Motore NASCAR Winston Cup – Trasferimento di tecnologia, Parte I

Cosa può imparare il costruttore di motori del sabato sera da Winston Cup

Vedi tutte e 6 le fotoJeff Huneycut-fotografoJim McFarlandwriterSam SharpephotographerChuck JenckswriterNov 1, 2002

I lettori di questa serie scopriranno nuovi pensieri e ampi rinforzi per costruire motori del sabato sera coerenti, potenti e competitivi. Jencks getta le fondamenta e McFarland fornisce il sapore teorico.

Ci sono alcuni aspetti dei programmi dei motori Winston Cup che si applicano direttamente alla costruzione di motori per altre classi di corse. Per chiarire questo, dobbiamo prima esaminare alcuni degli argomenti più importanti. Quindi, prima le cose importanti…

Per iniziare

Tutti vogliono conoscere i segreti per costruire un motore Winston Cup da 800 CV, vincitore di una gara. Bene, eccoli qui: un’eccellente pianificazione, una conoscenza approfondita delle basi, uno staff (team) incredibilmente laborioso e dedicato, un’attenzione fanatica per i dettagli, un programma di test secondo a nessuno, e un budget per sostenere lo sforzo. E anche se riuscite ad adottare e applicare solo alcune parti di questo insieme di segreti, il vostro programma di costruzione di motori migliorerà, anche se solo voi e il vostro insieme di strumenti. Nessun singolo pezzo di scienza missilistica renderà il potere che volete. Il motore Winston Cup di oggi è un esempio definitivo del processo di miglioramento continuo.

Prima di ridere e iniziare a confrontare i budget multimilionari, le decine di persone e le attrezzature all’avanguardia con l’aspetto del vostro garage o negozio, potreste essere interessati alle somiglianze tra i programmi di successo a tutti i livelli di gara e come potrebbero applicarsi al vostro. Ad esempio, alcuni anni fa, un libro intitolato Le sette abitudini delle persone di grande successo è stato un best-seller.

Il suo messaggio fondamentale era che, adottando tratti comuni di persone di successo, è possibile diventare più efficienti e avere più successo da soli. In modo simile, non tutto ciò che verrà discusso in questa sede potrebbe essere applicabile al vostro particolare programma di corse. Ma state tranquilli, gli argomenti saranno almeno stimolanti e degni di considerazione.

Molti dei costruttori di motori della Winston Cup di oggi hanno costruito motori vincenti a vari livelli prima di salire in cima alle classifiche di Coppa. Quindi cosa succede in un negozio di motori Winston Cup che potrebbe essere utile al costruttore del sabato sera?

Cosa è importante

Bisogna prima di tutto valutare onestamente il ruolo che il motore svolge nell’intero quadro delle prestazioni del veicolo. Inoltre, quale parte delle sue prestazioni è più critica? Le corse su pista non sono gare di accelerazione. Nelle gare di accelerazione, la potenza del motore è importante quanto qualsiasi altro elemento di questo sport. Nelle corse su pista ciclabile, la sola potenza del motore non è probabilmente nemmeno uno dei tre fattori principali richiesti per una vettura vincente. I motori sono importanti, ma qualsiasi costruttore di motori della Winston Cup dirà che la durata e la coerenza sono i fattori chiave delle prestazioni per vincere gare e campionati, non la potenza del motore.

Quando si tratta di prestazioni del motore, la sua produzione di coppia e di cavalli deve essere creata nell’intervallo di giri che il conducente utilizzerà maggiormente. Questo è un punto importante per la ricerca e sarà un’informazione chiave nella determinazione di cosa e come il motore sarà costruito. Ad esempio, se il motore deve correre su molti percorsi diversi e l’intervallo di giri varia notevolmente, deve essere costruita una combinazione molto più flessibile (in termini di gamma di giri). Inoltre, non dimenticate di tenere conto di quanto l’intervallo dei giri scende a causa dell’usura dei pneumatici sui lunghi percorsi.

Cosa sono la coppia e la potenza, e qual è la differenza?

Tecnicamente parlando, la coppia può essere definita come il potenziale di lavoro. Afferrare il pomello di una porta chiusa a chiave, applicare una forza di torsione e il pomello non gira.

