa l’assistenza), contro i circa 2.000.000 di Euro di una vettura di F1 (700.000 euro circa per il telaio e le sospensioni; 250.000 euro circa per il motore, 250.000 euro circa per la trasmissione; inoltre vanno sommati i costi di carrozzeria, elettronica ed ogni dispositivo sofisticatissimo di cui dispone). Una FR 3.5 costa pertanto quasi 1/15 di una F1 e vanta gare più spettacolari ed una guida più divertente dove il pilota conta davvero tanto. Vi pare poco?

E’ impressionante come migliorare le prestazioni di un mezzo esasperandole comporti un aumento dei costi esponenziale… Guadagnare un secondo al giro può costare milioni di euro. Ma ha sempre senso?

Una stagione in F1 inoltre può superare tranquillamente i 140 milioni di euro di spese da affrontare contro qualche migliaio di euro per le sorelle minori FR 3.5. Vorrei sottolineare che sono molti gli appassionati delle corse ai quali non interessa minimamente se la vettura di F1 impiega un secondo in meno per arrivare da 0 a 100 km/h rispetto ad un FR 3.5 oppure se ha una velocità di punta stratosferica… Gli appassionati desiderano non vedere quei trenini di vetture che tentanto di sorpassarsi ai box e che per loro raprresentano un sogno irraggiungibile.

Pensate: una maggiore diffusione di vetture come la FR 3.5 potrebbe far abbassare i costi della vettura fino a circa 40-50 mila euro con una spesa annua di manutenzione obbligatoria intorno ai 10-20 mila euro. Iniziamo quindi a parlare di una derivata dalle F1 di alcuni anni fa che ha costi più che abbordabili  di acquisto e mantenimento e che può essere destinata a veri talenti nascosti tra le persone di tutti i giorni. Un sogno più vicino alle persone “normali” è un sogno che fa anche più ascolti in tv.

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Farei follie per poter correre in pista con quest’auto. La
preferisco senza ombra di dubbio ad una costosissima F1.
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Monoblocco superleggero in alluminio e magnesio

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Monoblocco in alluminio e magnesio

Per ridurre i consumi di un veicolo, il metodo più efficace è senza dubbio quello della riduzione del peso del veicolo. Si possono proporre telai più robusti e più leggeri grazie all’alluminio, al carbonio, si possono fare carrozzerie in materiali compositi… ma avreste mai pensato di riuscire a ridurre il peso del motore adottando una speciale lega di alluminio e magnesio per il monoblocco?

In effetti fino a poco tempo fa era impensabile per via della possibilità di corrosione del magnesio  qualora venisse a contatto con materiali ferrosi di organi collegati al monoblocco. Questo per effetto elettrochimico. Oggi si è posto rimedio adottando speciali guarnizioni “non conduttrici” che impediscono la “migrazione ionica” tra ferro e alluminio-magnesio quando vi è umidità o sono presenti liquidi che fanno da elettrolita. Tali guarnizioni devono essere sovradimensionate ai bordi per impedire ogni minima possibilità che un liquido elettrolita possa mettere in contatto i due materiali.

Nella zona interna del monoblocco, ossia sulle canne dove scorrono i pistoni, non è proprio possibile adottare il magnesio e si ricorre ad un compound (immerso nella fusione) costituito da alluminio e silicone chiamato: Alusil. Tale compound viene riproposto tra il monoblocco ed il cambio, tra il monoblocco e la testata, tra il monoblocco e i cuscinetti di banco, sulle superfici del circuito di raffreddamento proprio per evitare il contatto tra acqua e magnesio.

Altro svantaggio si può manifestare durante le lavorazioni in quanto i trucioli che si formano tendono ad infiammarsi. Insomma una soluzione che fa risparmiare peso e permette di ridurre i consumi, ma che ha costi di produzione più elevati e una complessiva affidabilità che a mio avviso non è poi così elevata.

D’altra parte un monoblocco in lega di alluminio e magnesio ha una massa inferiore del 18% rispetto ad un monoblocco di alluminio normale e si arriva a circa il 44% in meno se confrontato con un monoblocco in ghisa.

Un altro vantaggio è dato dal fatto che inserendo il magnesio come elemento di alligazione per un monoblocco in alluminio, si ottiene un abbassamento della temperatura di fusione che permette di ottenere il pezzo in fonderia in metà tempo.

Maggiori informazioni sul sito Automotive & Motorsport di Ralph DTE: www.ralph-dte.net

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Materiali – Monoblocco a canne riportate

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Basamento a canne riportate

canne-cilindro-riportate.jpgNel caso di basamenti a canne riportate si ha il vantaggio di poter ottenere un risparmio in peso del basamento e garantire comunque le dovute caratteristiche meccaniche delle canne riportandole in un secondo momento e realizzandole del materiale più adatto. I basamenti di questo tipo vengono realizzati mediante leghe leggere di alluminio-rame e alluminio-silicio (le stesse utilizzate per la testata) ottenendo così, oltre alla riduzione di peso, anche una migliore dispersione del calore.

La lega di alluminio più utilizzata per i monoblocchi (ma anche per le testate) è la G-AlSi9Mg. Dopo gli opportuni trattamenti termici questa lega offre un allungamento percentuale compreso tra il 2% ed il 5%, un Carico di rottura compreso tra i 250 N/mm^2 ed i 300 N/mm^2, Durezza Brinell HB 80-110, Resilienza 80-110 N/mm^2, Carico di snervamento 200-270 N/mm^2.

Indipendentemente dal trattamento termico tale lega di alluminio ha un peso specifico di 2,65 kg/dm^3, un Modulo elastico pari a 74-83 kN/mm^2, un Coefficente di dilatazione termica tra i 20°C ed i 200°C di 21 1/K x 10^6, un Coefficente di conducibilità termica tra i 20°C ed i 200°C di 1,39-1,68 W/K x m ed un Ritiro linerare per colata in sabbia dell’1,0-1,1%.

Le canne invece possono essere realizzate con ghisa sferoidale. Le ghise al nichel devono essere sottoposte al trattamento termico di nitrurazione per ottenere il giusto indurimento superficiale. Il trattamento viene eseguito mediante vapori di ammoniaca. Le canne riportate non possono essere rettificate una volta che le loro dimensioni sono per così dire “fuori tolleranza” ma vanno sostituite.

Maggiori informazioni sul sito Automotive & Motorsport di Ralph DTE: www.ralph-dte.net

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Materiali – Monoblocco a canne integrali

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Basamento a canne integrali

Per la realizzazione di basamenti con canne integrali ovvero ricavate all’interno del basamento stesso si utilizzano ghise speciali (a grano molto fine) al fosforo-manganese ed al nichel-cromo. La percentuale di silicio, piuttosto alta, serve a favorire la separazione del carbonio sotto forma di grafite. Il compito del cromo e del nichel, invece, è quello di migliorare le proprietà meccaniche della ghisa. Aumenta pertanto la resistenza all’usura a caldo (il calore è la principale causa di invecchiamento di un motore assieme agli attriti). Infine il compito del fosforo è quello di accrescere la durezza e la colabilità della ghisa. E’ importante porre attenzione alla presenza di zolfo che dovrà essere quanto mai limitata onde evitare problemi legati alla colabilità, al ritiro ed alla fragilità.

Maggiori informazioni sul sito Automotive & Motorsport di Ralph DTE: www.ralph-dte.net

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