Ferrando95

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  1. Grazie!! Si esatto, in questo caso il discorso si ribalta in quanto è la componente P3 ad essere "motrice" e non c'è altra potenza a favore. Tutto ciò che hai detto è giustissimo! La componente P1 di attrito e la componente P3 sono due facce della stessa medaglia: se aumenta una aumenta anche l'altra, essendo entrambe originate dalla gravità! Risulta comunque interessante notare che la massa non incide per niente sull'aerodinamica, che ad alte velocità è la fetta di potenza richiesta più consistente. Curiosità: a che velocità arrivano i mezzi da discesa da te citati?
  2. Hai ragione @McKenzie ahahaha Comunque @Dany86 hai ragione, ho preso spunto dalla discussione su facebook 😂 comunque il primo esempio si riferiva a una velocità di 100 km/h, ma non posso più modificare il post ora. Sui suv si potrebbe parlare ore e senza dire nulla di positivo. Voglio conoscere uno di quelli che acquista un suv per chiedergli: ma perchè? 😂
  3. Ciao a tutti ragazzi, tra un mese mi laureerò finalmente alla magistrale di ingegneria meccanica. Ora sono in un momento di riposo prima della tempesta, poiché ho deciso di iniziare un dottorato… purtroppo non in motori a combustione interna! Stiamo vedendo tutti quanto vengono demonizzati i trasporti per quanto riguarda l’inquinamento, quindi non mi è sembrata una scelta sensata per il mio futuro. Continuerò a coltivare la passione per i motori e tutto ciò che ruota loro intorno, ma solo in ambito privato e senza costruirci un lavoro sopra; chi lo sa, magari è meglio così. In questo momento di “noia” ho pensato di scrivere due righe sulla formula della potenza resistente: in soldoni, essa esprime quanta potenza serve alle ruote per poter andare a una certa velocità, lungo una certa salita, con un certo peso ecc. Ridurre il peso della potenza resistente dà benefici tanto quanto aumentare la potenza del motore. Sono dell’idea che conoscere il mostro che bisogna affrontare possa dare informazioni molto importanti! Risulta inutile, secondo me, aumentare sempre più la potenza se non si sa il perché sia necessario aumentarla. La potenza resistente Pr è composta da 4 componenti, che per comodità chiameremo P: L’obiettivo è cercare di snocciolare questi 4 termini, in un modo il più comprensibile possibile. Cercherò di non perdermi in formalismi matematici: per questa trattazione lo trovo inutile, in quanto i concetti di base sono facilmente comprensibili anche senza conoscenze matematiche! L’importante è capire che ognuno di questi 4 addendi va a gravare su ciò che è richiesto al nostro motore; la trattazione è volutamente semplicistica perché in tante cose non so addentrarmi con la dovuta conoscenza. 1) Componente P1: potenza dissipata dall'attrito delle ruote con il terreno. Mv: è forse il più importante e rappresenta la massa del veicolo! Più il veicolo è pesante e più è grande la potenza dissipata per l’attrito con il terreno. Come si vedrà in seguito, tale elemento comparirà più volte, per cui un alleggerimento del mezzo è di fondamentale importanza. g: accelerazione di gravità. Tale termine possiamo ritenerlo sempre costante e pari a 9,81. f: rappresenta il fattore di attrito volvente. Assume dei valori piuttosto bassi ma risulta variabile con la velocità, con la pressione dello pneumatico, con l’usura, con la composizione della mescola, con le dimensioni dello pneumatico e altri parametri. Diciamo che è una cosa su cui un comune mortale non può agire molto e l’unica cosa che si può fare è scegliere uno pneumatico adatto. v: è la velocità. In prima approssimazione, se si trascura la variazione di f con la velocità, si può dire che al raddoppiare della velocità si ha il raddoppio della potenza dissipata per attrito con il terreno. 2)Componente P2: potenza dissipata "dall'attrito" con l'aria. La seconda componente individua la potenza dissipata dalla presenza di un fluido in cui ci si vuole muovere. Risulta poco importante a basse velocità, ma cresce sempre di più fino a diventare la componente di gran lunga più importante. Anche in questo caso si hanno 4 fattori: ρa: rappresenta la densità dell’aria. Più il fluido in cui si viaggia è denso e più sforzo bisogna fare per attraversarlo. Ognuno lo avrà provato sulla sua pelle nuotando, visto che l’acqua è 1000 volte più densa dell’aria. Poiché al crescere della temperatura l’aria diventa meno densa, con temperature più alte si ha una minore resistenza, ma penso che ciò sia piuttosto marginale. cx: è il mitico coefficiente di resistenza aerodinamica. Viene usato per rappresentare la resistenza aerodinamica di un corpo e tiene conto di vari tipi di resistenze. Senza dilungarsi, va da sé che più tale parametro è basso e meno potenza viene dissipata! Vi lascio un link in cui potete vedere i cx di molte automobili: https://forum.quattroruote.it/threads/automobili-con-miglior-cx.114555/ . Le formula 1 hanno valori di tale parametro molto molto elevati, poiché