Tecnica I motori 1.6L delle moderne WRC ( > 2011 )

Dal 2011 il nuovo regolamento FIA prevede un motore turbo da 1.6 litri in sostituzione del 2.0 litri turbo usato nelle precedenti edizioni. Il motore è a iniezione diretta, più piccolo come dimensione costruttiva ( sempre in rapporto al 2 litri ) e con un peso massimo complessivo consentito per la vettura di 1200kg.

Il regolamento prende spunto dal nuovo concetto di "Global Race Engine" e cioè partire da un motore base che può essere modificato per le varie specialità. La stessa regola si applica ai motori usati nel World Touring Car Championship.

Per rispettare il regolamento FIA la FORD, ad esempio, ha sostituito la Focus con la più piccola Fiesta con un motore completamente diverso ( progettato da M-Sport e Pipo Moteurs ).



Il motore della Ford Fiesta WRC è un motore L4 derivato da quello di serie con corpo e blocco in alluminio. Ha due valvole di aspirazione ( utilizzate per la regolazione del flusso di benzina miscelta all'aria ) e due valvole di scarico ( per la regolazione del flusso dei gas di scarico ) per cilindro disposte a 39°.

funzionamento base ( video ) :


Nei motori del WRC ( > 2011 ) oltre alla cilindrata è stato diminuito del 6% ( da 908mm^2 a 855mm^2, cioè da un diametro di 34mm ad uno di 33mm ) anche il restrittore filtro aria ( con conseguente riduzione di potenza ) e limita a 2,5 bar assoluti la pressione massima di sovralimentazione ( i regolamenti precedenti non dicevano nulla a riguardo ). Queste restrizioni rispetto al 2l del precedente regolamento significano una perdita di coppia massima del 40% mentre la pressione nei cilindri scende da 200-220 bar a 160-180 bar. Allo stesso tempo la potenza per litro è aumentata da 175 a più di 200 bhp. Questo implica un aumento della pressione nel collettore di aspirazione durante i picchi di potenza ( da 24 bar a 29.3 bar ). Dato che il 1.6L raggiunge la massima velocità ai 8500 rpm, questa non verrà quasi mai raggiunta a causa del restrittore che fa si che il motore operi prevalentemente intorno ai 5750-7250 rpm. Mentre il 2 litri era molto vicino alla sua massima potenza già dai 4000 fino ai 7000 rpm.

La prodigiosa coppia del 2.0 litri rendeva le vetture più gestibili mentre con il nuovo 1.6 litri, insieme alla mancanza del cambio semi-automatico, ha reso le vetture più impegnative da guidare.

Per l'articolo completo in inglese: link

 

Nei calcoli è usato un coefficiente di 0,0001424 derivato dall'equazione Potenza = coppia * omega.
Omega = 2 * pii * f (1/s)
Potenza = Watt
Coppia = Nm

Omega -> rpm = 2*pii*rpm/60 = 2*pii/60 = 0,1047
Watt -> Potenza (PS) = Watt * 1,35962152 / 1000 = 0,001360

Coefficiente = 0,1047 * 0,001360 = 0,0001424

Le tre equazioni usate per il confronto sono:
Potenza (PS) = Coppia (Nm) * rpm * 0,0001424
BMEP (N/m2) = P (W) * nc / V (m3) * N (1/s) nc = 2 per un motore a 4 tempi.
BMEP (N/m2) = 4 * π * T (Nm) / V (m3)

Ford Focus WRC

Data dall'articolo linkato:
348 bhp = 1,014 * 348 = 353 PS
353 PS @ 6500 rpm
680 Nm @ 3000 rpm
bmep @ potenza di picco = 24 bar = 2,4 N/mm2 = 2 400 000 N/ m2

Coppia alla potenza di picco

P (PS) = T (Nm) * rpm * 0,0001424 => T = P / rpm * 0,0001424 = 353 / 6500 * 0,0001424 = 381,4 Nm

Calcolo con bmep.
T (N/m) = BMEP (N/m2) * V (m3) / 4 * π = 2400000 * 0,001998 / 4 * 3,14 = 381,6 Nm

Calcolo con bmep e cilindro / pistone area
F = pressure (N/mm2) * area (mm2) = 2,4 * 5647,83 = 13 555 N
T = F * Average radius of crank shaft turn = 13555 * 0,02817 = 381,8 Nm

Bmep alla coppia massima
BMEP (N/m2) = 4 * π * T (Nm) / V (m3) = 4 * 3,14 * 680 / 0,001998 = 4 274 675 N/m2 / 100 000 = 42,7 bar

Potenza alla coppia massima
P (W) = BMEP (N/m2) * V (m3) * N (1/s) / nc ( nc for a 4-stroke engine is 2)
P = 4274675 * 0,001998 * (3000/60) / 2 = 213 520 W / 1000 = 213,52 kW * 1,3596 = 290,3 PS

P (PS) = T (Nm) * rpm * 0,0001424 = 680 * 3000 * 0,0001424 = 290,5 PS

Ford Fiesta WRC

Data dall'articolo linkato:
Bmep @ peak power = 29,3 bar 2,93 N/mm2 = 2 930 000 N/ m2
325 bhp @ 6250 rpm = 1,014 * 325 = 330 PS

Coppia alla potenza di picco

T @ peak power = 330 / 6250 * 0,0001424 = 371 Nm (370,8 with one decimal)

Calcolo con bmep.
T (N/m) = BMEP (N/m2) * V (m3) / 4 * π = 2930000 * 0,0016 / 4 * 3,14 = 373 Nm

Calcolo con bmep e cilindro / pistone area
F = pressure (N/mm2) * area (mm2) = 2,93 * 5410,61 = 15 853 N
T = F * Average radius of crank shaft turn = 15853 * 0,02365 = 375 Nm

Picco i potenza

Usando la coppia calcolata con il bmep, 373 Nm
P (PS) = T (Nm) * rpm * 0,0001424 = 373 * 6250 * 0,0001424 = 332 PS

Calcolo con il bmep, 29,3 bar
P (W) = BMEP (N/m2) * V (m3) * N (1/s) / nc ( nc for a 4-stroke engine is 2)
P = 2 930 000 * 0,0016 * (6250/60) / 2 = 244 167 W / 1000 = 244,17 kW * 1,3596 = 332 PS

Un altro modo per capire qual'è la potenza della Fiesta WRC

Nell'articolo linkato è scritto che il consumo tipico della fiesta WRC è di 0,7 l/km.

Sulla pagina Skoda (http://new.skoda-auto.com/en/motorsport/cars) c'è scritto che il consumo tipico della S2000 è di 0,6 l/ PC km

La Fiesta consuma quindi 0,7 / 0,6 = 1,17 (17%) più carburante della Skoda. Con una stima diversa possiamo vedere che un motore turbo usa un rapporto più alto di aria/carburante, dato che non sappiamo quale sia tiriamo ad indovinare. Se un motore turbo AF ha un rapporto di 12:1 e un motore NA ha un rapporto di 13:1, il motore NA ha bisogno del 92% di carburante rispetto ad un motore turbo che produce la stessa potenza.

Skoda 300 PS => Fiesta = 0,92 * 1,17 * 300 = 323 PS
Skoda 305 PS => Fiesta = 0,92 * 1,17 * 305 = 328 PS
Skoda 310 PS => Fiesta = 0,92 * 1,17 *310 = 334 PS
Skoda 315 PS = > Fiesta 0,92 * 1,17 * 315 = 339 PS

Tratto da un post dell'utente OldF