Questa è la coppia. Al momento dello sblocco, la manopola girerà sotto la forza della coppia applicata, il tempo entra nell’immagine e la potenza può essere misurata (coppia che agisce su un periodo di tempo: libbre-piedi/secondo o libbre-piedi/minuto). Detto in un altro modo, la coppia è la capacità di un sistema (motore) di eseguire il lavoro. La potenza è la velocità di esecuzione del lavoro.

La coppia accelera una macchina da corsa (il tasso di variazione della coppia); la potenza in cavalli la rende veloce (la capacità di sostenere specifici livelli di coppia). Molti costruttori di motori (Winston Cup e sabato sera) preferiscono costruire motori basati sulla produzione di coppia.

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Installazione dei freni

Un ingrediente importante per comprendere il concetto di coppia è la capacità dei motori di produrre coppia su una specifica gamma di giri ad un ritmo rapido. Alcuni chiamano questa coppia transitoria o la velocità con cui un motore accelera sotto carico attraverso un intervallo di giri al minuto. In generale, maggiore è la coppia erogata da un dato motore, più veloce sarà l’accelerazione sotto carico. Questo perché il suo potenziale di aumento del numero di giri è legato alla potenza totale della coppia.

Coppia di picco vs. Area sotto la curva di coppia

Sulla base di una precedente definizione di coppia che è il potenziale per fare lavoro, è l’area sotto la curva di coppia che indicherà l’entità di questo potenziale (vedi illustrazione a pag. 56). Qui, è fondamentale per differenziare tra un valore per la coppia di picco e un valore per l’area calcolata (o mostrata) al di sotto di una data curva.

A rischio di una semplificazione eccessiva, abbiamo a che fare con una capacità dei motori di produrre potenza, in base al suo potenziale di coppia. In altre parole, maggiore è il potenziale di coppia dei motori in un intervallo di giri/min (rappresentato dall’area sotto la curva di coppia), maggiore è la sua capacità di produrre accelerazione per le auto da corsa. In contrasto con l’importanza di un valore di coppia di picco, è possibile produrre un’accelerazione più rapida aumentando l’area sotto la curva di coppia (una banda di coppia più ampia), anche se può esserci una leggera diminuzione della coppia di picco (vedere l’illustrazione delle aree della curva di coppia).

Altrettanto importanti sono i benefici ottenuti dalla selezione dei componenti del motore (integrazione delle parti) che sono funzionalmente destinati ad aumentare la coppia in un intervallo predeterminato di velocità del motore. È da questa base di potenza che altri componenti del veicolo (in particolare il gruppo propulsore) possono essere opportunamente adattati alla lunghezza e alle condizioni della pista.

Iniziare con un piano

Conoscere le regole. In generale, i motori da corsa a circuito (dalla Winston Cup alla vostra pista locale) sono strettamente regolamentati per gestire sia la potenza del motore che i costi. È necessario conoscere le regole in modo approfondito per costruire i migliori motori possibili all’interno delle regole. Analizzate attentamente le regole e ponete l’accento solo sulle aree in cui è possibile ottenere il massimo rendimento. Per esempio, se si utilizza un motore in una classe con restrizioni di aspirazione che crea limitazioni al flusso d’aria (come un carburatore a 2 barili), utilizzare solo una quantità di valvole sufficiente a mantenere stabile il treno di valvole, poiché una maggiore quantità di molle assorbirà la potenza in cavalli senza alcun beneficio.

Quanto deve durare il motore (quante gare o miglia)? Quanta manutenzione sarà eseguita o richiesta? Come deve essere la curva di potenza? (Ci sono molte forme per una curva di potenza, tutte possono mostrare la stessa potenza di picco). Per esempio, un motore che viene fatto correre in un’auto leggera sullo sterrato può permettersi di sacrificare la coppia alla velocità di uscita di curva per la potenza all’asta della bandiera. Un’auto più pesante sul marciapiede deve avere più coppia alla velocità di uscita di curva per aiutare l’accelerazione.

E non dimenticate il budget. Anche i negozi di motori Winston Cup hanno un budget che devono rispettare. La vostra pianificazione deve includere quanto tempo e denaro potete spendere. Costruire motori da corsa di successo significa usare le vostre risorse di tempo e denaro meglio della concorrenza.

