Rispondendo a Maurizio

Il nostro lettore ci informa che la sua Hyundai i10 ha problemi di trazione su una breve salita che conduce a casa e, quando piove, su quest’ultima la vettura slitta. Questo problema impedisce alla vettura di completare la salita ed il suo proprietario vorrebbe sapere se è il caso di dotarla di un differenziale autobloccante (qualora vi sia un’azienda che produce tale componente per la suddetta vettura).

Di seguito la nostra risposta:

Salve, per rispondere meglio avremmo bisogno di capire alcune cose in più: La vettura slitta su un breve tratto quale ad esempio una ripida salita in asfalto/cemento dei garage? In tal caso, anche altre persone che fanno questa salita hanno lo stesso problema con altre vetture? Oppure slitta su un normale tratto di strada con forte pendenza? Avverti che una ruota perde aderenza e quindi la vettura si ferma, essendo dotata di un differenziale aperto, oppure hai la sensazione che la vettura scivoli perchè manca completamente il grip all’avantreno? Quali sono le condizioni di questa salita? Asfalto consumato e viscido solo da un lato (importante per capire se un differenziale autobloccante potrebbe essere la soluzione), oppure presenza frequente di ghiaccio o scoli di acqua o ancora breccino misto terra…

Se fosse una sola ruota a perdere aderenza su questa breve salita, ovviamente con un differenziale aperto normale la vettura si ferma. Al contrario con un differenziale autobloccante dovrebbe riuscire a proseguire a patto che i pneumatici riescano ad avere grip a terra. Tuttavia acquistare un differenziale autobloccante ha un costo piuttosto elevato che può superare i 1500 euro tranquillamente. Inoltre le aziende che li realizzano non li realizzano per tutti i modelli di autovetture. Il differenziale autobloccante non ha bisogno di comandi per essere inserito o disinserito, bensì entra in funzione da solo quando una delle due ruote motrici perde motricità.

Rimane però il fatto che anche il differenziale autobloccante normale ha i suoi limiti. Esso infatti lavora al meglio in condizioni di aderenza ottimale mentre in condizioni di neve o ghiaccio o fondi stradali viscidi è necessario avere un differenziale autobloccante elettronico che lavori insieme alla centralina elettronica della macchina.

In poche parole, montare un differenziale autobloccante, oltre alla grande spesa, potrebbe non dare i risultati previsti. Montare un differenziale autobloccante elettronico credo che non sia possibile per la complessità della modifica.

A mio avviso quando piove la vettura perde trazione solo su questa salita di cui ci parli molto probabilmente per la leggerezza della vettura stessa. Penso quindi che anche con l’autobloccante potrebbe non salire. Quando una salita è molto ripida e viene percorsa per forza di cose a bassa velocità, se la spinta che il peso del mezzo (dato dalla massa per l’accelerazione di gravità) offre lungo l’asse verticale non è sufficiente, il veicolo perde trazione. In parole povere i pneumatici non hanno il carico sufficiente addosso che li possa premere a terrà permettendogli di avere una buona presa.

Probabilmente se quando piove fai la prova di percorrere la salita con un passeggero robusto (circa 100kg) all’anteriore e nessun passeggero nei posti dietro, sentirai la vettura avere una maggiore presa e la situazione potrebbe migliorare leggermente.

Nel caso di salite in cemento per raggiungere i garage, come in molti casi succede, si procede ad effettuare delle scanalature drenanti sulla strada… Il fondo rimane meno allagato e l’attrito necessario per superare la salita viene ripristinato. Anche in questo caso si slitta meno con una spesa minima.