è grazie all’aerodinamica molto studiata che le “schiaccia a terra” se riescono a stare incollate anche in situazioni impensabili. Sicuramente per un’auto che vuole essere di esercizio economico è necessario mantenersi bassi: ad esempio la Toyota Prius si attesta a un valore di 0,25, mentre un camion sta tipicamente sopra 0,6. Am: con tale parametro si intende la sezione maestra, o area frontale. Quando si è ad alte velocità in moto si è soliti abbassarsi: con tale movimento si migliora il cx e si diventa più aerodinamici, ma soprattutto si riduce l’area frontale su cui impatta l’aria. Vi lascio un’immagine per avere una visione migliore di cosa sia l’area frontale. Credo che nelle accelerazioni e nelle gare in pista, qualcuno che taglia le vespe per ridurre la dimensione dello scudo ci sia, correggetemi se sbaglio. v: si tratta nuovamente della velocità, solo che questa volta è elevata al cubo. Questo è un problema davvero grosso, perché se passo da 100 km/h a 200 km/h la potenza dissipata dalla componente C2 diventa 8 volte!! La Bugatti veyron “base” aveva una velocità massima di circa 407 km/h; il modello Super Sport raggiungeva circa 431 km/h, ma l’aumento di potenza si attestava sui 200 cavalli e l’aerodinamica venne rivista… 200 cavalli e una rivisitazione dell’aerodinamica per guadagnare 26 km/h. Tutto per colpa di quell’esponente “3” sulla velocità. Mi ricordo, quando passavo la giornata sotto alle api, quanto fosse difficile sorpassare gli 80 km/h effettivi… non c’è da meravigliarsi data l’aerodinamica comparabile a un muro dell’ape Piaggio. 3) Componente P3: potenza richiesta per vincere le salite In questo caso non spunta niente di nuovo. Si rivede la massa del veicolo e l’accelerazione di gravità: se si è più corpulenti fatichiamo di più a fare le scale, cosa risaputa. Spunta ancora la velocità e anche in questo caso la relazione è lineare: si raddoppia la velocità e si raddoppia la potenza richiesta. Il termine tan α indica la tangente dell’angolo compreso tra la salita e il piano: quando vedete i cartelli con scritto “salita 10%” vuol dire che tale parametro è pari a 0,1. Ovviamente in una discesa di pari entità, la P3 diventa a vostro favore. 4) Componente P4: potenza resistente legata alle inerzie del veicolo. L’addendo P4 è presente se e solo se si sta accelerando, dato che la a della formula è appunto l’accelerazione. Più è forte l’accelerazione che stiamo imprimendo al veicolo e più è grande la potenza richiesta per vincere l’inerzia del veicolo. Come si può vedere l’accelerazione a è moltiplicata per la solita velocità v e per un termine tra parentesi che rappresenta la massa del veicolo ridotta alle ruote (spero di non ricordare male). Esso è composto dalla massa del veicolo propriamente detta e da un parametro Mr che tiene conto di tutte le inerzie alla rotazione degli elementi che ruotano nel veicolo (albero motore, ingranaggi, ruote stesse, ecc…). Se può interessare posso rinfrescarmi un po’ la memoria ed approfondire: l’unica cosa che so per certo è che per ridurre tale termine bisogna fare le cose il più leggere possibile, ma c’era un’importante influenza anche del rapporto di trasmissione… Cerco di fare un piccolo riassunto finale: più cresce la velocità e più potenza è richiesta (ovvio), con la componente aerodinamica che diventa molto importante rispetto alle altre. La massa del veicolo compare in 3 addendi su 4, per cui si hanno grandi benefici dall’alleggerimento del veicolo. Se siamo in piano e a velocità costante rimangono solo P1 e P2 a gravare sul motore. Voglio fare con voi un piccolo esempio numerico per valutare l’ordine di grandezza dei primi 3 parametri: supponiamo di essere su una salita del 10%, con un’automobile di massa 1000 kg, un cx pari a 0,4 e un’area frontale di 2 m^2. Assumendo il coefficiente di attrito volvente pari a 0,03 e 1 kg/m^3 di densità dell’aria si ottengono i seguenti rrisultati Ad una velocità di 100Km/h si ha: P1=8,175 kW P2=8,573 kW P3=27,25 kW Pr=44 kW ovvero circa 59 cv. Ora, sperando di non aver fatto errori macroscopici, guardiamo la stessa situazione però a 200 km/h: P1=16,35 kW P2=68,6 kW P3=54,5 kW Pr=139,45 kW ovvero circa 187 cavalli. E tenete conto che una salita del 10% è già una signora salita!! Si vede bene come la componente aerodinamica diventi importante ad alte velocità. Credo che dopo questo pappardellone non vi sia difficile capire perché i suv dovrebbero sparire dalla faccia della terra, almeno dal punto di vista delle prestazioni e dei consumi: sono più pesanti, hanno una maggiore area frontale, un’aerodinamica più scadente e gomme enormi per tenerli in strada. Lo so non era questo il punto, ma se posso disprezzare un po’ i suv ogni volta che posso, sono solo che contento 😊 Per ogni dubbio, richiesta di approfondimenti o possibile errore ditemelo… per qualche giorno dovrei essere attivo!! Poi sparirò per chissà quanto altro tempo. Vorrei dedicare tanto tempo a queste cose, ma il tempo è tiranno.
