Obsolescenza programmata Addio! – Parte 1: I motori a combustione interna

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili | Le domande dei lettori | Obsolescenza programmata Addio!

Titolo o argomento: Le logiche dietro la longevità dei prodotti di uso comune

Risponendo a: François

François scrive: Grazie antitutto, ragazzi. Sono un appassionato con una laurea in legge alle spalle e quindi non ho conoscenze tecniche approfondite ai miei continui quesiti da malato di auto e motori, per quanto provi a leggere e informarmi. Per saperne di più sui miei dubbi, ho pure letto dei libri di ingegneria ma tra questo e saperne so che c’è un mare di differenza. Un po’ come quando un amico cita un articolo di legge che alla fine non ha nessuna attinenza con quanto si sta discutendo, anche se sembrerebbe attinente.

Riguardo alla longevità dei motori e alla loro possibilità di percorrere centinaia di migliaia di chilometri, mi pare di capire che non sia il regime di utilizzo medio a fare la differenza, quanto la potenza specifica di un motore. Per esempio, un vecchio mercedes 2000 diesel da 70 cv  da 2500 giri al minuto in media farà tanti chilometri quasi quanto un camion che gira a 1500 giri in media. Anzitutto, è giusta la mia riflessione?

Poi: ho una mito multijet da 95cv. Mi piacerebbe depotenziarla per farla arrivare a fare tanti chilometri come suggerite, ma come si fa? E con la mia guida, cosa posso fare perché sia il mio piede a “depotenziarla”? E in generale, meglio un pelo di gas a 3000 giri che più in fondo a 2000? Vi ringrazio moltissimo