Siamo curiosi di sapere ulteriori aggiornamenti sulle soluzioni che proverai

Buon lavoro

Link utili: I padroni della coppia -1- | I padroni della coppia -2- | I padroni della coppia -3- | Il setup che fa impazzire: Il differenziale | Pagina tecnica “Differenziale” dal sito Scuderie RBC

Condividi

Rispondendo a Riccardo

La domanda è molto generica ma provo comunque a risponderti

Mettere a punto un ottimo assetto richiede l’analisi di una moltitudine di situazioni che si verificano in un giro di pista. Questo insieme di situazioni a sua volta si riverificherà per tutti i giri  che determinano la durata della gara e che, nonostante lo sforzo del pilota nel farli tutti il più possibile simili, non saranno mai del tutto uguali.

Di ogni singola situazione che si verifica in un giro di pista bisogna essere bravi ad individuare quella principale sulla quale operare, ovvero quella che se presa in considerazione per modificare il setup in una direzione, porta vantaggi anche in quasi tutte le altre situazioni. Dico quasi perchè l’assetto perfetto che fa calzare a pennello la vettura sia al pilota, sia a tutti i settori della pista, non mi sembra che esista.

Può accadere che in un giro di pista, il pilota possa trovare che la sua vettura sia sottosterzante in alcuni punti e, addirittura, sovrasterzante in altri. Sebbene la causa di simili anomalie sia spesso dovuta ad errori di guida ovvero ad errori quali un’apertura/chiusura troppo anticipata o ritardata del gas, può accadere che un assetto realizzato ad hoc per un settore risulti poi inadeguato su un altro tratto di pista. In questo caso si sceglie su quale settore tentare di guadagnare tempo e su quale altro settore rinunciare a preziosi decimi o centesimi. Si fa quindi un bilancio.

Cosa intendo con il termine “situazione”

Un esempio di situazione è il seguente (riportato anche in figura); la vettura simulata attraverso un apposito software viene rappresentata con una serie di vettori che descrivono le forze in gioco in quel dato istante. Nel caso in figura  notiamo che l’auto da corsa sta per uscire dalla curva e manifesta un leggero sottosterzo* che permette al pilota di affondare prima il gas  senza il rischio di perdere tempo sovrasterzando o, peggio, girandosi. In altri punti del tracciato questa predisposizione della vettura potrebbe ostacolare il corretto inserimento in curve a raggio più stretto o percorse a velocità più elevate. Un metodo di risoluzione del problema potrebbe essere quello di rendere la vettura un pelo più sovrasterzante in modo da permettere un leggero sovrasterzo che evita il surriscaldamento dei pneumatici anteriori.

*I vettori cambiano colore e lunghezza in base all’entità della forza che agisce nel punto e nella direzione indicata. Analizziamo solo i 4 vettori numerati. Notiamo che la gomma posteriore sinistra ha un vettore (1) “verde” che indica un elevato grip disponibile. La gomma posteriore destra ha un vettore (2) rosso piuttosto corto che sta ad indicare una drastica riduzione di grip dovuta però al normale trasferimento di carico laterale (legato al rollio). All’avantreno invece, la gomma anteriore sinistra (vettore 3)  ha una media presa indicata dal vettore giallo mentre la gomma anteriore destra (vettore 4 leggermente coperto dal vettore 3) non sta poggiando a terra in modo corretto. Questa situazione è stata cercata per impedire alla vettura di sovrasterzare quando si apre il gas in modo violento in alcuni settori della pista. Simulazione effettuata con LFS.

Ebbene quando il pilota sta guidando, trovandosi in brevi archi di tempo in tante e diverse situazioni che richiedono una risposta subito, tenta di interpretare con la sua esperienza il comportamento del suo telaio e del suo assetto nel modo migliore. Tuttavia sarà solo tornando ai box e discutendo (telemetria alla mano) con i tecnici, che egli riuscirà a comprendere il fenomeno che lo penalizza in uno o più punti. Dopodiché si interverrà laddove si ottiene un reale vantaggio. Una maggiore difficoltà di guida in un punto della pista con in cambio una vettura molto guidabile nel misto è senza dubbio da preferire (dato che implica solo una maggiore concentrazione da parte del pilota in quel singolo punto) ad una situazione nella quale il pilota senza sforzo alcuno supera un punto difficile trovandosi poi una vettura completamente squilibrata nel resto del tracciato.

