Monografia motore Ducati 1098 MY 07 Sul TSE (“figlio” del

Commenti

Transcript

Monografia motore Ducati 1098 MY 07 Sul TSE (“figlio” del
Monografia motore Ducati 1098 MY 07
Sul TSE (“figlio” del Testastretta detto anche TS) sono state raggiunte elevate
prestazioni, riducendo però costi, dimensioni e pesi. Per contenere la lunghezza dei
gruppi termici del TSE e dunque lasciar più libertà ai progettisti nella definizione
delle quote fondamentali della ciclistica, sono stati abbassati gli alberi a camme di
scarico rispetto a quelli di aspirazione. Tale soluzione fu già adottata nelle ultime
versioni del Desmoquattro e impone la riduzione della lunghezza del gambo delle
valvole di scarico, rispetto a quella del gambo delle valvole di aspirazione. La testa di
ciascun cilindro del TSE ha una specifica fusione, che comprende tutte le cartelle
della distribuzione (sul TS erano separate), riducendo drasticamente il numero degli
elementi da assemblare e i pesi. Il cannotto della candela non è più asportabile, ma è
ora integrato ed è realizzato in alluminio (sul TS era un particolare in acciaio fissato
tramite viti). I perni dei bilancieri sono uniformati, semplificando notevolmente
l’insieme della distribuzione. Ciò significa anche che eventuali variazioni
sull’interasse valvole, necessarie per costruire diverse versioni del motore, possono
essere ottenute lavorando a macchina in modo adeguato gli spallamenti dei bilancieri.
Quest’ultimi, come i perni, non devono perciò essere modificati, riducendo
conseguentemente in modo sensibile la diversificazione degli elementi presenti nelle
varianti del motore, che verranno sviluppate nel prossimo futuro (incremento e
decremento di cilindrata). Molta attenzione è stata posta nella definizione del circuito
di lubrificazione, che rispetto a quello del TS è stato semplificato. Non ci sono più i
tubi esterni che portano l’olio alle teste (la loro presenza caratterizzava da sempre i
precedenti motori Ducati quattro valvole per cilindro). Sono perciò stati ricavati dei
condotti specifici che corrono all’interno della fusione del cilindro e della testa.
L’olio entra negli alberi camme (che sono ovviamente cavi) e da qui tramite forellini,
esce dai lobi per estendersi sulla loro superficie a contatto con quella dei bilancieri.
Vengono lubrificati anche i supporti degli alberi a camme stessi, ricavati direttamente
nell’allumino della testa. E’ stata invece eliminata la circolazione forzata dell’olio
nell’accoppiamento perno – bilanciere, poiché i tecnici hanno appurato essere
superflua, grazie all’abbondate presenza di lubrificante nel volume superiore della
testa. Dunque tali perni non devono essere forati, migliorando la loro resistenza
meccanica e contenendo i costi di lavorazione. Le principali ottimizzazioni descritte
(ne sono state effettuate altre addirittura sulle singole viti), hanno permesso di ridurre
il peso di ciascuna testa di quasi tre chili, rispetto a quello posseduto dagli analoghi
elementi dei gruppi termici utilizzati sul propulsore della 999. Va sottolineato che tale
risultato è stato ottenuto senza dover impiegare materiali pregiati, come ad esempio il
titanio per le valvole. Per migliorare le prestazioni del TSE rispetto a quelle del TS, è
stato fatto un grande lavoro sulla definizione dei condotti e sui corpi farfallati. Senza
praticamente variare l’angolo compreso tra le valvole (è diminuito di soli 0.7°), sono
state notevolmente ridotte le dimensioni dei bilancieri di chiusura, ma specialmente
quelle dei bilancieri di apertura del sistema desmodromico. Gli ingombri si sono
perciò sensibilmente ridotti e questo ha permesso di “verticalizzare” in modo
considerevole i condotti di aspirazione, facendo migliorare molto la respirazione del
motore. Infatti, considerando che il diametro delle valvole del TSE (42 mm
l’aspirazione e 34 mm lo scarico) è identico a quello delle valvole del TS usato sulla
999 R MY 05 (l’ultima serie commercializzata), la portata assoluta che attraversa i
condotti del nuovo propulsore è decisamente aumentata rispetto a quella che
caratterizza la più potente versione del Testastretta. La maggiore respirazione del
nuovo propulsore, è da attribuire anche al fatto che i corpi farfallati ricalcano
perfettamente la sezione ovale del tratto iniziale dei condotti di aspirazione
(caratteristica direttamente derivata dal motore SuperBike). Da notare che l’area di
tale sezione è pari a quella circolare che si otterrebbe con un diametro di ben 60 mm.
