F1: Scarichi e pressione. Cosa ne pensate?

[Guest frallog]

Dunque ecco che la Ferrari lo scorso anno ha lavorato in modo esagerato per spostare lo sfogo degli scarichi piu' centralmente, cioe' in posizione piu' avanzata. La cosa e' passata in sordina ma in realta' la novita' non e' da poco.

Vediamo allora di capire cosa c'e' dietro questo posizionamento degli scarichi. Un motore 2400 e' di 2.4 litri. Ora si dice che gia' quest'anno un otto cilindri 2.4 litri potra' girare tra i 20000 ed i 21000 giri al minuto. Per fissare le idee asseriamo che questo motore girera' intorno ai 20500 giri/min. Essendo un quattro tempi la fase di scarico avviene ogni due giri e dunque lo scarico avverra' ogni 10250 giri/min. Questo significa avere 170.833 fasi di scarico al secondo, che moltiplicate per 2.4 litri della cilindrata danno la bellezza di 410 litri al secondo. Non stiamo a calcolare la pressione anzi la forza complessiva di questi gas di scarico (potremmo farlo ipotizzando che il gas di scarico viene espulso a 3-5bar essendo i motori a corsa cortissima) ma semplicemente supponiamo che essa risulti notevole.

Allora ecco l'idea. Si calcola il centro di gravita' della vettura e esattamente in quel punto si fanno uscire i gas di scarico, dirigendoli naturalmente verso l'alto. Un modo molto semplice potrebbe consistere nell'incanalare questi gas in altre due "ciminiere" oblique, ciminiere che portano i gas oltre che in alto anche verso l'esterno, in modo da non danneggiare il flusso che prosegue verso l'alettone posteriore.

Se si potesse (ma purtroppo non si puo') sarebbe anche bene provvedere ad un meccanismo direzionale variabile. Tale meccanismo dirigerebbe i gas di scarico all'indietro quando la vettura si trova sul rettilineo, in modo da contribuire alla velocita', mentre al tempo stesso dirigerebbe i gas di scarico in alto quando la vettura si trova in curva. Un'ultima trovata davvero notevole sarebbe quella di dirigere i gas di scarico all'interno delle staffe che costituiscono i bracci delle ruote. Tali bracci avrebbero poi alle loro estremita' esterne sarebbero dotati di sfoghi che consentirebbero al gas in pressione di uscire verso l'alto. Questo creerebbe una notevole pressione verso il basso, per le ruote. E' chiaro pero' che una simile complessa canalizzazione ostruirebbe l'espulsione dei gas di scarico e dunque potrebbe anche far perdere una notevole quantita' di potenza al propulsore. L'idea sarebbe allora da realizzare e da comparare con una vettura dotata di scarichi piu' tradizionali.

Una cosa e' comunque certa: non si possono perdere 410 litri al secondo di gas di scarico. Essi vanno trattati in qualche modo.

Opinioni in merito sono gradite.

Regards,

Francesco 8)))

[Hyena]

Dunque ecco che la Ferrari lo scorso anno ha lavorato in modo esagerato per spostare lo sfogo degli scarichi piu' centralmente, cioe' in posizione piu' avanzata. La cosa e' passata in sordina ma in realta' la novita' non e' da poco.

Per fissare le idee asseriamo che questo motore girera' intorno ai 20500 giri/min. Essendo un quattro tempi la fase di scarico avviene ogni due giri e dunque lo scarico avverra' ogni 10250 giri/min. Questo significa avere 170.833 fasi di scarico al secondo, che moltiplicate per 2.4 litri della cilindrata danno la bellezza di 410 litri al secondo.

ma non potevi prendere 20000 al posto di 20500, così facevi 400 litri/s tondi?

credo che il posizionamento sia cosa già profondamente esaminata dai tecnici F1, anche se non so come è regolamentata. è tutt'altro che semplice da decidere: da una parte si va a variare posizione, forma, lunghezza, sezione dei condotti e dunque in definitiva le prestazioni del motore, dall'altra la posizione degli scarichi determinerà il punto di applicazione della spinta, non è detto che sia meglio averli avanzati, ad esempio nelle partenze da fermo sarebbe il massimo averli verticali sull'asse delle ruote posteriori.

Non stiamo a calcolare la pressione anzi la forza complessiva di questi gas di scarico (potremmo farlo ipotizzando che il gas di scarico viene espulso a 3-5bar essendo i motori a corsa cortissima) ma semplicemente supponiamo che essa risulti notevole.

E invece stiamo a calcolare: io questa forza la chiamerei spinta, come fanno gli aeronautici.

come si calcola? 3-5bar? non so... la sezione più stretta attraverso cui i gas di scarico devono passare è quella delle valvole: poi l'aria trova una sezione maggiore nei condotti, per cui non è costretta a comprimersi, in più si raffredda e dunque diminuisce di volume senza aumentare di pressione. come mai dici che motori con corsa breve hanno pressioni allo scarico più alte?

provo a fare uno stupido calcolo al volo: ipotizzando di avere 4 bar ed una sezione totale di scarico di 400cm2 (più o meno mi sembra verosimile una sezione di uscita degli scarichi 20x20 cm), avremmo una forza pari a 4*10^5N/m2*0.04m2=16000N, cioè 1600 kg, mi pare un po' tantino, ho sbagliato nel calcolo o è troppo 4 bar? hai qualche idea?