Condividi

Rispondendo a Enzo

Come abbiamo già espresso negli articoli inerenti i differenziali autobloccanti, su una trazione anteriore, bloccando sempre più il differenziale autobloccante in potenza ed in rilascio, si ha via via sempre meno inserimento ed un maggiore sottosterzo.

Enzo simulando tramite Live for speed il comportamento di una pepata vettura a trazione anteriore (modello UFR sul simulatore LFS) ci ha fatto notare che secondo lui la situazione sopra espressa non si è verificata.

Un ottimo spunto per effettuare ulteriori chiarimenti in merito

La situazione tecnica che abbiamo illustrato negli appositi articoli (i padroni della coppia 1; i padroni della coppia 2; i padroni della coppia 3; il setup che fa impazzire: il differenziale; ecc…) in realtà è prorpio vera. Tuttavia subentrano diversi fattori che possono influenzare quanto descritto depistando chi sta preparando un setup.

Nel tuo caso un fattore importante che ha giocato un brutto scherzo nella realizzazione del set è il passo. Si tratta della distanza che intercorre tra il centro delle ruote anteriori ed il centro delle ruote posteriori. La vettura che hai utilizzato per le tue simulazioni ha un passo molto corto.

Le vetture con passo corto hanno una minore stabilità ed una maggiore tendenza al sovrasterzo (in rilascio trattandosi di trazioni anteriori) specie in quelle situazioni in cui viene a mancare il carico sulle ruote posteriori. Un esempio chiaro è la frenata. Una vettura a passo corto non correttamente settata avrà una forte tendenza a trasferire i carichi all’anteriore e l’eccessivo allegerimento del posteriore conferirà all’intero corpo vettura una forte instabilità. Inoltre queste vetture, se prive di differenziale autobloccante, durante le forti accelerazioni hanno la tendenza a far ruotare il volante a destra e a sinistra. Questo viene male interpretato come situazione di sovrasterzo. Si tratta invece di instabilità nell’erogazione della coppia motrice. Un differenziale autobloccante riduce il fenomeno tanto più è bloccato ma allo stesso tempo riduce l’inserimento del veicolo che per vie traverse si recupererà modificando sospensioni e campanature.

Spesso si fa l’errore di andare a toccare prima il differenziale autobloccante e poi le sospensioni. In realtà dopo aver correttamente impostato l’altezza della vettura in modo tale che in frenata rimanga un carico utile sulle ruote posteriori, si può agire sulla taratura del differenziale autobloccante in potenza ed in rilascio e sul suo precarico.

Questo genere di auto vanno settate prima di tutto con una minore altezza del corpo vettura al posteriore. Successivamente si incrementa la percentuale di bloccaggio del differenziale (che in questo caso si trova all’anteriore) fino a far scomparire l’effetto sovrasterzante. Allo stesso tempo però ci dobbiamo rendere conto che stiamo riducendo la possibilità del veicolo di inserirsi agevolmente in curva. Pertanto prima di bloccare eccessivamente il differenziale (con tarature a mio avviso più corrette se molto simili tra loro nella potenza e nel rilascio) sarebbe opportuno trovare un giusto precarico per vie di tipo sperimentale e, solo infine, aggiustare le percentuali.

Pertanto una vettura a passo corto con un elevato rapporto potenza/peso seguirà comunque la legge secondo la quale il differenziale autobloccante all’anteriore più sarà bloccato e meno inserimento avrà il veicolo; tuttavia con un passo molto corto sarà necessario “ovviamente” ricorrere ad un maggiore bloccaggio proprio per compensare l’eccessivo inserimento elargito dall’intero autotelaio*. Gli unici casi nella realtà in cui si ricorre al bloccaggio totale dell’autobloccante sono particolari e rare gare in salita. In un campionato di gran turismo non succede mai nel 100% dei casi. Bloccare al 100% un differenziale su un simulatore implica una sorta di errore nel setup.