  4. Quanti spunti interessanti che mi avete dato. Per quanto riguarda il discorso di @McKenzie penso che con tale trattazione non si possa dare una dimostrazione evidente che la soluzione da me proposta sia migliore, in quanto bisognerebbe appoggiarsi a dei risultati sperimentali: mi spiego. A livello di area media di passaggio, si ottiene un vantaggio prima allargando e poi allungando, ma la realtà fluidodinamica è più complessa in quanto questa area è un semplice riferimento e tra tale riferimento e la realtà c'è un parametro detto coefficiente di efflusso medio (visto che si parla ora di aree medie, anche se i coefficienti di efflusso vengono calcolati nelle varie posizioni angolari e diagrammate). Tale parametro è indice della bontà aerodinamica di ciò che si sta testando. Il coefficiente di efflusso rapporta la portata reale con una portata ideale, calcolata attraverso delle formule del "flusso isoentropico subsonico", roba che mi ricordo di aver visto in gasdinamica. Ora faccio due ragionamenti a braccia: nel nostro caso il coefficiente di efflusso dovrebbe dipendere, come dici te, dal disturbo che dà l'albero, oltre a un tot di altri parametri che possono aumentare le perdite per attrito . Mi viene quindi da pensare che se la valvola è più larga e meno lunga, l'albero vi sosti davanti ad aprirla/chiuderla per minor tempo e quindi in media si alzi il coefficiente di efflusso, poichè per più tempo si ha il condotto completamente libero (se così si può dire... dopo un centimetro c'è la spalla dell'albero 😂). Penso quindi che l'approcio del coefficiente di efflusso, basandomi su quanto detto da @solovalvola si discosti parecchio da quello del time area, che invece dà un risultato solo geometrico da quanto mi pare di capire. Credo che le due cose vadano guardate insieme. Comunque se ho ben capito, almeno per quanto riguarda la valvola vespa non dovrebbe essere difficile fare due conti sul TA... ci penserò su!! Scusate la risposta tardiva, ma ho dovuto raccogliere un po' le idee. Sono contento che abbia suscitato un po' di interesse. P.S.: so che magari non è il posto giusto per parlarne, ma mi balena in testa l'idea di costruire un qualcosa per valutare sti coefficienti di efflusso. Non ci dormo la notte! Pensavo di far costruire a quel santo uomo di mio padre un venturimetro e di gestire tutto con Arduino, strumento che ho usato nella tesi triennale per gestire un misuratore di portata a diaframma. Considerando che io lavoravo su un programma già impostato e a cui ho fatto solo piccole modifiche, credo che la parte più difficile sia imparare a programmare in Arduino... mi ci vorranno parecchi mesi 😂 una via più semplice sarebbe usare tutta strumentazione analogica, senza passare per il digitale. BOH!! Ciao!!
  5. Ciao a tutti, grazie per l'interessamento. @pulun non essere esagerato ahahah sono un bifolco anche io, e mi piace tirare su discussioni 😂 comunque non ho presente come sia l'aspirazione del T5, ma probabilmente non erano proprio scemi in Piaggio se hanno seguito questa linea! @solovalvola in parole povere questo TA cosa caspita è? Perchè se si tratta di integrare non è un problema: anche per trovare l'area media ho dovuto integrare numericamente (cosa piuttosto banale tra le altre cose) quindi diciamo che si può integrare qualsiasi funzione 😂 @Paolo Paletti cavolo peccato che tu non abbia capito! Diciamo che tutto si può condensare in: meglio prima allargare e poi allungare. Tutto il resto è spiegazione del perchè!
  6. Ciao a tutti ragazzi, ogni tanto mi faccio di nuovo sentire! Sono molto vicino alla laurea magistrale in ingegneria meccanica ma non mi dimentico delle amate vespette. Oggi volevo proporvi una mia analisi del sistema di aspirazione a valvola rotante: ciò che dirò sarà probabilmente noto a molti ma mi andava di formalizzare e verificare alcuni aspetti. Questa volta al modello fisico-matematico anticipo un paragrafo in cui vorrei dare due idee “a braccio”. 1. QUALCHE CENNO AL PROBLEMA Spesso mi sono chiesto: qual è la forma migliore da dare alla valvola? Conviene allungarla e mantenerla stretta oppure il contrario? Meglio che sia tondeggiante o che sia bella squadrata? La risposta, conosciuta dai motoristi anche per quanto riguarda i 4tempi, è la seguente: “I motori che vanno forte hanno aree grandi e fasature strette” Nei 4 tempi ciò si identifica nella ricerca delle valvole più grosse possibili, con alzate elevate e rampe di salita e discesa repentine. Seguendo questo ragionamento e data la geometria della valvola, l’area più grossa possibile si ottiene con una valvola perfettamente rettangolare; conviene inoltre allargarla prima di allungarla, poiché allargandola si aumenta l’area di passaggio del flusso senza andare a toccare le fasi. Sappiamo tutti quanto siamo vincolati a livello di area con la nostra valvola e soprattutto con carburatori grandi ogni mm^2 recuperato è un toccasana, ma ad esempio con un 21 o con un 24 la direzione non è per forza quella dell'allargamento a ogni costo ed è per queste casistiche che mi sono lanciato nei calcoli 😋 Ciò a cui vorrei dare risposta è: perché questa legge funziona? Non mi inoltrerò in nozioni di carattere fluidodinamico: ciò che mostro è dovuto solo ed unicamente a risultati geometrici! Meglio affrontare un problema alla volta! 