Motori turbo e downsizing

Ormai da anni, il downsizing la fa da padrone. Motori di piccola cilindrata, spesso a 3 cilindri e sovralimentati, ovvero turbo. Questo perché un motore piccolo e potente, consuma ed inquina meno, di un motore con la stessa potenza, ma di cilindrata più grande. Lo spettro della turbina rotta, spaventa molti, a causa dei costi di riparazione alti.

Ma prevenire la rottura della turbo è possibile! Vedremo come, dopo aver spiegato in modo semplice, ai meno esperti, il funzionamento di un turbocompressore.

Come funziona il turbocompressore

Il turbocompressore, è un componente esterno, che ha la funzione di aumentare le prestazioni del motore, di un veicolo. Un motore turbo è detto sovralimentato, mentre un motore “non turbo”, è detto aspirato.

Questo componente, viene spesso chiamato, solo turbo o turbina, ma il nome corretto è turbocompressore. È composto, da un corpo esterno, chiamato chiocciola, per la forma a chiocciola appunto, che ha una bocca di entrata ed una di uscita e al suo interno, il funzionamento è affidato a due giranti, montate alle estremità opposte di uno stesso albero, che girano alla stessa velocità. Una è la girante calda (turbina), in cui entrano i gas di scarico (che altrimenti in un motore aspirato sarebbero espulsi), grazie ai quali la turbina inizia a girare e l’altra è la girante fredda (compressore), che gira grazie alla rotazione dell’albero, indotta, dalla girante calda appunto.

Una turbina, può raggiungere rotazioni, dell’ordine dei 200.000 giri al minuto o anche di più! La turbina, girando grazie ai gas di scarico del motore, permette al compressore, che anch’esso gira, di aspirare aria pulita, che viene compressa e spinta nel motore, per sovralimentarlo e aumentare così, notevolmente, le prestazioni del motore. Prima, però, l’aria deve passare per un piccolo radiatore, chiamato intercooler, che ha il compito di raffreddare l’aria, che dopo la compressione ha subito un riscaldamento. Questo, perché, l’aria calda occuperebbe un volume maggiore dell’aria fredda e la quantità di aria, che finirebbe nell’aspirazione del motore, sarebbe inferiore, senza l’intercooler.

Approfondisci con questo video.

Turbina rotta! Come prevenire la rottura del turbo

Ad evitare la rottura del turbo e danni al motore, c’è la valvola wastegate, che ha il compito di abbassare la pressione, quando questa supera un certo limite all’interno della bocca d’ingresso, in cui entrano i gas di scarico, che mettono in rotazione la girante calda (turbina).

Ma questo non basta! Infatti sono necessari dei semplici accorgimenti:

• usare olio motore di qualità e con caratteristiche giuste, sostituendolo ad intervalli regolari; monitorare spesso il livello dell’olio, che dovrà rimanere sempre vicino al massimo
• sostituire ad intervalli regolari il filtro dell’aria
• evitare di spegnere subito il motore, dopo lunghi viaggi autostradali o dopo aver “tirato” tanto il motore

Conclusioni

Vorrei soffermarmi in particolare, sul terzo consiglio di cui sopra. Perché è così importante?

Il turbocompressore, vive grazie all’olio che viene spinto al suo interno. L’albero gira su delle boccole, che vengono lubrificate dall’olio del motore, attraverso dei forellini microscopici. Dopo un lungo viaggio, la turbina è incandescente e se mi fremo e spengo subito il motore, l’olio all’interno della turbina brucerà, creando delle incrostazioni, che a lungo andare, ostruiranno i forellini, preposti al passaggio dell’olio per la lubrificazione, determinando la rottura del turbo.

Invece, se aspetto 1/2 minuti prima di spegnere il motore, l’olio lubrificante, continuerà a scorrere all’interno del turbocompressore e non brucerà, scongiurando la formazione delle incrostazioni e la rottura del turbo.

Piccole accortezze che fanno la differenza. Manutenzione programmata e regolare ed evitare di spegnere subito il motore dopo lunghi viaggi o lunghe “tirate”.

La turbina rotta, consente comunque al motore di funzionare, ma la perdita di cavalli e di potenza, si noterà con evidenza; ma non lascia a piedi!