Viceversa in vetture a trazione anteriore con passo lungo (vedi il confronto in figura) ,  una maggiore stabilità ed una minore propensione all’inserimento, è per forza di cose necessario bloccare il differenziale solo quanto necessario evitando quindi eccessi (raramente si supera il 25-30% nelle corse vere con vetture a trazione anteriore e autobloccante).

*Vetture con elevate prestazioni (quindi a trazione posteriore) necessitano di un corretto equilibrio nella taratura del differenziale in potenza ed in rilascio. Questo permetterà di scaricare a terra la notevole potenza in modo corretto e ben distribuito. Il resto lo farà un ottimo telaio e delle ottime sospensioni, nonché una valida aerodinamica. Al contrario vetture minute con potenze elevate hanno bisogno di lavorare maggiormente “di telaio” questo perchè le performance offerte dal mezzo non sono al top ma è comunque divertente per i piloti portare oltre i limiti mezzi così piccoli e pepati… In questo caso è necessario ricorrere alle strategie più disperate per tentare di tenere incollato per terra un mezzo che non ne vuol sapere

Condividi

Rispondendo a Giovanni

Giovanni ci chiede, dopo aver letto l’articolo Telemetria -parte 4-, come mai se la vettura si trova ad esempio nella situazione in cui perde aderenza e scivola via, l’accelerometro non indica un’accelerazione laterale maggiore.

Comprendo benissimo i dubbi che ti portano a questa domanda.

Intro 

In una vettura da corsa si usano prevalentemente accelerometri bi-assiali, per indicare le componenti tangenziali e normali dell’accelerazione istantanea. Il dispositivo deve essere montato in corrispondenza del centro di massa (baricentro), oppure ai centri degli assi se ne vengono montati due mono-assiali. La componente tangenziale (alla traiettoria) misura la variazione del modulo della velocità, quella normale misura invece la rapidità di variazione della direzione della velocità.

• In rettilineo è ovviamente diversa da zero soltanto la componente longitudinale

• In curva la componente normale è sempre diversa da zero mentre quella longitudinale puo’ esserlo oppure no.

 L’accelerazione e’ determinata dalla risultante delle forze esterne che agiscono sulla vettura: forze di attrito e spinte aerodinamiche.

L’accelerometro e le forze

L’accelerometro si trova ovviamente a bordo della vettura. Abbiamo un sistema costituito dalla vettura, il pilota e l’accelerometro. Un sistema non inerziale ossia un sistema accelerato rispetto alla Terra. Quando l’auto prende una curva (ad esempio dopo un lungo rettilineo) il pilota, la macchina e con essa quindi anche l’accelerometro tenderanno a mantenere la direzione che avevano poco prima. Quello che il pilota sente è la forza centrifuga da considerare nelle cosiddette forze fittizie. La forza centrifuga tende a spingere, durante la curva, il sistema vettura-pilota-accelerometro verso l’esterno. La forza centripeta, al contrario è la reazione opposta data dal grip meccanico (gomme) e quello aerodinamico (ali) che permette alla vettura di percorrere la curva.

Più il veicolo aderisce alla strada mantenendo la sua traiettoria e più sull’accelerometro, come sul pilota e su tutto il corpo vettura, agirà una maggiore forza centrifuga che tenderà a far proseguire a tali corpi la direzione che avevano nell’istante precedente.

Se invece il veicolo perde aderenza e parte per la tangente, “tirando dritto”, sia sul pilota che sull’accelerometro e l’auto non agiscono forze che tendono a trattenerli nel precendente moto. Questo perchè la precedente direzione, anche se con un diverso equilibrio del veicolo, sta già continuando. Tutto parte per la tangente come se il pilota improvvisamente decidesse di tirar dritto… Vi sono sempre e comunque forze che agiscono su pilota, auto e accelerometro ma gli effetti sono meno incisivi in quanto la situazione assomiglia, almeno nell’istante prima che il mezzo inizi a scomporsi, ad un prolungamento del rettilineo. Con le dovute approssimazioni è come se non si verificassero cambiamenti di direzione dell’auto da corsa.