La nuova dimensione dei bilancieri del sistema desmodromico e la loro nuova
posizione in ciascuna testa con la conseguente “verticalizzazione” dei condotti di
aspirazione (inclinati di 45° rispetto al piano di unione cilindro - testa), ha permesso
inoltre di posizionare in modo perfettamente parallelo i due corpi farfallati, rendendo
di fatto il completo circuito di aspirazione una “gola profonda” che si “tuffa”
praticamente dritta nel cilindro. Purtroppo però la teoria afferma che questi
andamenti capaci di far ottenere elevate portate di aria introdotte nell’unità termica,
generano quasi sempre una limitata turbolenza (prevalentemente di tipo tumble nel
TSE), influenzando negativamente il processo di propagazione della combustione.
Per questo motivo i tecnici hanno utilizzato un rapporto di compressione con valore
non eccessivo. Con questa scelta cautelativa si scongiura infatti ogni possibilità di
generazione del pericolosissimo fenomeno della detonazione, che è bene ricordarsi,
può essere dovuto non solo ad aspetti progettuali ma anche ad esempio all’uso di
benzine non ottimali o a temperature dell’aria aspirata notevolmente alte (in sede di
sviluppo occorre tener conto delle condizioni di funzionamento più critiche, che si
allontano enormemente da quelle nominali, anche se possono verificarsi molto
raramente nell’uso del veicolo). Per avere il corretto rapporto di compressione, la
camera di combustione ha perciò un andamento molto uniforme, non presenta estese
zone di squish e le valvole di aspirazione hanno la faccia del fungo rivolta verso la
camera stessa leggermente scavata, ottenendo inoltre una importante riduzione di
peso. Terminiamo la descrizione della testa del nuovo TSE, osservando che il sistema
di chiusura valvole, non sfrutta i semiconi, peculiarità che aveva caratterizzato alcune
recenti versioni del TS, ma torna ai classici semianelli, decisamente più economici e
semplici da asportare e riposizionare durante la registrazione dei giochi di
funzionamento, se si lascia la testa stessa montata sul cilindro. Per analizzare a fondo
le caratteristiche del Testastretta Evoluzione è bene fare anche alcune considerazioni
sul suo valore di alesaggio. Il carter motore e i cilindri permetterebbero infatti di
ospitare un alesaggio massimo di 106 mm, che rispetto al valore utilizzato pari a 104
mm, avrebbe consentito di ridurre la corsa a tutto vantaggio del contenimento della
velocità media del pistone e dunque delle sollecitazioni meccaniche. Impiegare però
un alesaggio superiore a quello già adottato sul TS della 999 R, avrebbe obbligato i
tecnici ad effettuare una completa rivisitazione dei pistoni, delle fasce elastiche e
dell’equilibratura del manovellismo. Dunque è stato deciso di sfruttare l’esperienza
accumulata con l’alesaggio di 104 mm. Per evitare che l’aumento della corsa rispetto
a quella utilizzata sul TS della 999 R, provocasse l’incremento della lunghezza di
ciascun gruppo termico e cioè per mantenere invariata la quota del piano testa, è stata
notevolmente ridotta l’altezza di compressione dei pistoni rispetto a quella posseduta
dai medesimi elementi, usati sempre sulla 999 R. Si noti che l’interasse delle bielle
(in acciaio, con superficie trattata tramite vibroburattatura, in modo da renderla esente
da qualsiasi imperfezione) non è stato modificato e ed perciò pari a 124 mm, mentre
il valore massimo della corsa raggiungibile, vale 71 mm ed è definito dagli ingombri
interni del carter motore, primo fra tutti quello dovuto alla presenza dell’albero per il
comando delle cinghie della distribuzione, relazionato anche con lo spazio occupato