[Regazzoni]

400 litri di aria al secondo sono circa mezzo chilo d'aria, forse meno perchè è calda.

Inoltre una sezione di 400 cm2 è impensabile. La ridurrei almeno a metà.

Infine 4 bar allo scarico non li ha nemmeno un estintore. Non dispongo di dati esatti, ma la stima è una pressione equivalente tra 1 e 2 bar.

[Guest frallog]

.....

E invece stiamo a calcolare: io questa forza la chiamerei spinta, come fanno gli aeronautici.

come si calcola? 3-5bar? non so... la sezione più stretta attraverso cui i gas di scarico devono passare è quella delle valvole: poi l'aria trova una sezione maggiore nei condotti, per cui non è costretta a comprimersi, in più si raffredda e dunque diminuisce di volume senza aumentare di pressione. come mai dici che motori con corsa breve hanno pressioni allo scarico più alte?

Perche' tutti i motori lasciano perdere l'ultima parte della spinta, al PMI c'e' ancora parecchia pressione ma essa e' poco sfruttabile, cosi' si lascia perdere l'ultima parte della spinta (nonche' dell'energia) in favore di una corsa che non sia esagerata. Va da se che i motori a corsa piu' corta ne perdono di piu' di energia e dunque di pressione.

provo a fare uno stupido calcolo al volo: ipotizzando di avere 4 bar ed una sezione totale di scarico di 400cm2 (più o meno mi sembra verosimile una sezione di uscita degli scarichi 20x20 cm), avremmo una forza pari a 4*10^5N/m2*0.04m2=16000N, cioè 1600 kg, mi pare un po' tantino, ho sbagliato nel calcolo o è troppo 4 bar? hai qualche idea?

Credo che 20cmx20cm sia davvero un'esagerazione. io penso piu' che altro forse 10. E ipotizziamo 3 bar (io avevo scritto tra 2 e 4).

3*10^5*0.01=3000N=306Kg

Regards,

Francesco 8)))

[Guest frallog]

Ah Michael Schumacher ha dichiarato che per assurdo quando accellera sente che la vettura e' piu' stabile nelle curve.

Regards,

Francesco 8)))

[Regazzoni]

Ah Michael Schumacher ha dichiarato che per assurdo quando accellera sente che la vettura e' piu' stabile nelle curve.

Regards,

Francesco 8)))

Ma quello è un problema di trazione e di effetti giroscopici non dei gas di scarico.

E comunque quello che dici dei motori a corsa corta è una cavolata: non è vero che accorciando la corsa si lasci una pressione finale residua maggiore, poichè il carburante iniettato è proporzionale alla cilindrata. Due motori di pari cilindrata, ma di corsa diversa hanno lo stesso identico volume di espansione per i gas e , a parità di regime, hanno lo stesso identico tempo di espansione; quello che cambia è che un motore a corsa ridotta può raggiungere regimi un po' superiori grazie alla riduzione delle inerzie, ma questo cambia davvero poco poichè la combustione finisce molto prima del Punto Morto Inferiore, quindi l'espansione è comunque completamente sfruttata.

Continui a ripeterlo, ma non è vero.

[cbwin]

Ma quello è un problema di trazione e di effetti giroscopici non dei gas di scarico.

E comunque quello che dici dei motori a corsa corta è una cavolata: non è vero che accorciando la corsa si lasci una pressione finale residua maggiore, poichè il carburante iniettato è proporzionale alla cilindrata. Due motori di pari cilindrata, ma di corsa diversa hanno lo stesso identico volume di espansione per i gas e , a parità di regime, hanno lo stesso identico tempo di espansione; quello che cambia è che un motore a corsa ridotta può raggiungere regimi un po' superiori grazie alla riduzione delle inerzie, ma questo cambia davvero poco poichè la combustione finisce molto prima del Punto Morto Inferiore, quindi l'espansione è comunque completamente sfruttata.

Continui a ripeterlo, ma non è vero.

[Hyena]

tutte repliche molto costruttive, il tema proposto non è assolutamente banale.

penso che la formula per calcolare la spinta sia molto imprecisa, comunque dubito anch'io fortemente dei 3 bar, il calcolo lo avevo fatto proprio per evidenziare le mie perplessità, pur avendo preso una sezione (di uscita del 5 o 4 in 1) troppo elevata. comunque ritengo che vi sia effettivamente una significativa spinta dei gas. vorrei anche sottolineare che la posizione degli scarichi influisce molto anche sulla distribuzione dei pesi.

Ah Michael Schumacher ha dichiarato che per assurdo quando accellera:( sente che la vettura e' piu' stabile nelle curve.

Regards,

Francesco 8)))

scusa per la pedanteria, ma ormai in troppi sono convinti che la derivata di v abbia due elle, spero che tu non sia tra questi...