In realtà poi la vettura non starà procedendo sull’asfalto, inoltre il pilota avrà abbondantemente agito sui freni e lo sterzo. L’equilibrio della vettura non sussisterà più e starà saltellando sulla ghiaia magari… Quindi sull’insieme pilota-vettura-accelerometro staranno agendo comunque altre forze.

Condividi

Non è detto!

Su cosa si batte ultimamente? Sui prezzi. Si cerca di risparmiare il più possibile senza rendersi conto dei rischi cui si va incontro. E’ il caso di Rita che ci ha raccontato la sua esperienza a dir poco negativa in un acquisto che era meglio non fare.

Attratta dal prezzo vantaggioso, oltre un anno fa, Rita ha acquistato un appartamento con ingresso indipendente in un condominio a mo’ di villette. Una casa tutto sommato piuttosto carina che ha comportato però un mutuo di 20 anni.

Dopo poche settimane dal trasloco Rita si è accorta che in cucina ed in camera da letto vi erano notevoli macchie di umidità. Nel giro di pochissimi giorni si sono trasformate in vere e proprie infiltrazioni.

Dopo aver tentato invano di far sistemare il difetto all’impresa cui si era rivolta, ha deciso di chiamare un tecnico di tasca sua. In soldoni è emersa la quasi totale assenza di isolamenti adeguati. Non solo non ci sono isolamenti a norma di legge, ma non ci sono proprio isolamenti di alcun genere.

Indipendentemente dalle conseguenze legali di cui non conosciamo i dettagli, il risultato è stato che Rita ha provato a rivendersi la casa senza successo, ovviamente ha tentato di vendere ad un prezzo più basso di quello pagato, avvisando i possibili acquirenti del difetto e pensando che lo sconto fatto sarebbe bastato per compensare i lavori… Insomma ha provato a vendere la casa per chiudere il mutuo non avendo i soldi per potersi pagare da sola la sistemazione degli isolamenti.

Da numerose visite, numerosi colloqui con tecnici del settore, geometri, costruttori, agenti immobiliari, amici nel settore edile ecc, è emerso che attualmente il valore di quella casa è ZERO. Inserire gli adeguati isolamenti, a casa finita, ha un costo oltremodo elevato. Nessuno vuole acquistare quella casa o le altre presenti in quella schiera di appartamenti (visto che non è l’unica ad avere manifestato tali gravi problemi).

Spesso, spendere un pò di più, da un ritorno nel tempo… Spesso però, spendere un pò di più è impossibile e si cade in una serie di problemi con gravi ritorsioni nel tempo. Passi l’elettrodomestico difettoso trovato nel centro commerciale, passi la spesa errata di qualche centinaio d’euro o la delusione per l’auto che non va come vorremmo, ma non può passare una spesa che segna la vita di una famiglia e che ci si deve portar dietro per 20 anni se non di più. Quando siete nel dubbio, meglio non fare l’acquisto… Sicuramente.

La casa deve essere fatta bene punto… e dovete esser certi che sia così.

Condividi

Rispondendo a Stefano

Parte settima

Leggi l’articolo introduttivo

Mi rendo conto che, per chi non conosce ancora bene il campo della meccanica, risulta difficile conoscere i nomi di programmi atti alla progettazione e alla simulazione di componenti per applicazioni meccaniche. Quindi, al momento, mi limito a presentarne una lista. Successivamente il Blog si preoccuperà anche di scrivere articoli più approfonditi circa i PRO e i CONTRO di ognuno di questi programmi, nonché utili info quali principali funzioni e prezzi in modo da poter scegliere quale acquistare. 

