Aerodinamica ( aerodynamics )

La scienza che studia il movimento di un oggetto nell’aria. Per le automobili il parametro più noto è il Cx*, ossia il coefficiente di penetrazione aerodinamica. La resistenza dell’aria che si oppone al movimento della vettura (“drag” in inglese) è proporzionale al prodotto fra la superficie frontale della carrozzeria e il Cx. L’aerodinamica assume grande importanza man mano che la velocità aumenta, mentre nell’utilizzo cittadino della vettura è un fattore meno importante. Le vetture moderne hanno Cx dell’ordine di 0,3 e la loro resistenza all’avanzamento è dovuta al 50% da quella aerodinamica a velocità attorno ai 120 km/h.Fisicamente, se l’aria non avesse moti turbolenti ma seguisse omogeneamente la carrozzeria, la spinta davanti e quella dietro al veicolo si equivarrebbero e quindi non si avrebbe una resistenza all’avanzamento. Tuttavia invece esistono problemi di attrito sulla superficie e ciò altera le condizioni dietro il veicolo dove il flusso non segue più la carrozzeria facendo così mancare la controspinta. La pressione dietro è allora inferiore a quella davanti e ciò genera la resistenza.Sperimentalmente la resistenza dell’aria equivale a una forza che, in assenza di vento, corrisponde alla seguente formula:F = K Cx S V2 con S = superficie frontale* v = velocità di avanzamento del veicolo K = costante di proporzionalità Cx = coefficiente di penetrazione aerodinamica Durante la marcia si sviluppano sul veicolo anche forze verticali e laterali, sempre proporzionali al quadrato della velocità di avanzamento o di quella del vento in caso di forze laterali. La formula resta la stessa dove al posto di Cx c’è Cz (per la forza di sollevamento) e Cy per quella laterale. Cy varia a seconda della direzione laterale del vento.Per allontanare il regime turbolento si studiano varie tecniche tra cui quella aeronautica di riempire la superficie esterna di microperforazioni da cui aspirare l’aria per farla aderire alla superficie il più a lungo possibile (tecnologia laminare).

Airbag

Nella sua applicazione più comune è un sacco in tessuto di kevlar (fibre di grafite), collocato nella parte centrale del volante, che, in caso di violento urto frontale, si gonfia evitando al guidatore l’impatto contro il piantone dello sterzo*. Su molte vetture è disponibile anche per il passeggero che sta davanti. L’airbag, grazie a un gas inerte (azoto) prodotto da speciali pastiglie innescate da una mini carica esplosiva, si gonfia completamente in circa 30-50 millesimi di secondo, tempo nel quale il corpo del viaggiatore è già avanzato di circa 20 cm in seguito all’urto, e altrettanto rapidamente si sgonfia dopo l’impatto (120-150 millisecondi dopo l'attivazione) in modo da attutire il contatto tra corpo e cuscino. Questo sistema di sicurezza richiede un’affidabile elettronica per ricevere da un sensore*, in 2-3 millisecondi, il segnale dell’avvenuto impatto e raggiunge il massimo dell’efficienza; anzi va utilizzato solo se abbinato all’uso delle cinture di sicurezza*. La legge d’intervento analizza la perdita di velocità del veicolo in relazione al tempo e al modo in cui essa si sviluppa: occorrono forti cali di velocità in tempi relativamente lunghi e così si evita che il sistema intervenga per piccoli urti o durante la manutenzione e il trasporto. Ad es. esso interviene per urti frontali contro ostacolo fisso alla velocità di circa 20 km/h.E’ in corso un aumento degli airbag installati a bordo: laterali a livello testa e per i passeggeri dietro.Vengono anche sempre più frequentemente installati airbag a “doppia fase” cioè con due tipi di funzionalità in relazione della violenza dell’impatto. Capacità del sacco gonfiato: da 60 a 80 litri per il pilota e 150 litri per il passeggero.