2. IL MODELLO MATEMATICO Prima di tutto vi dico che spero di non aver fatto errori grossolani, ma i risultati ottenuti mi danno una certa sicurezza. Ho ipotizzato di lavorare con una luce rettangolare a larghezza b costante (anche se il ragionamento può essere esteso a qualunque forma) e con un condotto come quello nella prima figura. Avere un condotto il cui “asse” (in rosso) è perpendicolare alla corda della valvola e passante per l’asse di rotazione dell’albero, facilita molto i calcoli: è possibile prendere come area massima di riferimento proprio l’area data dal prodotto fra la larghezza della valvola b e la sua corda h. Nella realtà delle vespe tale situazione non credo si verifichi (e sicuramente non si verifica se si vanno a fare lavorazioni particolari) ma il modello permette di evidenziare alcune cose importanti senza perdere di generalità. L’obiettivo è trovare come varia l’area dell’aspirazione durante la fase di aspirazione: in un primo momento essa cresce sempre di più fino a raggiungere un massimo, in cui l’albero non ostruisce l’aspirazione, per poi decrescere e ritornare a zero. La prima figura che allego rappresenta appunto il modello che ho analizzato. Si ha: r = raggio albero = raggio a cui si trova la valvola prendendo come riferimento l’asse di rotazione dell’albero; α = angolo che viene occupato dalla valvola; a = arco di circonferenza della valvola; h = corda della circonferenza relativa all’arco a = corda della valvola (è la classica misura che si fa quando si prendono le dimensioni della valvola); b = larghezza valvola Nella seconda figura (non guardate le scritte ma solo il disegno) si ha invece un ingrandimento della zona della valvola, dove si ha: θ = angolo di rotazione dell’albero. In questo caso l’angolo θ vale zero quando l’albero sta per aprire la valvola, mentre θ è uguale alla fasatura di aspirazione quando l’albero chiude la valvola; β = α/2- θ = angolo “di comodo” che ho definito per arrivare in fondo alla trattazione matematica; d = visibile in rosso, è l'arco della porzione di valvola scoperta dall’albero (quando l’albero scopre completamente la valvola d=h); h* = questa lunghezza identifica l’area di passaggio del fluido quando l’albero sta scoprendo la valvola… si può dire che è pari a d proiettato sulla sezione del condotto! Quando la valvola è completamente aperta si ha h*=h=d. L’area effettiva A della valvola sarà quindi data dal prodotto tra b e h* (base per altezza, è un rettangolo), dove il parametro h* è funzione dell’angolo θ e ha la seguente formulazione: Dove il segno –, nella fase di crescita dell’area, va messo per 0 < θ < α/2, mentre il segno + va messo per α/2 < θ < α. Per α < θ < (fase aspirazione- α) si ha l’area massima ovvero h*=h, mentre nella fase di decrescita dell’area la situazione è speculare alla fase di crescita. Sicuramente esistono delle formulazioni più sensate e durante i miei conti su Excel mi era venuta l'idea per semplificare, ma ormai ero al 90% del lavoro 😂 Conoscendo h* ed essendo b costante, si calcola con facilità l’area effettiva in funzione di θ. Si può quindi valutare l’area media attraverso il teorema della media integrale; chiamando F la fasatura di aspirazione: Il concetto di area media è quello più importante di tutto questo spiegone. Ci tengo a mostrare anche una terza formula, che esprime l’angolo α occupato dalla valvola in funzione della sua altezza (o corda) h e del raggio r: Da questa formula si nota una cosa ovvia e una cosa assolutamente non banale, secondo me. La cosa ovvia è che aumentando la corda della valvola aumenta l’angolo occupato da essa: una valvola alta 35mm occupa una fetta maggiore di angolo rispetto a una valvola alta 30mm. La cosa non banale è che se si andasse ad alesare e ricostruire la valvola a un raggio maggiore rispetto ai classici 43,5 [mm], l’angolo alpha diminuirebbe, con relativo piccolo vantaggio sull’area media… tale aspetto viene approfondito nel seguente capitolo. 3. GRAFICI ESPLICATIVI Utilizzando la formula proposta, ho potuto costruire i seguenti grafici. Nel primo grafico ho impostato un raggio r=43,5 [mm] (ovvero un diametro di 87 [mm], misura che sarà più famigliare) e una fase di aspirazione di 200°, andando a variare la larghezza della valvola e mantenendo area massima inalterata. Metto giù due numeri per essere più chiaro; l’area scelta è pari a circa 357 [mm^2], che non è scelto con un preciso criterio, mentre le 3 configurazioni sono (ricordo che b è la larghezza e h è la corda; i numeri successivi sono approssimati per rendere più chiara la lettura): 1) h = 29,8 [mm]; b = 12 [mm] (linea azzurra) 2) h = 26,9 [mm]; b = 13,3[mm] (linea arancione) 3) h = 24 [mm]; b = 14,9 [mm] (linea grigia) 4) h =22,5 [mm]; b = 15,9 [mm] (linea gialla) La configurazione 4 non credo nemmeno sia fattibile con valvola originale, ma era tanto per mettere un dato in più. La fase di crescita dell’area è esattamente speculare alla fase di decrescita; hanno entrambe un andamento un po’ traballante! La formula che esprime l’area efficace ha al suo interno un bel po’ di non-linearità date da seni e tangenti che danno questa forma “seghettata”: si può assumere comunque, con errore trascurabile, che l’andamento di crescita e decrescita sia lineare. Da questo primo grafico si nota che se si aumenta la