dal movimento delle mannaie di equilibratura, che con le bielle in acciaio, non
possono avere dimensioni eccessivamente ridotte. A causa della limitata altezza di
compressione, è stata posta una particolare attenzione nella definizione dei pistoni
ottenuti tramite processo di forgiatura. Ad esempio sono state aggiunte due nervature
di rinforzo in prossimità delle portate dello spinotto, parallele all’asse dello stesso e
sulla loro testa è presente una piccola bombatura disposta tra le cave valvole, il cui
scopo principale non è quello di accrescere il rapporto di compressione, ma ben si di
rinforzare questa zona che è termicamente molto sollecitata. Sempre per contenere le
sollecitazioni termiche, è stata effettuata una intensa attività di sviluppo e
sperimentazione sui getti di olio che devono raffreddare il cielo dei pistoni. Sul TS
venivano generati da specifici fori calibrati, presenti nel carter motore in prossimità
delle portate dei cuscinetti di banco. La loro azione era però poco uniforme poiché
agivano con prevalenza solo su una parte del pistone. Sono perciò stati utilizzati degli
ugelli con i quali è stato possibile indirizzare meglio il getto d’olio, che ora incide
nella zona centrale del cielo, ovvero quella più calda poiché prossima all’area in cui
ha origine la combustione. L’orientamento di questi ugelli è stato stabilito tramite un
motore utilizzato in condizioni di motoring (cioè trascinato), appositamente attrezzato
con elementi trasparenti montati sui gruppi termici. La definizione della portata e
della pressione del fluido, fortemente condizionate dal funzionamento in firing del
motore (ovvero normalmente acceso), è stata invece effettuata tramite l’ausilio di
software di calcolo. L’attività di sviluppo prevede anche la valutazione dell’efficacia
del raffreddamento ottenuto con il nuovo sistema, sottoponendo il pistone ad un test
di durezza svolto in sue specifiche zone, dopo aver “maltrattato” il motore con una
prova di durata effettuata sul banco freno (queste prove di durata prevedono un
numero di ore di funzionamento a diversi carchi e regimi). I valori di durezza Brinell
così ottenuti, vengono poi confrontati con quelli rilevati sul pistone nuovo, in modo
da verificare il decadimento della lega con il quale è costruito il componente. Tramite
una specifica tabella che pone in correlazione la lega stessa e la durezza rilevata, si
può anche ottenere una indicazione della temperatura di lavoro alla quale è stata
sottoposta la specifica zona del pistone. Per quanto riguarda i già citati segmenti di
tenuta, occorre osservare che è stata fatta una intensa attività di messa a punto per
quello superiore, al fine di contenere il blow-by. L’albero motore ha ovviamente la
corsa modificata rispetto a quella dell’omologo componente usato sul TS, ma questa
non è stata l’unica variante introdotta. Infatti il suo circuito interno di lubrificazione
ha subito una profonda rivisitazione. In quello precedente la parte terminale del
canale obliquo affacciata al perno di biella, aveva forzatamente una sezione ellittica.
La svasatura che doveva essere praticata per raccordarlo convenientemente con la
superficie su cui agiscono le bronzine, era complessa da realizzare. Con la nuova
soluzione i condotti interni rimangono sempre obliqui rispetto all’asse di rotazione
dell’albero, ma nell’ultimo tratto si raddrizzano uscendo dunque perpendicolarmente
all’asse del perno di manovella. Ciò ha permesso di semplificare in modo sensibile la
realizzazione della svasatura di raccordo, riducendo i costi. Il diametro del perno di
manovella (42 mm) e quello dei perni di banco (35 mm), non sono stati modificati.