Airbag meccanico

Viene così definito il cuscino gonfiabile attivato da un sensore* meccanico invece che elettronico. Il principale vantaggio di questo dispositivo è che tutti i suoi componenti sono contenuti all’interno del volante. Teoricamente sarebbe dunque sufficiente sostituire il volante tradizionale con uno dotato di airbag* per rendere più sicura qualsiasi vettura, ma in realtà tale trasformazione è del tutto sconsigliabile (anche se negli Stati Uniti sono commercializzati appositi kit) perché le caratteristiche del sensore che comanda il gonfiamento del cuscino devono essere accuratamente tarate per sposarsi con le modalità di deformazione della scocca* durante l’urto. Pochi anni fa gli airbag meccanici sembravano avere un promettente futuro, poi le industrie si sono orientate verso il sistema d’innesco elettronico, più preciso, affidabile e facilmente adattabile alle caratteristiche di vari modelli. A rendere più interessante quest’ultima soluzione è stato inoltre il diffondersi dell’airbag anche per il passeggero anteriore. Con il sistema meccanico sarebbero stati necessari due sensori, mentre con quello elettronico è sufficiente un unico sensore posto in corrispondenza del tunnel della vettura, fra i sedili anteriori. La duplicazione dei sensori avrebbe aumentato le probabilità di funzionamento irregolare e anche il rischio di gonfiaggi inopportuni del cuscino.

ALB

Sigla di Anti-Lock Braking, impianto antibloccaggio sviluppato dalla Honda e concettualmente simile al classico ABS*. Era anche la denominazione commerciale del sistema meccanico utilizzato in passato su alcuni modelli Ford.

Alberi controrotanti o contrappesati o contralberi (balancer shafts)

Sono alberi dotati di masse eccentriche che, per compensare le vibrazioni del motore, ruotano in senso opposto a quello del motore stesso e a velocità angolare doppia. Sono abbastanza comuni sui motori poco frazionati, che non possono sfruttare il numero dei cilindri per compensare le forze d’inerzia che nascono dal movimento delle varie bielle, pistoni e spinotti.Supponiamo che l’albero motore giri a velocità angolare costante, cosa accettabile se la vettura marcia a velocità costante. Il movimento del piede di biella (e quindi del pistone) ha, nel tempo, un andamento particolare. Infatti nei primi 90° di rotazione dell’albero motore a partire dal PMS (punto morto superiore) il pistone percorre più strada che nei secondi 90°e quindi è più veloce. Il perché è facilmente intuibile pensando che se la biella fosse infinitamente lunga le due velocità (primi 90° e secondi 90° di rotazione dell’albero motore) sarebbero uguali. Se invece la biella fosse lunga come la manovella tutta la discesa si compirebbe nei primi 90° mentre nei secondi e terzi il pistone sarebbe fermo quando biella e manovella ruotano sovrapposte; negli ultimi 90° il pistone risalirebbe.In pratica si è in una situazione intermedia.Dunque le forze centrifughe generate dalle masse in movimento alterno sono violente al passaggio dal PMS e meno violente al passaggio dal PMI (punto morto inferiore). E’ comodo scomporle come sovrapposizione di due moti perfettamente sinusoidali uno con frequenza uguale a quella dell’albero motore (del “primo ordine”) e uno con frequenza doppia (del “secondo ordine”), seppure con intensità minore della forza d'inerzia rispetto all’altro.Se in un motore a quattro pistoni facendo salire gli esterni mentre scendono gli interni si compensano perfettamente forze e coppie del primo ordine e coppie del secondo ordine; restano scoperte le forze del secondo ordine che addirittura si sommano tra loro. Occorrono dunque degli alberi che ruotino in senso inverso a frequenza doppia per annullarle.Nel motore a 6 cilindri in linea invece, mentre due pistoni salgono gli altri 4 sono in posizione per cui le forze del secondo ordine si compensano e il motore è perfettamente equilibrato senza la necessità di alberi.