Dov’è il potere?

La potenza proviene principalmente dal valvolame, dalle teste dei cilindri e dal collettore di aspirazione, indipendentemente dal tipo di motore da corsa che si sta costruendo. Quindi, quando si cerca più potenza, questo è il posto dove spendere il tempo e il denaro disponibile. La tendenza nelle corse su pista circolare è simile alla maggior parte delle altre forme di sport motoristici: più velocità del motore e rapporti di trasmissione numerica più elevati. La velocità dell’albero a gomiti e l’ingranaggio produrranno più coppia alla toppa di contatto delle gomme rispetto alla coppia dell’albero a gomiti da solo. Il fattore di moltiplicazione che l’ingranaggio dà alla coppia del motore è ciò che fornisce il vantaggio. L’effetto è simile a quello di mettere un braccio di prolunga su una barra di demolitore quando si rompe qualcosa. Il rovescio della medaglia di questa tendenza, tuttavia, è il suo duro lavoro sulle parti del valvolame e difficile da perseguire (tempo e costi).

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Tappare il foro

aumento dell’efficienza volumetrica: camme, testate e collettori di aspirazione Parte della capacità di un motore di produrre potenza dipende dall’efficienza con cui il carburante e l’aria possono essere indotti su ogni ciclo di aspirazione. La quantità di carburante utile che può ingerire dipende da quanta aria (ossigeno) può essere fornita durante questo stesso tempo. Pertanto, il fattore che limita la quantità di potenza (lavoro) che può essere prodotta è la capacità d’aria di ogni cilindro.

Ora, a seconda di diversi fattori (molti dei quali coinvolgono parti o sistemi che influenzano il flusso dell’aria di aspirazione), l’obiettivo è quello di cercare di raggiungere i più alti livelli di efficienza di riempimento dei cilindri in tutto l’intervallo di giri/min.

Ecco come tutto questo è legato alla coppia. Maggiore è il livello di efficienza di riempimento dei cilindri che, ai fini di questa discussione, chiamano bene l’efficienza volumetrica (VE), maggiore è il potenziale di ottimizzazione della coppia. Infatti (come si nota nell’illustrazione a pag. 56), una curva VE dei motori e una curva di coppia si assomigliano molto da vicino. Nonostante l’influenza dell’efficienza di combustione, è una regola abbastanza buona che gli aumenti di efficienza volumetrica rappresentano i corrispondenti guadagni di coppia … ancora una volta un riflesso della somiglianza tra i due quando sono rappresentati graficamente, come mostrato.

Nello studiare l’illustrazione delle somiglianze tra VE e curva di coppia, si noti che la curva di coppia si trova al di sotto della curva VE sia al di sotto che al di sopra dei giri di picco della coppia. Generalmente, ciò è causato da una scarsa qualità della miscela aria/carburante. Al di sotto del picco di coppia, la mancanza di velocità del flusso (legata alla miscelazione aria/benzina) riduce l’efficienza della combustione (potenza). Al di sopra del picco di coppia, la separazione meccanica delle miscele, i residui della combustione (gas di scarico), o una combinazione di entrambi, tende a penalizzare anche la potenza. Più avanti nella serie, questo problema sarà esaminato più da vicino per quanto riguarda la selezione e/o la modifica delle parti.

Inoltre, a causa della loro influenza sull’efficienza volumetrica, la selezione delle teste dei cilindri, degli alberi a camme e dei collettori di aspirazione è fondamentale non solo per la produzione di coppia, ma anche per la produzione di coppia all’interno di specifici intervalli di velocità del motore. Poiché un flusso d’aria maggiore non sempre equivale ad una maggiore potenza, nella scelta di queste parti si deve tener conto sia del volume che della qualità del flusso. Ciò è particolarmente vero per le testate dei cilindri e i collettori di aspirazione. Su questo argomento si discuterà ancora di più, dato che la serie scaverà più tardi sull’essenziale di questi componenti e sulle similitudini tra la loro applicazione nei motori Winston Cup e quelli del sabato sera.