Oggi voglio riproporre un mio articolo di 2 anni fa, scritto per la rivista tuttoporsche, che tratta della trasmissione Transaxle. In quest’articolo ho cercato di spiegare in modo semplice il funzionamento del Porsche Transaxle! Buona lettura.

Albero di trasmissione e rapporto di trasmissione

Parlare di TRANSAXLE, evoca il ricordo di auto leggendarie, come le Porsche 928 e non solo.

Cominciamo con lo spiegare cos’è l’albero di trasmissione: è un organo rotante che collega mediante 2 giunti l’albero secondario del cambio, con il pignone della coppia conica, entro la quale è collocato il differenziale; deve essere di costruzione leggera per ovvi motivi di inerzia ed è costituito da un tubo di acciaio che deve essere perfettamente equilibrato, onde evitare perdite di potenza e fastidiose vibrazioni che si possono ripercuotere sui supporti del telaio/carrozzeria. Il rapporto di trasmissione è dato dalla differenza di rotazione tra l’albero di trasmissione e le ruote motrici; quest’ultime girano mediamente ad una velocità 5 volte inferiore rispetto a quella dell’albero di trasmissione, a causa della coppia conica.

Si sa, che per ottenere da un auto un comportamento sportivo, equilibrato e piacevole, gli ingegneri ed i tecnici, sono costretti ad usare ogni mezzo.

La storia non mente e ci consegna il TRANSAXLE!

Trasmissione Transaxle, cos’è?

Questo sistema, viene utilizzato sulle vetture sportive (la Porsche lo ha utilizzato per la prima volta nel 1977), che hanno un motore di elevata cilindrata, montato sull’anteriore e la trazione al posteriore, perché soprattutto in questa configurazione è necessaria una ripartizione ottimale dei pesi ed il TRANSAXLE, svolge egregiamente questo compito. 

Vediamo nello specifico.

Un sistema di trasmissione è TRANSAXLE, quando tutto il comparto della trasmissione,  costituito dal cambio, volano/frizione e differenziale è separato dal propulsore e viene montato sul retrotreno. Grazie a questo layout, si può optare per un albero di trasmissione più leggero, in quanto quest’ultimo non deve sopportare la fluttuazione di coppia data dalla variazione degli ingranaggi, poiché nel momento in cui l’albero trasmette la potenza a tutto il comparto di trasmissione, montato al posteriore, la coppia a cui è sottoposto è al massimo come quella del motore, grazie al cambio montato subito prima del differenziale.

Sistema di trasmissione tradizionale

Invece in un sistema tradizionale, con cambio montato in serie al motore e prima dell’albero di trasmissione, la coppia a cui è sottoposto l’albero nel momento torcente (ovvero nel momento in cui trasmette la potenza), può arrivare a superare la coppia max del motore (soprattutto con le marce basse) e viene da se, che l’albero di trasmissione in un sistema tradizionale, deve essere più robusto e quindi più pesante.

Pregi della trasmissione Transaxle

Oltre ai pregi della leggerezza e a quello di garantire un’ottimale ripartizione dei pesi, la trasmissione TRANSAXLE ha un terzo pregio, che è quello di avere tutta la coppia all’uscita del cambio, che viene scaricata immediatamente a terra. Inoltre il motore essendo “orfano” del cambio, che è montato sull’asse posteriore, può essere spostato a piacimento in avanti o indietro rispetto al centro della ruota, per giocare ulteriormente con la ripartizione dei pesi.

Ma si sa, tutte le “medicine”, hanno controindicazioni. Veniamo ai difetti.

Difetti della trasmissione Transaxle

La trasmissione TRANSAXLE non è adatto al ponte rigido, a causa del peso che inficia il funzionamento delle sospensioni, ma oggi ormai, c’è largo impiego di sospensioni multilink, quindi il problema non si pone.

Il secondo problema, potrebbe essere legato al cambio, ovvero a causa dell’allungamento dei leveraggi del cambio appunto (vista la distanza tra la leva ed il cambio, che è montato posteriormente), si può incorrere in una difficoltà di azionamento. Anche qui le nuove tecnologie ci vengono incontro con lubrificanti specifici a bassa viscosità, per compensare  la riduzione di calore a cui il cambio sarebbe sottoposto, se si trovasse, come nei sistemi tradizionali, vicino al motore e con il cambio robotizzato by-wire, che grazie ad attuatori specifici bypasserebbe il problema dell’inserimento difficile della marcia.