Albero motore ( crankshaft )

Detto anche albero a manovelle, a collo d’oca e albero a gomiti (e persino girabacchino), è il componente del motore* che ruota sui supporti di banco* e al quale sono collegate le bielle*. E’ in ghisa oppure in acciaio, ma non mancano realizzazioni in acciaio speciale al cromo (con nichel, vanadio, oppure molibdeno). Per equilibrarlo staticamente e dinamicamente si adottano diversi schemi della posizione delle manovelle e, molto spesso, si aggiungono dei contrappesi. La parte di squilibrio dovuta all’azione alterna del pistone richiede un’equilibratura specifica. Il motore a 6 cilindri è uno dei più equilibrati e non richiede contrappesi o contralberi (vedi anche alberi controrotanti). La lubrificazione dei supporti di banco, dove alloggiano le bronzine*, avviene tramite canali che attraversano tutto l’albero e hanno varie uscite in corrispondenza dei supporti stessi. Nei motori a 4 tempi gli scoppi in uno stesso cilindro si susseguono ogni due giri: 720°. Se i pistoni sono due occorre che a metà strada, cioè dopo 360°, ci sia lo scoppio nell’altro cilindro e quindi le manovelle vanno scalate di 360°, sono cioè sullo stesso piano ed entrambe nello stesso senso. Se i cilindri sono 3 si ha 720°/3 = 240°. Se i cilindri sono 4 l’intervallo è 720°/4 = 180°, l’albero è piatto e le manovelle sono due da una parte e due dall’altra.Nei motori a due tempi pluricilindrici gli scoppi di un cilindro si susseguono ogni giro (360°) per cui essi sono più equilibrati nella configurazione a 4 cilindri rispetto a un 4 tempi, perché l’angolo di manovella è 360°/4 = 90° (in quadratura) e non necessitano di contralberi per i momenti del 2° ordine.

Albero primario

E’ l’albero del cambio* che si trova in linea con l’albero della frizione, su cui normalmente sono montati gli ingranaggi “folli” e i manicotti sincronizzatori, che non sono folli ma ruotano alla velocità dell’albero e che possono scorrere assialmente perché albero e manicotti sono rigati longitudinalmente. Gli ingranaggi del primario sono accoppiati con quelli del secondario, i quali ultimi girano solidali col loro asse.

ALC (Adaptive Light Control)

Sistema di orientamento automatico dei fari, basato sul sistema di navigazione* satellitare di posizionamento della vettura, la sua velocità e la sua accelerazione trasversale, per migliorare la visibilità notturna in curva.

Alcolemia

Il tasso di alcolemia è il livello di alcool tollerabile nel corpo, misurato in quantità per mille, per essere ammessi alla guida di un veicolo. Pertanto il tasso massimo ammesso in Italia, che è di 0,8 , significa che sono tollerati 0,8 grammi per litro di liquido corporeo. Si sta comunque tendendo a ridurlo a 0,5.

Aldeidi

Elementi inquinanti, composti chimici presenti nell’aria e derivanti da materiali edili (compensato, adesivi) combustione di composti organici, tra cui il petrolio, fumo di sigaretta. Essi vengono inglobati nei normali filtri a carboni attivi, ma poi rilmasciati al salire della temperatura. Mazda ha un nuovo filtro in grado di assorbire le aldeidi e di trasformarle in sostanze innocue.

Alesaggio

Diametro (in millimetri) del cilindro* nel quale scorre il pistone*. La scelta del rapporto alesaggio/corsa è importante a seconda delle caratteristiche del motore che si vogliono ottenere. Vedi anche “motore quadro e superquadro”.