larghezza, visto che ragioniamo a parità di area, diminuisce la lunghezza e quindi l’area massima si raggiunge in modo più rapido, oltre a mantenersi per un maggiore angolo della fase di aspirazione. Se si va a calcolare l’area media si ottiene questo secondo grafico: Qua si vede il vero vantaggio geometrico dato dalla valvola più larga! Si ha un aumento dell’area media! Ci tengo a ricordare come la formula della portata sia: Ovvero la portata massica è data dal prodotto fra la densità ρ, la velocità del flusso v e l’area di passaggio A: se in media l’area è più grande, vuol dire che con la stessa fase e la stessa area massima può passare una maggiore portata! Non sono un esperto del concetto di time-area, ma credo sia intimamente collegato con tutto questo. Nel concetto di area media e di portata si trova la risposta alla frase "..." del paragrafo 1: in soldoni non serve andare ad incasinarsi con fasi esagerate se si riesce a far passare più roba in meno tempo; è un discorso enormemente semplificato poichè, come già detto, si sta discutendo puramente a livello geometrico tralasciando tutta la fluidodinamica. Per quanto riguarda il valore di α di cui parlavo alla fine del paragrafo 2, per i miei calcoli ho ipotizzato di mantenere larghezza, lunghezza e area della valvola costanti, immaginando però di asportarla e ricostruirla ad un raggio più elevato. Se aumentando il raggio si mantiene h costante, l’angolo occupato dalla valvola diminuisce favorendo l’area media: questa tendenza è mostrata in questo terzo grafico. Come si può vedere in questo caso gli aumenti di area media sono molto molto più risicati di prima e potrebbe sembrare solo un risultato utile a livello accademico ma chissà… magari qualcuno nelle gare ci aveva già pensato! E poi a pelo a pelo si costruisce il pennello! Indicativamente, passando da spalla 87 a spalla 90, con le ipotesi fatte a monte, l'area media aumenta di circa l'1%. Come già detto nei precedenti "articoli", se avete dubbi o qualunque cosa ditemelo senza timore. Purtroppo seguo sempre poco e son pieno di cose da fare, ma cercherò di tenermi presente, sperando che a qualcuno interessi tutto questo discorso😂
  7. Ciao Lovi, hai ragione! Però se ti danno le basi buone non è follia buttarsi su cose un po' fuori dall'ordinario. All'università ti formano la mente e ti danno le basi, poi è tutto un applicarle su ciò che piace di più... poi io nella teoria e nella matematica ci sguazzo come un maiale nel fango, mi dà gioia 😂 Per quanto riguarda la specialistica, io al momento sto seguendo la laurea magistrale in energia ed aeronautica, con specializzazione in macchine e sistemi per l'energia e la propulsione. Non me la sono sentita di buttarmi solo ed unicamente sulle automobili e i motori a combustione interna, chissà quale sarà il futuro... così ho un po' il c**o parato avendo competenze anche in produzione di energia, centrali elettriche, turbomacchine ecc... Comunque spero che la tesi con il docente di motori, porti a qualcosa di buono!!
  8. Ciao Mckenzie! Quello che dici è giusto e bisognerebbe effettuare uno studio nettamente più approfondito. Sono rimasto incredibilmente colpito di come il semplice biella manovella, che sembra la cosa più semplice del mondo, nasconda al suo interno delle complicazioni veramente notevoli. Se in tutto questo si va ad infilare anche il discorso time area c'è bisogno veramente di tanto tanto studio 😂 Sinceramente penso che disassare dalla parte "in cui si ha la compressione", ovvero aumentare l'angolo massimo della biella durante l'espansione, sia un po' pericolosetto, anche se aumentando la lunghezza della biella si andrebbe a bilanciare l'effetto negativo: a questo punto il disassamento non sarebbe legato a questioni dinamiche quanto più a questioni fluidodinamiche! Lo spunto è buono ma capire se sia realizzabile o meno, i possibili punti di forza e gli svantaggi, è questione non da poco! Comunque buona osservazione!!
  9. Ciao Sirvano, grazie per i complimenti, comunque vedo che ti hanno già risposto ottimamente! Se si va ad aumentare la lunghezza della biella bisogna per forza di cose recuperare da qualche parte: il metodo di muttley è probabilmente il migliore. Comunque dopo quasi un anno sono di nuovo qua! Ho dati tanti esami, devo darne ancora tanti, mi sono laureato alla triennale e ora sto seguendo con sempre più interesse gli ultimi due anni di magistrale… a Febbraio dovrei cominciare la tesi con il docente di motori a combustione interna e sinceramente sono molto esaltato!! Questa volta ho lavorato un pochino sul disassamento del pistone e devo dire che sono usciti parecchi spunti interessanti! Aggiunte teoriche a quanto già detto: i perché del manovellismo disassato. Questa volta consiglio a tutti di leggere questa parte, anche ai non fanatici della matematica. Quando vedete dei formuloni passate oltre, ma i concetti che verranno espressi nel seguito credo permettano una migliore comprensione del complicato fenomeno. Nella pratica prende il nome di manovellismo disassato quello che si ottiene quando la “retta” su cui si muove il pistone non incrocia il centro di rotazione della manovella (vedere la figura, dove a sinistra si ha un manovellismo ordinario e a destra un manovellismo disassato). Si era visto nella precedente trattazione come il