Tra i software impiegati per le simulazioni delle sollecitazioni di organi meccanici (come quelle che hai visto nei video presenti sul sito della nostra officina laboratorio) troviamo principalmente:

• Solid edge;

• Solid works;

• Autodesk inventor;

• Catia;

• Pro Engineer;

• Unigraphics;

• SolidThinking;

• TopSolid’Design;

Mentre tra i software più conosciuti e adoperati laddove ci sono grandi necessità di calcolo matematico troviamo:

• MatLab

• Mathcad 

 Questi che ti ho elencato sono solo alcuni dei tantissimi software esistenti. Cercando sul web questi software ne troverai molti altri alternativi. I prezzi per gli istituti tecnici e le università sono più bassi che per il privato. Molte volte cercando delle alternative si riesce a risparmiare notevolmente anche se si acquistano software con minori funzioni. E’ importante sottolineare che spesso però si acquista un software costoso per farci sempre e solo le solite operazioni.

Condividi

Rispondendo a Stefano

Parte sesta

Leggi l’articolo introduttivo

Formule per il dimensionamento dell’albero a gomiti.

Per il dimensionamento dell’albero a gomiti, le formule raccolte nel manuale del perito meccanico che mi dicevi, vanno benissimo. Tuttavia se riesci ad andare in una biblioteca di un’Università di Ingegneria Meccanica, trovi sicuramente degli ottimi approfondimenti che richiedono però buone conoscenze matematiche.

Dimensionare l’albero motore comporta, come già saprai sicuramente, Progetto e Verifica di:

• Perno di manovella.

• Perno di banco.

• Braccio di manovella.

Condividi

Rispondendo a Stefano

Parte quinta

Leggi l’articolo introduttivo

La forza che verrà impressa sul cielo del pistone e relative formule,

in modo da poter eseguire i corretti e dovuti dimensionamenti.

Considerando che il motore in questione è un propulsore 2 tempi 125cc per uso motociclistico, per calcolare la spinta che solleciterà il pistone, e tenderà ad inflettere la biella (nel punto di quadratura: ossia nel punto in cui le sollecitazioni sono al massimo) con un carico di punta che a sua volta verrà trasmesso all’albero motore, relativi cuscinetti e carter… devi considerare i seguenti valori:

• P_me 0,7-1,0 [MPa]

Unità di misura: 1 MPa (megapascal) = 1.000.000 pascal = 10⁶ N/m² = 1 N/mm² ≈ 0,1 kg/mm²

Nel tuo caso, considerando un alesaggio di 54mm e quindi un area (raggio x raggio x 3,14) di circa 2290mm², la spinta media sul pistone avrà un valore di 2290 Newton se consideri una P_me=1; ovvero F [N] = Pressione [N/mm²] x Superficie [mm²] = 1N/mm² x 2290mm²

• η_g 25-30 %

• u_p 16-20 [m/s]

• C/D 0,8-1,0

• n [giri/s] 120-160

• Potenze specifiche comprese tra 100-200 KW/dm³

Unità di misura: 1kW = 1,36CV = 1,34hp = 737,56 lbf·ft/s = 101,97 kgf·m/s

Questi dati sono quelli di cui si tiene conto la maggior parte delle volte durante la progettazione di motori motociclistici 2 tempi di piccola cilindrata.

Condividi

Rispondendo a Stefano

Parte quarta

Leggi l’articolo introduttivo

Chiarimenti circa le pressioni in camera di scoppio, aree e volumi,

unità di misura e parametri importanti di calcolo

Circa il discorso delle pressioni, le aree e i volumi nella tua mail abbiamo notato un pò di confusione. La pressione che misuri a motore spento inserendo un manomentro al posto della candela, non ha molto a che fare con la spinta che si genererà sul pistone nell’istante della combustione. Con la pressione che hai rilevato il motore nemmeno partirebbe. Devi considerare che, a motore spento, misuri semplicemente il rapporto geometrico di compressione ossia un rapporto tra la pressione presente nel volume (cilindro+camera di scoppio) quando il pistone si trova al punto morto inferiore, e quella che raggiungi quando il pistone arriva al punto morto superiore (ossia quando rimane solo il volume della camera di scoppio nel tuo specifico caso; questo non vale ad esempio per molti pistoni dei 4 tempi ma non è il tuo caso).