Alimentazione - differenze Otto / Diesel

E' l’insieme dei componenti (serbatoio, pompa, accumulatore, tubazioni, filtri, regolatore di pressione, carburatore* o sistema di iniezione*) che contribuiscono a far pervenire il combustibile al motore e, nel caso della benzina, a preparare la miscela aria*-carburante da immettere nei cilindri* (Carburazione*). I motori Diesel e Otto differiscono essenzialmente per il sistema di alimentazione/accensione* della miscela. Il motore Diesel (o ad accensione spontanea o accensione per compressione AC) controlla la potenza erogata variando la quantità di combustibile (rapporto A/F*) immesso nel cilindro: tiene il minimo con pochissimo combustibile (1/100 in peso dell’aria aspirata) e aumentandolo raggiunge il massimo della potenza (1/18, non può arrivare al teorico 1/15 perché altrimenti sarebbe fumoso) ed è comunque il motore termico attuale a più alto rendimento, Il gasolio non evapora, ma viene ridotto in goccioline disperse nell’aria tramite gli iniettori, da cui l’importanza di alte pressioni agli iniettori stessi.Il motore Otto invece, se fosse senza farfalla, e si cercasse di regolarlo variando la quantità di combustibile varierebbe di assai poco la potenza erogata, in quanto la benzina richiede valori piuttosto ristretti di A/F per accendersi, oltre che l’innesco della scintilla). Ecco perché per regolarlo è essenziale una farfalla che governi la portata di una miscela che praticamente è a rapporto stechiometrico* (ciò non vale nei motori “lean burn* dove il rapporto stechiometrico è garantito solo attorno alla candela). La benzina evapora e forma un gas che si mischia con l’aria.Il rapporto di compressione* di un benzina arriva fino a 12, mentre quello di un Diesel arriva fino a circa il doppio, comprimendo l’aria anche fino a 80 bar e facendola arrivare a circa 900°C. In definitiva il Diesel è a controllo della qualità della miscela mentre l’Otto è a controllo della quantità e le sue perdite di carico (resistenza del fluido nei condotti) sono alte man mano che si alza l’acceleratore, per via della chiusura della farfalla.Termodinamicamente i cicli differiscono per la fase di accensione, che per l’Otto è isocora e per il Diesel è isobara; le altre fasi sono per entrambi due adiabatiche (compressione ed espansione) e un’isocora (scarico). A parità di rapporto di compressione il Diesel ha un rendimento termodinamico inferiore all’Otto, ma in realtà il suo rapporto di compressione è molto più elevato per cui ottengono rendimenti maggiori.Se ora ragioniamo a parità di cilindrata e a piena immissione, l’Otto classico ha un rapporto aria/combustibile fisso, o comunque variabile di poco attorno allo stechiometrico 14,7/1 e, in pratica, utilizza tutta l’aria a disposizione per produrre potenza. Il Diesel invece va da 100/1 (quando funziona al minimo) a 18/1 di rapporto A/F utilizzando al massimo l’80% dell’aria aspirata (quando è a piena immissione) per non avere emissioni fumose, e quindi esprime una potenza minore (circa il 20% in meno) rispetto a un motore di pari cilindrata a ciclo Otto entrambi “aspirati”. Tutto ciò supponendo in prima approssimazione pari potere calorifico dei combustibili (ma il Diesel ne ha un 10% in più). Le differenze tra diesel e benzina vanno comunque riducendosi con l’iniezione diretta* per entrambi i motori e con i “lean burn”* e la carica stratificata* per quelli a benzina, che permettono anche al benzina di allontanarsi dal rapporto stechiometrico, FINO A CIRCA 50:1, NELLE FASI di lavoro IN CUI NON è RICHIESTA MOLTA POTENZA (in realtà c’è sempre un rapporto stechiometrico vicino alla candela e tutt’intorno aria). Il motore a benzina può salire a un numero di giri più elevato perché il diesel ha bisogno di tempo per l’iniezione e l’accensione della miscela e ha la corsa lunga per raggiungere il valore di compressione: a 5.000 giri/min ci sono a disposizione solo 0,00133 secondi per iniettare il gasolio nei 40° di rotazione del motore utili alla bisogna.

Alternatore ( alternator )

Rifornisce di corrente l’impianto elettrico in tutte le condizioni di funzionamento del motore in modo da mantenere sempre sufficientemente carica la batteria*. Eroga corrente alternata (al contrario della dinamo utilizzata in passato), quindi deve disporre di una parte elettronica che la converta in continua e ne regoli la tensione in modo da non superare soglie dannose per la batteria. L’alternatore è messo in movimento tramite pulegge e una cinghia* a un regime di rotazione due o tre volte superiore a quello dell’albero motore*. Esso, con il raddrizzatore di corrente, ha praticamente sostituito la dinamo, più delicata dal punto di vista della manutenzione per via dei voluminosi contatti striscianti e del collettore, soggetti ad elevata usura.

Alternatore di avviamento

Alternomotore

E’ la realizzazione della possibilità di utilizzare un motore a corrente alternata (ma anche continua) come generatore di corrente a diverse intensità, come motore di avviamento (senza dispositivi di innesto degli ingranaggi) e come eventuale motore per il movimento del veicolo a trazione ibrida o elettrica.vedi anche Dinamotore