La zona di ricoprimento di tali perni vale perciò 6.15 mm. Sul carter motore non sono
state fatte variazioni degne di nota se non quella di cambiare la posizione del sensore
di giri/fase, che è ora montato perpendicolarmente all’asse di rotazione della ruota
dentata dell’albero sfruttato per comandare il moto delle cinghie della distribuzione. I
denti di tale ruota fungono da elementi fonici e su alcuni di essi viene praticata una
fresatura (riduzione della loro fascia), in modo da generare l’irregolarità nel segnale
elettrico, con la quale la centralina controllo motore può riconoscere la fase di
funzionamento di ciascuna unità termica, stabilendo correttamente gli anticipi
dell’accensione e l’istante di inizio dell’iniezione. E’ stato sperimentato che questa
nuova posizione del sensore, rispetto alla precedente che era parallela all’asse
dell’albero per il comando delle cinghie della distribuzione, è meno sensibile alle
irregolarità geometriche del ruota dentata e dunque la forma d’onda elettrica generata,
è più stabile e prossima a quella nominale. L’alesaggio del TSE come già affermato,
vale 104 mm e non è variato rispetto a quello del TS della 999 R, mentre la corsa
sempre rispetto al TS della 999 R, sale da 58.8 mm a 64.7 mm (le quote geometriche
fondamentali del manovellismo del TS versione S, sono invece di 100 mm per
l’alesaggio e 63.5 mm per la corsa). La durata e gli anticipi della fase di aspirazione e
scarico, non hanno subito sul TSE, delle sensibili variazioni rispetto a quelle adottate
sul TS della 999 S. Mentre rispetto al TS della 999 R, le durate continuano ad essere
paragonabili, ma l’inizio della fase di aspirazione del TSE è più ritardata. Le alzate
valvole rimangono sostanzialmente invariate rispetto a quelle del TS adottato sulla
999 S, mentre quelle del TS della 999 R sono sensibilmente più elevate. Il contributo
del nuovo sistema di scarico della sportiva Ducati, radicalmente diverso da quello
usato nel precedente modello, è stato determinante per ottenere le ottime prestazioni
assolute del TSE. I collettori non sono infatti separati tra di loro come accadeva sulla
999, ma si uniscono in un elemento ad “Y”, posizionato sul lato destro della moto. Da
qui si diramano poi due tubi che si innestano nei due piccoli silenziatori posti sotto
alla sella. L’impiego dei silenziatori appena citati, è stato possibile poiché finalmente
i tecnici Ducati hanno deciso di applicare la farfalla per parzializzare la sezione dello
scarico in prossimità della “Y”. Con questo dispositivo è infatti possibile rispettare le
norme di omologazione per le emissioni acustiche, anche se i volumi di smorzamento
delle onde di pressione che generano il rumore, sono decisamente contenuti.
Il TSE ha ovviamente la caratteristica “coppa bassa” e le cartelle della distribuzione
sono ora integrate nelle fusioni dei gruppi termici (non sono elementi separati che
devono essere assemblati).
Sul lato pompa acqua del TSE, si nota la nuova posizione del sensore giri/fase del
sistema di iniezione ed accensione a gestione elettronica.
Il registro del gioco di chiusura è ancorato al gambo valvola tramite la classica
soluzione a semianelli, senza perciò adottare le più sofisticata con semiconi. Sopra a
tale registro, appoggiato sulla estremità del gambo valvola, trova posto quello per la
registrazione del gioco di apertura.
La trasmissione primaria è classica con ingranaggio a denti diritti. Non viene
utilizzata la frizione antisaltellamento e, contrariamente alle attuali tendenze Ducati, è
rimasta fortunatamente a secco (soluzione degna di una vera sportiva di razza).
I denti della ruota che comanda l’albero per il movimento delle cinghie della
distribuzione, fungono da elementi fonici per la generazione del segnale elettrico di
giri e fase. Alcuni di questi denti vengono fresati per generare la necessaria
discontinuità nel segnale stesso.
Il condotto di aspirazione è stato “verticalizzato” rispetto a quello del TS, grazie al
contenimento delle dimensioni dei bilancieri di apertura delle valvole.
I due disegni mettono a confronto la posizione dell’asse del condotto di aspirazione di
una testa del TS (a sinistra) e di una testa del TSE (a destra). L’asse della seconda ha
una inclinazione rispetto al piano di appoggio con il cilindro di 45°, dunque maggiore
rispetto ai 36° presenti sul TS. Si noti che questo risultato è stato raggiunto
praticamente senza variare l’angolo compreso tra le valvole (è stato decrementato di
soli 0.7°).