Porsche 928 con sistema di trasmissione Transaxle

Nello specifico, la Porsche 928, aveva le sospensioni  indipendenti, con assale posteriore di tipo Weissach axle, quest’ultima particolare soluzione, garantiva di eliminare il sovrasterzo in decelerazione, permettendo alla sospensione posteriore di adattarsi in curva. 

Il cambio poteva essere manuale a 5 rapporti oppure automatico a 4 rapporti.

La trasmissione TRANSAXLE è applicabile anche ad auto con la trazione integrale, chiaramente ci sarà un albero di trasmissione in più, che sarà collegato ad un altro differenziale anteriore.

Le videocamere in un’automobile

Continuiamo la carrellata dei sensori ADAS, che ormai fanno parte dell’equipaggiamento di tutte le vetture moderne. Stavolta l’argomento è: videocamere automobile! Scopriamo insieme quanti tipi ce ne sono e come permettono di aumentare la sicurezza di marcia. Le videocamere per automobili, aiutano il conducente a vedere ciò che accade intorno al veicolo e non solo, come vedremo, a differenza dei sensori RADAR e LIDAR, di cui abbiamo parlato nei precedenti articoli. Fonte: libro “I sistemi di sicurezza attiva e di assistenza alla guida” Scanferla, Sartori.

Videocamere automobile: strumenti utili per individuare tutto

Sono strumenti utili per individuare pedoni, ciclisti e segnali stradali, ma non solo. Sono anche in grado di controllare lo stato psico-fisico del guidatore, attraverso il rilevatore di stanchezza conducente.

Infatti le videocamere per automobili, sono di due tipi: interne oppure esterne. Come per i RADAR e i LIDAR, le videocamere sono disposte nella parte anteriore del veicolo. Precisamente nella parte alta del parabrezza, dietro lo specchio retrovisore centrale. Oppure per avere una visione completa a 360°, vengono installate sul tetto del veicolo. Quest’ultima soluzione ha costi nettamente superiori rispetto alle videocamere frontali.

Videocamere interne

Le videocamere interne, hanno la funzione di monitorare lo stato del conducente, osservandone lo sguardo e le espressioni facciali, per individuare malori o colpi di sonno.

Le videocamere per automobili più evolute, addirittura integrano un’altra funzione. Riescono a visualizzare i movimenti di braccia e mani e come il conducente interagisce con il display touch sul cruscotto. Straordinario direi! Dei sensori ad infrarossi permettono la visione notturna o in scarse condizioni di luminosità.

Videocamere esterne

Le videocamere esterne, coadiuvano gli altri sensori ADAS (RADAR, LIDAR, ultrasuoni per l’assistenza al parcheggio…), contribuendo al rilevamento di tutto quello che sta intorno al veicolo. Come detto prima sono ubicate sulla parte superiore del parabrezza, dietro lo specchio retrovisore centrale. Quindi al riparo dallo sporco ed in grado di avere un’ampia visuale di ciò che sta di fronte alla vettura.

Sono di due tipi:

• Videocamere nello spettro delle luce visibile
• Videocamere nello spettro di luce infrarossa

Nel primo caso, l’utilizzo è esteso a quasi tutti i veicoli e permettono di individuare pedoni, ciclisti e segnaletica verticale, che viene riportata sul cruscotto.

Nel secondo caso, le videocamere riescono a vedere di notte e con luce scarsa. Utilizzano filtri speciali che identificano la radiazione di calore emessa da pedoni, ciclisti e animali.

Principio di funzionamento

Il funzionamento tipico di un sistema di videocamere per automobili, prevede diverse fasi di elaborazione dei dati, che di seguito andremo a conoscere:

1. Acquisizione delle immagini grazie ad una mono-camera o stereo-camera
2. Controllo delle immagini acquisite, ovvero controllo dell’esposizione, per permettere l’intercettazione di ostacoli fissi anche in zone buie; bilanciamento, ovvero l’esaminazione e la modifica dei colori presenti nell’immagine registrata, rendendoli il più vicino possibile ai colori reali
3. Elaborazione delle immagini. Le immagini vengono elaborate per poter essere rappresentate in uno schermo
4. Comunicazione. Una volta che l’immagine è stata elaborata e corretta, viene trasmessa agli altri sistemi di controllo del veicolo, come il sistema della frenata d’emergenza AEB.