Durante il movimento del pistone dal punto morto inferiore a quello superiore, ovviamente, l’area del cilindro è sempre la medesima e ciò che osservi variare, in termini geometrici, è il volume a disposizione per eseguire i 2 tempi (aspirazione compressione - combustione scarico). Ti ricordiamo che il volume del cilindro lo misuri in ogni istante moltiplicando l’area dello stesso (e quindi raggio x raggio x 3,14) per la corsa utile a disposizione prima che raggiunga il PMS (punto morto superiore). A questo valore va sommato il volume della camera di scoppio che puoi trovare senza tante complicazioni così:

1. smonta la testa dal cilindro

2. avvitaci la candela

3. mettila rovesciata su una superficie piana

4. riempi di olio motore un piccolo contenitore graduato

5. versa l’olio nella camera di scoppio e vedi quanto ne è rimasto nel tuo contenitore graduato

6. dalla sottrazione sai quanto olio sta occupando la tua camera di scoppio

7. dalla quantità d’olio trovata risali velocemente al volume anche perchè molti contenitori graduati indicano sia i litri, sia i decimetri cubi:

8. Ovviamente 1 litro = 1 dm³

A mano a mano che il pistone scende verso il PMI punto morto inferiore, il volume a disposizione cresce; al contrario durante la corsa verso il PMS punto morto superiore, il volume si riduce notevolmente. La riduzione di volume provoca di per sè un incremento delle pressioni che diventa ancora maggiore (molto maggiore) quando avviene la combustione e la quasi istantanea espansione dei gas. Questo genera la spinta violenta che spingerà il tuo pistone verso il punto morto inferiore…

Ti diamo alcune definizioni importanti che ti saranno molto utili e,

già nel prossimo articolo, inizierai ad incontrare i numeri che cerchi

in modo tale da velocizzare e semplificare i calcoli:

Note: π=P greco 

PARTE A

• Alesaggio D: diametro interno del cilindro entro cui si muove il pistone

• Corsa C: distanza percorsa dal pistone dal PMS al PMI

• Sezione trasversale cilindro Ac : raggio·raggio·π  oppure  (π·D²)/4

• Cilindrata: Ac·Corsa

• Rapporto volumetrico di compressione: r=(V+Vc)/Vc ovvero volume cilindro + volume camera di combustione diviso il volume della camera di combustione (attenzione che in diversi motori 4 tempi il cielo del pistone ha una forma con una sporgenza che occupa parte del volume della camera di scoppio, ma non è il tuo caso)

• Velocità di rotazione dell’albero motore: velocità angolare dell’albero a manovelle misurata tramite il numero di giri completi in un secondo “n” oppure in radianti al secondo. Le due grandezze sono legate dalla seguente relazione: ω = 2·π·n

• Frequenza del ciclo: fc = n/ε (ε=1 per il motore a 2 tempi; ε=2 per il motore a 4 tempi)

• Angolo di manovella θ (si legge Teta): θ=ω·t=2π·n·t. Se ti sembra incomprensibile pensa solo al fatto che la velocità è uguale a uno spazio fratto il tempo. Di conseguenza lo spazio è dato dalla velocità per il tempo. Se consideri che un angolo percorso dalla manovella equivale ad uno spazio, ne segue che l’angolo di manovella Teta ovvero lo spazio è dato dalla velocità 2πn (vista poco sopra) per il tempo. Tutto qui.