movimento fosse diverso dal PMI ai primi 90° di rotazione rispetto al tratto dai 90° fino al PMS; aggiungendo anche il disassamento, la situazione si complica moltissimo in quanto si ha un movimento del pistone diverso del pistone anche tra fase di compressione e fase di espansione. I nomi delle variabili sono sempre gli stessi, ma si aggiungono due nuovi fattori: · r = raggio di manovella; · b = lunghezza biella; · λ = b/r = rapporto lunghezza biella/raggio di manovella; · θ = angolo di manovella (-180°=PMI; 0°=PMS; 180°=PMI) · φ = angolo di inclinazione biella rispetto all’asse del cilindro; · s = posizione relativa (rispetto alla corsa) del pistone, con s=0 quando la manovella è a ±180°; · d = disassamento, ovvero di quanto è spostato il pistone rispetto al manovellismo ordinario; · β = b/e = rapporto lunghezza biella/disassamento. Le formule sono le seguenti, molto simili a prima ma con l’aggiunta importante del fattore β: Dove α è un parametro opportuno che mi permette di porre s=0 quando θ=±180°, ovvero quando ci troviamo con lo spinotto della manovella nel punto più basso (ovvero, nel caso senza disassamento, al punto morto inferiore... si vedrà nel seguito perchè ho precisato). Sicuramente esistono formule più sensate e facili, ma ho utilizzato queste perché essendomele ricavate io so un po’ meglio come giostrarmi nei risultati. Qual è il motivo che si cela dietro all’utilizzo spinto, soprattutto nei 4T, dei manovellismi disassati? Oltre alle differenze cinematiche nel movimento del pistone, suppongo che il motivo principale che ha spinto al disassamento sia legato alle forze in gioco: se durante la combustione e la fase di espansione, si riesce a tenere la biella più “dritta” (sarebbe meglio dire, nella stessa direzione della forza applicata dalla combustione), allora si avrà una forza di attrito minore dovuta alla spinta del pistone verso la canna. È questo il motivo principale e infatti il disassamento va fatto sempre “dalla parte dell’albero” in cui si ha la fase di espansione (spero di essermi fatto capire), ovvero in modo contrario rispetto all’immagine da me postata, dove il cilindro è spostato dalla parte dell’albero in cui si ha la compressione. In questo modo si ottiene una biella più inclinata nella fase di compressione e una biella meno inclinata nella fase di espansione, a tutto vantaggio degli attriti durante l’espansione, quando si ha la sollecitazione maggiore. Muttley mi ha inoltre fatto notare come il disassamento venga usato molto sui 4t per ridurre la rumorosità del motore, in quanto la diversa ripartizione del carico risulta avere anche questo vantaggio. Cosa si ottiene nei movimenti del pistone? 1)Un movimento differente tra fase di salita e fase di discesa; 2) lo spostamento dei punti morti e quindi una durata diversa in gradi della fase di compressione e della fase di espansione; 3) una corsa maggiore a pari condizioni geometriche. Come si vedrà nel seguito il primo effetto è importante già con piccoli disassamenti, mentre il secondo e il terzo effetto sono trascurabili con i disassamenti che si adottano di norma. Prima di buttarsi su grafici e considerazioni più pratiche, tengo a precisare come questa roba sia tutta farina del mio sacco, ovvero non sono cose che ho imparato in università o letto su libri (oddio, un po’ di spunti li ho presi, ma non ho trovato molto): ciò vuol dire che potrebbero esserci errori e qualunque errore salti all’occhio vi invito a mostrarmelo. Cercate di sforzarvi molto per visualizzare mentalmente quanto verrà proposto nel seguito. La trattazione si divide ora in 2 parti: la prima dove vengono espressi i concetti attraverso l’uso di grafici e la seconda ove mi sono focalizzato sul confronto tra il caso ordinario e i casi con d=1-2-3 mm. Considerazioni qualitative, analisi dei casi limite Tutto lo studio è stato fatto sul caso più classico, ovvero quello del corsa 51 con biella da 97. Partiamo subito con il primo grafico, dove si mostra lo spostamento del pistone in funzione dell’angolo di rotazione della manovella, con vari valori di disassamento (si ricorda che a -180° siamo al PMI, a 0° siamo al PMS e a 180° siamo di nuovo al PMI… o almeno, dovremmo esserci!!) Le curve con piccoli disassamenti sono molto schiacciate l’una sull’altra, ma guardando le curve con disassamenti notevoli si può capire cosa succede per fissare in testa il tutto. Il caso limite è dato, con questa geometria, da un disassamento di 71,5mm, pari alla lunghezza della biella meno il raggio di manovella. Guardando questa curva e quella con disassamento di 50mm, si nota come il PMI si sposti ad angoli di rotazione maggiori, così come il PMS: i punti morti non sono più a 0° e 180°!! Si nota inoltre l’aumento della corsa: nel caso limite, la corsa è di circa 100mm! Tutto questo sembra senza alcun senso, ma se provate ad immaginare un cilindro molto disassato, sono certo che potrete notare i movimenti della biella che causano queste anomalie. I due punti morti non si spostano però della stessa quantità: lo spostamento del punto morto inferiore è maggiore rispetto allo spostamento del punto morto superiore; ciò vuol dire che la fase di compressione viene ad occupare meno gradi rispetto alla fase di espansione. Si potrebbero fare tanti bei grafici, ma credo che una tabella chiarisca