Capirete la difficoltà di riparare una vettura dotata di ADAS… Gli ADAS vanno ricalibrati, da persone qualificate che lavorano in carrozzerie dotate degli strumenti necessari alla ricalibrazione degli ADAS.

La guida autonoma grazie ai RADAR automobilistici

Proseguiamo con i RADAR automobilistici! Come accennato nel precedente articolo, gli ADAS, per funzionare, si avvalgono di sensori specifici, come i LIDAR, ma anche dei più conosciuti RADAR. Nell’immaginario collettivo, l’acronimo RADAR, è associato ad un ambito militare, ma da molti anni, ormai, anche l’automotive, fa un largo uso di questi dispositivi. I RADAR automobilistici, sono indispensabili per la guida autonoma o semiautonoma. Fonte: libro “I sistemi di sicurezza attiva e di assistenza alla guida” Scanferla, Sartori.

Definizione

RADAR è l’acronimo di Radio Detection And Ranging, ovvero sensori, di cui le vetture di ultima generazione sono dotati, in grado di intercettare gli ostacoli utilizzando microonde che attraversano l’aria senza subire interferenze. Al contrario dei sensori LIDAR, i RADAR automobilistici, penetrano indisturbati, attraverso nubi, foschia e nebbia.

I RADAR automobilistici, sono caratterizzati dalla copertura di medie distanze, frequenze Doppler ridotte, dimensioni e costi inferiori, rispetto ai RADAR usati nell’ambito militare. Nonostante ciò, conservano un’ottima capacità di rilevamento degli oggetti metallici come i veicoli e allo stesso tempo riescono ad intercettare anche oggetti non metallici, come i pedoni, ma il raggio di rilevamento è ridotto.

Principio di funzionamento: che cosa fa il RADAR?

I RADAR funzionano in modo simile all’eco di un onda sonora che si può osservare in acustica. I RADAR emettono delle onde elettromagnetiche che vengono riflesse dagli oggetti circostanti e, in funzione del tempo per il ritorno del segnale emesso, il dispositivo, riesce ad avere informazioni indispensabili sulla distanza, la velocità relativa tra il veicolo su cui è installato il RADAR e il veicolo che precede, così, come sugli oggetti circostanti e sull’angolo azimutale. Il RADAR emette un fascio di onde per intercettare gli ostacoli e l’angolo azimutale individua la copertura del fascio di onde emesso appunto. Ricordo, che i RADAR funzionano in qualsiasi condizione atmosferica e di visibilità.

I RADAR possono essere installati in diverse parti del veicolo. Generalmente nel paraurti anteriore per avere una copertura completa di quello che si trova di fronte, ma anche lateralmente e posteriormente, per una scansione a 360°.

I RADAR automobilistici sono di due tipi: sensori a corto e medio raggio, ovvero per distanze di rilevamento di 30 m e 100 m, rispettivamente.

Parametri di misurazione utilizzati dai RADAR automobilistici

I RADAR misurano la distanza e la velocità relativa tra due veicoli consecutivi e l’angolo azimutale del fascio di onde emesso. Lo fanno attraverso la definizione dell’equazione delle onde emesse e ricevute dal sensore.

Per farla semplice:

in figura è evidente, come varia la forma dell’onda ricevuta in seguito all’avvicinamento o allontanamento del veicolo dall’oggetto intercettato. Se la distanza tra il veicolo in movimento e l’ostacolo si riduce, la frequenza aumenta, viceversa diminuisce.

RADAR: attività principali

Il funzionamento dei sensori RADAR, si basa su 7 attività:

• Pre-elaborazione ed acquisizione di dati digitali
• Analisi spettrale, ovvero scomposizione dell’onda ricevuta dal RADAR in ampiezza, fase e frequenza, per le dovute operazioni di calcolo a carico della centralina
• Rilevamento dei picchi di frequenza o di tempo
• Assegnazione dei picchi rilevati agli oggetti presenti nel contesto di esame
• Determinazione dell’angolo azimutale
• Raggruppamento dei dati ottenuti dalle misurazioni
• Tracciamento, ovvero assegnazione di possibili oggetti identificati in precedenza con gli oggetti rilevati

Nel prossimo articolo parleremo delle videocamere, che sono pur sempre sensori ADAS!