Gentile François partiamo subito dalla frase inerente la longevità dei motori, preciso che la potenza specifica incide sulla longevità del motore sotto il punto di vista dell’impronta che viene data al progetto. Questo significa che il progettista sa bene che esasperando certi parametri otterrà un motore meno longevo. Il regime di rotazione è altrettanto importante ma sotto un altro aspetto, sebbene il valore massimo sia anche esso impostato nel progetto iniziale, starà poi al guidatore sfruttarne l’intensità e la progressione a seconda di quanto intende far durare il motore.
Quindi un guidatore non può scegliere di modificare il dimensionamento degli organi (né i materiali impiegati e le geometrie delle parti fondamentali per la bontà del progetto), ma può scegliere la potenza specifica del motore del suo veicolo d’interesse nel momento dell’acquisto dello stesso. Inoltre un guidatore non può scegliere il regime massimo di rotazione o utilizzare un regime di rotazione sottocoppia che non permette un corretto funzionamento del motore, ma può scegliere di utilizzare al momento opportuno il valore minimo di giri nel range di utilizzo del motore stesso e la progressione con cui raggiunge tale regime.
Il guidatore può altresì scegliere come utilizzare il motore influenzando di fatto la vita utile massima che questo può raggiungere. Questa vita utile è determinata dal numero di cicli che il motore riuscirà a sostenere prima che gli organi vitali cedano perchè sono andati fuori misura o perchè indeboliti. Ci sono innumerevoli parametri che permettono ad un motore di vivere più a lungo. Il controllo dell’invecchiamento degli organi del motore e lo studio delle cause che comportano l’invecchiamento stesso, sta diventando di per sé una scienza. Noi conosciamo gran parte di questi fenomeni ma non possiamo enunciarli tutti sia per questioni legate alla riservatezza progettuale, sia perchè stiamo cercando di raggiungere il record (personale) di un milione di chilometri effettuati con il medesimo motore (e veicolo) senza che questo sia stato rettificato o abbia subito interventi drastici. Al momento siamo attorno alla soglia dei 500.000 km con il motore che si trova in condizioni talmente ottimali da esser cambiato impercettibilmente rispetto a quando era nuovo (noi stimiamo che le sue condizioni siano attualmente al 98%). Questo lo si verifica dalle misure di compressione, dal consumo di olio, dall’ispezione interna tramite fibre ottiche, dalle prestazioni di accelerazione, erogazione della potenza ed espressione della coppia. Raggiungere un simile chilometraggio in condizioni così favorevoli ovviamente non ha comportato particolari costi, altrimenti non avrebbe avuto senso. Quello che si è speso in maniera incisiva è stato il tempo per lo studio e la strumentazione utile alla ricerca.
In linea di principio comunque il confronto tra la vettura Mercedes cui fa cenno ed il camion non è compatibile. Sebbebe i cicli siano gli stessi (ciclo Diesel) e quindi tali motori tendano di per sé a girare a circa la metà dei giri (rispetto ad un motore equivalente a benzina, offrendo inizialmente la possibilità di percorrere il doppio dei chilometri e quindi, a parità di chilometraggio, la metà dei cicli – ovviamente il confronto si intende a parità di massa del veicolo, di superficie frontale, aerodinamica, rapportatura del cambio, ecc.), ebbene, nonostante questo, le masse dei veicoli citati sono molto diverse così come il frazionamento del motore (generalmente L6 o V8 per i camion) e la rapportatura del cambio (5 marce per la vettura, persino 14 per il camion).
Ad ogni modo i 70 cavalli del motore Mercedes possono in parte rappresentare un ostacolo in quanto leggermente insufficienti per la massa del veicolo, ragione per cui infatti il regime di rotazione che cita è più alto rispetto alla media attuale. Oggi si può viaggiare con un Diesel 2 litri (a bassa potenza specifica) a 1200 giri al minuto in extraurbano e senza vibrazioni e quindi senza essere sotto coppia. Se il motore cui fa riferimento non è dotato di turbocompressore meglio ancora… le aspettative di vita si allungano ulteriormente anche per via di temperature di funzionamento più basse e minori sollecitazioni. Inoltre i vecchi motori Mercedes con pochi cavalli avevano tutti gli organi del manovellismo e della distribuzione abbondantemente sovradimensionati, altro fattore incidente sulla longevità di un motore che esprime poca potenza. Con mezzi simili ho conosciuto persone che, a seguito di cure maniacali, hanno superato i 600-700.000 km (e poi hanno rotto perchè il mezzo non era opportunamente controllato e manutentato). Si tratta di record per così dire di Endurance, una passione, lo sfizio di vedere fin dove ci si può spingere. Ovviamente non valgono i chilometri effettuati dopo importanti interventi di ripristino e/o rettifiche.
Circa la seconda domanda su un motore che immagino sia il 1300 turbodiesel può semplicemente intervenire con una centralina aggiuntiva rimappabile (e magari uno switch). Solitamente queste vengono fornite per l’incremento di potenza e coppia (anche se si tratta del modo più semplice di elaborare un motore e di un modo che non ha sempre senso soprattutto se la meccanica non è stata adeguata… ma questo è fuoritema ora) ma si può chiedere di avere una centralina in più per ottenere l’effetto opposto operando una riduzione della sovrapressione del turbocompressore e, ove possibile, variando la portata degli iniettori. Un depotenziamento fino ai 65-75 cavalli stressa sicuramente meno il motore ma bisogna tener conto dei percorsi che si affrontano (strade con frequenti salite, strade di montagna, ecc.), del numero di passeggeri che si hanno solitamente a bordo e del carico che il veicolo porta abitudinalmente con sé. Depotenziando troppo infatti si rischia l’effetto opposto, il motore arranca e si stressa di più. Ciò che andrebbe sottratto, dopo una serie di test, sono i cavalli in eccedenza, quelli che il motore tira fuori quando si agisce allegramente sul gas sperperando, tra l’altro, carburante inutile.
La potenza erogata, comunque, non è di 95 cavalli ma, se legge le specifiche, di 95 cavalli ad un certo numero di giri. La potenza cresce al crescere del numero di giri in quanto aumenta il lavoro che il motore può compiere in un determinato intervallo di tempo. Questo vuol dire che ad esempio mentre viaggia in centro a 1600 giri/min in 2a marcia, magari sta (dico per fare un esempio) erogando 38 cavalli e non sempre 95 come di frequente si tende a pensare. Viaggiare a 3000 giri ad un pelo di gas, è più conviente (meccanicamente) che viaggiare a 2000 giri con il gas affondato (il rapporto usato in tale condizione e quindi la velocità del mezzo oltretutto incideranno sullo smaltimento del calore oltre che suoi consumi). Ma non solo! E’ anche meno stressante per il motore perchè il regime di rotazione influenza affidabilità e longevità oltre un certo regime in cui il motore fatica a smaltire il calore ad esempio, mentre il carico, ovvero la percentuale di apertura del gas, e quindi la pressione sull’acceleratore, influenza la longevità di un motore incisivamente a tutti i regimi di rotazione. Un motore ideale per durare, esprime una coppia vantaggiosa ai regimi medio bassi e una potenza di picco limitata, questo gli permette, come nel mio caso, di viaggiare con parametri motore estremamente tranquilli (non posso purtroppo entrare oltre nel dettaglio) e ad un regime di 1200-1500 giri/min. Il tutto abbinato ad un buon progetto iniziale, un uso che tiene conto dei percorsi e delle masse aggiuntive, una manutenzione sopraffina ed un controllo della totalità dei parametri in gioco, permette ad un motore di essere usato sempre (o molto spesso) in condizioni ideali senza accusare particolari stress.
Mi rendo conto che ogni automobilista non può seguire tutto questo (che oltretutto rappresenta solo una rapida introduzione e che in ogni caso risulta inutile se il progetto iniziale del motore/veicolo non risulta valido), altrimenti impazzisce, ma per noi è importante come coadiuvo ai nostri studi e come presupposto per raggiungere un ulteriore record.
Continua…

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Le gocce del Principe Rupert

Cosa succederà alla goccia di vetro sotto l’azione del martello? Si romperà? Sicuro?
E invece no. Si chiamano le Gocce del Principe Rupert, vengono ottenute facendo
colare del vetro fuso in acqua dove si temprano acquisendo forti tensioni…
Una forte martellata sul bulbo non le romperà ma, inaspettatamente,
una leggera vibrazione sulla coda le farà esplodere con una sorta di reazione a catena
che parte dall’interno e che raggiungerà il bulbo in pochi millesimi di secondo.
Anche i motori a combustione interna, se toccati nei loro punti deboli, cedono
repentinamente e, ancora più facilmente, se il progetto di partenza prevede per loro
particolari stress e tensioni per via di geometrie, dimensionamenti, materiali e potenze
specifiche inadeguate.
Puoi osservare un interessante slow motion al seguente link:
https://www.youtube.com/watch?v=xe-f4gokRBs
Image’s copyright: SmarterEveryDay (YouTube Channel)