molto di più: tutto quanto spiegato sopra è detto con i numeri in questo tabellone dove si ha: -Disassamento con cui è stato fatto il calcolo in mm; -Valore del PMI e del PMS in mm; -Angolo di rotazione a cui si ha il PMI e il PMS in gradi; -Valore effettivo della corsa in mm; -Gradi occupati dalla fase di compressione e dalla fase di espansione. Per quanto riguarda l’inclinazione della biella, il grafico che propongo è il seguente: Al di là del segno dell’angolo (è – o + a seconda che sia inclinata da una parte o dall’altra) risultano molto important i valori numerici: ho preferito mettere solo la curva relativa a d=1mm tralasciando quelle a d=2mm e d=3mm, molto prossime e di scarso significato. Si ponga particolare attenzione alla vicinanza al valore di inclinazione nulla, che è il vero fattore importante! All’aumentare del disassamento si aumenta l’inclinazione in fase di compressione (ci allontaniamo dall’asse delle ascisse, ovvero da inclinazione 0) e si riduce quello in fase di espansione (ci avviciniamo all’asse delle ascisse, ovvero all’inclinazione 0). A un certo punto si mantiene sempre una inclinazione, ovvero la biella non è mai dritta: ciò accade quando il disassamento è maggiore della lunghezza del raggio della manovella (ovvero maggiore di 25,5mm)! In tal caso la biella diventa dritta solo quando si raggiungono i 90° della fase di espansione. Dopo tale valore il disassamento perde la sua utilità, anche se per questioni meccaniche perde validità molto prima. Con un bel tabellone riporto le inclinazioni massime in fase di compressione e di espansione al variare del disassamento; tali inclinazioni massime si ottengono sempre in corrispondenza dei 90°, sia che si stia salendo sia che si stia scendendo. Il relativo grafico, da me tagliato a un disassamento pari a 25,5mm, risulta essere il seguente: Differenze tra il caso convenzionale e d=1-2-3mm L’ultimo aspetto che volevo trattare riguarda la modifica nello spostamento del pistone con piccoli disassamenti. Questa volta la differenza è su tutti i 360° di rotazione della manovella e il grafico proposto è il seguente: Ho riportato la differenza dello spostamento tra il caso senza disassamento e il caso con disassamento; come al solito con delta s si indicano le differenze, definita quindi come: delta s= (spostamento caso ordinario – spostamento caso disassato) Dalla legenda si ha in blu la differenza con un disassamento di 1mm, in rosso la differenza con un disassamento di 2mm e in grigio la differenza con un disassamento di 3mm. Si noti, come già detto, che con piccoli disassamenti lo spostamento dei punti morti è decisamente trascurabile (si può vedere la tabella sopra per averne conferma) e quindi si può usare una terminologia perfettamente analoga con il caso ordinario senza cadere in errore (il PMI è a -180° e a 180°, il PMS è a 0°… l’errore è trascurabile). Guardiamo i primi 180° di rotazione, ossia la fase di compressione. Essendo la differenza sempre maggiore di zero, vuol dire che prendendo un qualunque punto di rotazione della manovella, il pistone del manovellismo ordinario ha percorso più strada rispetto al pistone del manovellismo disassato. Si prenda il valore di -90°, dove la differenza è maggiore, riferendosi a un disassamento di 3mm: essendo la differenza pari a circa 0,8mm, vuol dire che quando la manovella è nella posizione -90° (metà corsa di compressione) il pistone del manovellismo ordinario ha percorso 0,8mm in più rispetto al pistone del manovellismo disassato, ovvero si trova più in alto di 0,8mm. Le curve si incontrano quindi al PMS (in realtà non è così, c’è quella differenza piccola piccola di qualche centesimo) e nella fase di espansione si ottiene l’effetto contrario. Prendiamo sempre la curva relativa al disassamento di 3mm e piazziamoci a 90°, dove si ha la differenza maggiore: essendo la differenza minore di zero e pari a circa -0,8mm, vuol dire che in tale posizione della manovella il pistone del caso ordinario ha percorso più strada rispetto a quello del caso disassato, ovvero si trova più in basso (si ricorda che il valore di s è preso rispetto alla posizione che assume il pistone quando la manovella è a ±180°) Lo so, è tutto piuttosto complicato e anche io ho non poche difficoltà. Penso che soprattutto questa ultima parte sia molto più chiara una volta che si passa all’analisi di velocità e all’analisi di accelerazione. Qualunque domanda vi passi per la testa fatela e, se ne ho le capacità, cerco di rispondere!! Spero di essere stato abbastanza chiaro, ma vi assicuro che non è così facile ahahahah 😂
  10. Le formule su x e su y le ho ottenute solo proiettando i vettori sugli assi. Il vettore che esprime lo spostamento del pistone, ovvero s, ha solo componente x. La tua domanda è di difficile risposta... in un sistema ideale privo di attriti con una biella lunga un infinitesimo di più del raggio di manovella, il pistone dovrebbe andare su. in via del tutto teorica suppongo che il sistema cominci a funzionare con appena la componente della forza che spinge su il pistone supera la forza di attrito che c è tra pistone e canna... ma capire quanto è questo attrito a livello fisico è piuttosto complicato, se non impossibile. La storia di avere la biella lunga almeno il doppio della corsa, non è affatto sbagliata!!!