PARTE B

• Spostamento del pistone:

Sp= C/2·[1+(1/Λ)-cosθ-(1/Λ)·√(1-(Λ²·sin²·θ))]

dove Λ (che si legge lambda) vale: Raggio di Manovella diviso Lunghezza biella,

ovvero: Λ=Rm/Lb

• Velocità media del pistone:

Ûp= 2·C·n (relativa ad un giro completo di albero motore)

dove “C” è nuovamente la Corsa e “n” il numero dei giri

• Velocità istantanea del pistone:

up= Ûp(π/2)·[sinθ+ (Λ·sin2θ/(2√(1-(Λ²·sin²·θ))))]

Si annulla all’inizio ed alla fine della corsa.

Ti ricordo inoltre che la derivata dello spostamento è la velocità, e che la derivata della velocità è l’accelerazione. Questa semplice relazione ti permette di ricavare tutto ciò che ti serve semplicemente partendo dallo spostamento.

• Accelerazione del pistone

ap= ω²(C/2)·[cosθ+Λ·cos2θ]

• Volume istantaneo cilindro:

Ovvero il volume disponibile per ogni posizione dell’albero motore. 

Indicheremo il volume istantaneo in grassetto e quello normale senza il grassetto.

V=V·[(1/(r-1)) + (1/2) ( 1+(1/Λ) -cosθ -(1/Λ) √1-(Λ²sin²θ) )]

Derivando il volume istantaneo rispetto a  θ (ovvero dV/dθ) si ottiene la variazione di volume che si ha con l’angolo di rotazione della manovella.

Quanto varia il volume disponibile nel cilindro per ogni grado di rotazione?

Derivando invece il volume istantaneo rispetto al tempo t (ovvero dV/dt) si ottiene la variazione di volume rispetto al tempo.

Quanto varia il volume disponibile nel cilindro in ogni secondo che passa?

Ecco un altro buon motivo per cui le derivate sono molto importanti.

Come del resto una buona conoscenza di tutta la matematica.

Specie in questo campo.

PARTE C

• Momento torcente: Me=F·b 

• Potenza effettiva: Pe=ω·Me

• Lavoro indicato: Li=∫pdv

Integrale della pressione rispetto alla variazione di volume. Rappresenta nient’altro che l’area racchiusa dal ciclo indicato.

Il Lavoro indicato non è altro che il lavoro ceduto dal fluido al pistone.

• Potenza indicata: Pi= dLi/dt = Li·fc = Li·(n/ε)

• Pressione media indicata: Pmi= Li/V

Note: L = F·s = (Pmi·Ac)·C = pmi·V = Li

Ricorda sempre che un momento è dato da una forza per il braccio, un lavoro dalla forza per lo spostamento e una potenza dalla Forza per la Velocità oppure dal Lavoro diviso il tempo…

• Rendimento indicato: ηi=Pi/(mc·Hi)

dove mc·Hi è la potenza termica messa a disposizione dal combustibile.

“mc” è la massa di combustibile

“Hi” è il potere calorifico inferiore del combustibile

• Rendimento organico: ηo= Pe/Pi

• Pressione media effettiva: Pme= ηo·Pmi

Pme: Lavoro effettivo per ciclo ed unità di cilindrata. La Pme è il lavoro utile fornito ad ogni ciclo dall’unità di cilindrata. Quindi è improprio per molti ingegneri chiamarla pressione media effettiva (e li capisco…); tuttavia essendo dimensionalmente e quindi per l’unità di misura, una pressione (si indica in MPa Mega Pascal), in tutti i testi di ingegneria e motorismo la si chiama così.

In realtà ci sono formule ben più complesse che esplicano come si arriva di preciso al valore esatto dalla Pme, esse considerano tutti i tipi di rendimento del motore. Ma non credo che occorrano nel tuo caso .

• Rendimento globale: ηg=1/Cse

dove Cse è il consumo specifico di energia per produrre l’unità di lavoro

Cse=(mc·Hi)/Pe

Nel successivo articolo troverai direttamente il valore della Pme che ti occorre

in modo da semplificare i tuoi conti.

Con queste formule saprai però spiegare come si arriva a quel valore,

inoltre potrai vedere più da vicino come si ricavano i parametri più importanti.

Condividi