Queste due immagini mostrano come il condotto di aspirazione sia praticamente
dritto, agevolando di fatto moltissimo il raggiungimento di ottime portate e dunque
buone prestazioni.
La camera di combustione non presenta estese zone di squish, i condotti sono lavorati
a macchina unicamente nella importante zona di raccordo con le sedi valvole, le
guide valvole non sporgono eccessivamente all’interno dei condotti, favorendo il
passaggio dei fluidi.
Il pozzetto della candela è integrato nella fusione della testa (sul TS era un elemento
separato che doveva perciò essere assemblato). Una attenta progettazione
dell’insieme ha permesso di uniformare perni e bilancieri, che potranno perciò essere
utilizzanti anche sulle future versioni del TSE, senza introdurre varanti degne di nota.
Si nota il condotto nella fusione della testa che porta l’olio fino alla parte più alta del
motore. Si osservano anche le cartelle della distribuzione integrate nella fusione
stessa e dunque non più elementi scomponibili.
Una attenta osservazione della testa, fa intuire come sia più bassa la posizione
dell’albero a camme di scarico rispetto quella dell’albero a camme di aspirazione.
Il disegno mostra chiaramente l’evoluzione dimensionale ed in peso avvenuta nel
passaggio da TS a TSE, dei bilancieri di chiusura ed apertura usati nel sistema
desmodromico.
L’immagine mostra i bilancieri di apertura del Desmoquattro (in primo piano), del TS
(al centro) e del TSE (l’ultimo). Il confronto è a dir poco impietoso e fa comprendere
lo sforzo svolto negli anni dai tecnici Ducati, per ottimizzare i componenti del
sistema desmodromico.
Si nota la superficie cava del fungo valvole di aspirazione, affacciata in camera di
combustione e la diversa lunghezza del gambo della valvola di aspirazione e del
gambo di quella di scarico, necessaria per posizionare gli alberi a camme su differenti
livelli.
Questo disegno realizzato al CAD mostra l’insieme della distribuzione desmodromica
del TSE, un sistema che ha raggiunto un notevole grado di sviluppo.
Le bielle hanno la superficie trattata con il particolare procedimento della
vibroburattatura, col quale si eliminano anche le più piccole imperfezioni (si assicura
una elevata resistenza alla fatica). Per alleggerire il manovellismo, il perno di
manovella è cavo. Si nota anche il tappo che chiude il foro necessario per la
lavorazione del circuito di lubrificazione interno.
In prossimità della portata dello spinotto, sono state aggiunte due nervature centrali di
rinforzo. A causa dell’aumento della corsa, l’altezza di compressione del pistone è
stata ridotta per non dover innalzare la quota del piano di unione tra testa e cilindro
rispetto a quella presente sul TS, o comunque per non dover ridurre l’interasse della
biella.
Per raffreddare in modo efficace il cielo di ciascun pistone, è stato adottato un ugello
specifico per meglio indirizzare il getto dell’olio.
I carter del motore non hanno subito modifiche degne di nota. La posizione dei
prigionieri dei gruppi termici, da la possibilità di raggiungere un alesaggio massimo
pari a 106 mm.
Esattamente come accade sul motore da SuperBike, la sezione dei corpi farfallati è
ovale, ricalcando perfettamente quella iniziale dei condotti di aspirazione ed
agevolando perciò l’aspirazione dell’aria. Si noti che viene utilizzato il sistema per la
regolazione automatica del minimo, necessario per avere sempre un funzionamento
perfetto quando la manopola del gas è rilasciata.
Il sistema di scarico è caratterizzato dalla zona di compensazione tra i due collettori
con forma ad “Y”. E’ presente anche la sonda lambda, che abbinata ai catalizzatori
permette di superare le norme Euro 3.
Per poter superare le norme di omologazione relative alle emissioni acustiche, pur
avendo utilizzato silenziatori molto piccoli, è stata impiegata una farfalla
parzializzatrice della sezione di scarico, attuata da un motore elettrico a sua volta
comandato dalla centralina.
I diagrammi mettono a confronto le curve di coppia e di potenza della 1098 con
quelle della 999 S. L’incremento dei valori assoluti, non ha bisogno di commenti.