  11. Allora, diciamo che a rigore per applicare questo metodo, l angolo da considerare per la biella non sarebbe quello da me disegnato, ma quello dell'immagine sottostante. Bisognerebbe prendere l'angolo (detto fase) dall inizio di ogni vettore, misurandolo in senso antiorario. Io ho scelto di sbattermene e prendere l angolo tra asse cilindro e biella, solo a fini esplicativi. Tutto funziona quindi non si presenta il problema, ma invece di fare semplici conti matematici bisogna porre il + o il - davanti alle componenti in base al fatto che siano dirette in senso positivo o senso negativo, ovvero il segno non viene fornito direttamente dal valore del seno o del coseno. Non so se fosse questo il dubbio Comunque io dubito con tutto me stesso che il sistema con la biella lunga metà corsa possa funzionare. Questo sistema non tiene conto delle forze, ma solo del punto di vista cinematico (con la cinematica si guarda solo come si muovono i corpi, senza sapere perché si muovono così, ovvero escludendo le forze che originano il moto). Suppongo che a 90° il pistone non vada su perché la biella spinge verso la canna, e non verso su è un caso limite e perciò inapplicabile.
  12. Si si esatto, ma io intendevo da un punto di vista più generale! Forse mi sono spiegato male Correlare le modifiche che si ottengono andando a modificare il rapporto biella-manovella, sul piano dinamico (forse scambiate) , fluidodinamico (pressioni nel carter, velocità nei condotti) e temporale (time area) è un bel mal di testa... già cambiando di un mm qualcosa, come mi diceva muttley in privato, è una modifica che sembra nulla ma che invece dà dei grossi cambiamenti sul motore.
  13. Esatto, almeno dal punto di vista geometrico è così. Se poi vai ad infilare dentro questo discorso la fluidodidinamica e il fattore tempo, la cosa più plausibile è che ti ricoverano in un reparto psichiatrico.
  14. Allora, ecco l'esempio con biella molto corta di cui accennavo poco sopra. Abbiamo sempre il nostro corsa 51, ma questa volta la biella è lunga esattamente come il raggio di manovella, ovvero 25,5 mm. Diciamo che questo è il caso limite inferiore (se vogliamo chiamarlo così), che si contrappone al caso limite superiore, dato dalla biella di lunghezza infinita. Con una biella di dimensioni più corte, il meccanismo non può funzionare e se si fa partire un programma di calcolo trova degli errori... ciò vuol dire che il meccanismo "si smonta", non può procedere nel suo moto. L'obiettivo è cercare di capire perchè c'è questa asimmetria fra il percorso che va dal PMI a 90° e fra il percorso che va da 90° al PMS. Guardiamo i due grafici insieme (la curva che ci interessa è quella in blu acceso): Bisogna fare un piccolo sforzo di fantasia, e immaginarsi la situazione: la corsa è il doppio della biella, quindi quando siamo al PMI il piede di biella è esattamente in corrispondenza dell'asse di rotazione dell'albero. Facciamo la rotazione da 0 a 90°: come si evince dai grafici, il pistone non si muove per niente e rimane fisso dove è, mentre la biella si inclina sempre di più, fino ad arrivare a 90° di inclinazione!! Una misura folle!! Andando verso i 180° di rotazione, la biella ripassa da 90° a 0° ritornando verticale in corrispondenza del PMS, mentre il pistone passa a 0mm a 51mm, in appena metà corsa! Il movimento è la cosa meno fluida che si possa immaginare e ovviamente un sistema del genere non ha utilità e dubito fortemente possa funzionare. Questo caso limite permette però di fare alcune considerazioni MOLTO qualitative: il pistone rimane fisso nei primi 90° di rotazione e la biella "gli gira intorno", non provocando in esso alcun tipo di spostamento. Nei successivi 90°, la biella non può più continuare a ruotare intorno al pistone a causa dei vincoli e allora il pistone è costretto a spostarsi verso l'alto; lo fa con un movimento rapidissimo e percorre tutti i 51mm in soli 90°. Estendiamo quanto appena visto al classico corsa 51 biella 97: si può dire che nei primi 90° si ha la rotazione della biella che "mangia" dei mm di spostamento al pistone; nei successivi 90°, il movimento contrario della biella fa recuperare questi mm "mangiati", decretando lo scompenso in termini di mm. Cerco di spiegarmi meglio, in termini un po' più tecnici: dal PMI a 90° la testa di biella ha compiuto una rotazione appunto di 90°, spostandosi in altezza di 25,5 mm (ovvero metà corsa)! Il piede di biella, poichè durante la rotazione la biella si è inclinata, non si è spostato di 25,5 mm ma di una quantità minore e tale quantità è appunto funzione dell'inclinazione raggiunta dalla biella. Nei successivi 90°, la testa di biella compie una ulteriore rotazione di 90° e si sposta in altezza di 25,5mm. Il piede, oltre ai 25,5mm percorre qualcosina in più poichè recupera la quantità che si era persa durante la rotazione della biella. Se devo essere sincero, non credo di essere stato molto comprensibile... ci vorrebbe un disegnino per rendere tutto più chiaro, magari potrei farlo!! Ultima cosa: pensate di avere la biella infinita! Essa si mantiene sempre dritta non inclinandosi mai e non c'è quindi questo gioco di perdita e recupero di mm di spostamento. Il movimento è quindi perfettamente simmetrico tra i primi 90° e i successivi 90°.ù Ora sono un po' preso con l'università, appena riesco voglio affrontare il tema del disassamento del piede di biella.
  15. Ho allegato la trattazione matematica con qualche spiegazione! @Rvn penso che se cerchi qualche cosa sulle equazioni di chiusura dei meccanismi dovresti trovare parecchia roba! Bello il libro di Pignone, l ho gustato con piacere anni fa quando non avevo ancora intrapreso la strada dell'ingegneria! È stato probabilmente quel libro a spingermi a cercare un po' più in là devo vedere se trovo qualcosa lì sopra allora!!