Moltiplicazione della coppia

È attraverso l’applicazione di ingranaggi e dei loro rispettivi rapporti che i vantaggi meccanici possono migliorare l’applicazione della potenza alla pista. È stato detto in precedenza che il tasso di applicazione della coppia (coppia erogata rispetto al tempo di consegna) può migliorare l’accelerazione delle auto da corsa. Con il metodo delle differenze di numero di denti e di diametro, si possono creare gradi di leva che permettono di aumentare il tasso di applicazione della coppia alle ruote motrici.

Anche se vengono utilizzati solo uno o due rapporti di trasmissione in avanti, una corretta selezione dei rapporti di trasmissione che consentono un’accelerazione rapida nell’intervallo di giri desiderato più spesso utilizzato in pista aiuta a mantenere competitiva un’auto da corsa. Nella considerazione delle scelte del rapporto di trasmissione (moltiplicazione della coppia), è fondamentale far corrispondere la lunghezza della pista e le condizioni della superficie al rapporto che permette l’accelerazione nell’intervallo di giri desiderato. Per esempio, un motore con una banda di coppia stretta che verrà fatto funzionare in un intervallo di giri elevato beneficerà di un rapporto che gli permette un’accelerazione rapida fino a quell’intervallo. I motori di cilindrata più grande con una maggiore area sotto la curva di coppia, e ad un numero di giri inferiore, possono tirare gli ingranaggi numerici più bassi e fornire comunque un’accelerazione basata sulla pura coppia.

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Eliminare la detonazione del motore senza perdere potenza e risposta dell'acceleratore

Vale anche la pena ricordare come l’usura dei pneumatici influisce sul numero di giri in pista. Generalmente, man mano che i pneumatici si consumano, diventa necessario correre con una minore apertura dell’acceleratore (per mantenere la trazione). Questo riduce i giri al minuto in cui il motore gira, facendolo cadere più in basso sulla sua curva di coppia. La selezione delle marce (moltiplicazione della coppia) che fattori in questa condizione (in particolare sulle superfici asfaltate) consentiranno una migliore erogazione della coppia in quanto la trazione è ridotta dall’usura dei pneumatici.

Il controllo della qualità è la chiave della durata Ogni pezzo, ogni spazio deve essere controllato ogni volta. Non date mai per scontato che un pezzo sia dimensionalmente accettabile ora, solo perché ha misurato correttamente quando è stato acquistato o l’ultima volta che è stato controllato. Non lasciate che i problemi dimensionali di altre persone diventino il vostro guasto al motore. Non controllate il gioco da pistone a valvola su un cilindro. Controllateli tutti. Così come il volo è stato descritto come ora dopo ora di noia con qualche momento di puro terrore, la costruzione di motori da corsa spesso comporta lunghe ore di incredibili ripetizioni (il controllo e il ricontrollo delle dimensioni), rallegrate con qualche ora di eccitazione quando finalmente colpisce il banco o la pista.

Tieni i registri. Un notebook contenente tutte le informazioni sulla sua costruzione dovrebbe accompagnare ogni motore. Questo dovrebbe includere ogni dimensione e spazio importante nel motore con le liste dei componenti, il tempo di funzionamento (se applicabile) e la quantità di tempo di funzionamento (anche il tempo in pista).

Costruirli allo stesso modo. In Pro Stock drag racing, è comune che ogni motore costruito sia leggermente diverso da ogni altro, in una continua ricerca di maggiore potenza. La maggior parte dei programmi per i motori a pista circolare trarranno vantaggio dalla coerenza, da costruire a costruire e da motore a motore. Una ricetta strettamente controllata produce motori di potenza simile.

Quando si trova (o si può trovare) un miglioramento, la ricetta viene aggiornata. Per i corridori che costruiscono solo uno o due motori a stagione, rinfrescando ogni volta che è necessario, la necessità di un’attenta selezione delle parti e delle combinazioni diventa ancora più critica per il successo. Scegliere le parti e apportare le modifiche con attenzione, solo dopo aver considerato seriamente tutte le conseguenze di tali scelte.

Rimanete concentrati

Evitate la messa a punto della settimana. Il duro lavoro e i buoni test vi accompagneranno, non l’ultima moda. Solo perché è in esecuzione qualcun altro non significa necessariamente che sia giusto per la vostra combinazione. Il valvetrain è un’area in cui si vede questo problema, ancora e ancora. Sentite che qualcuno sta facendo una grande potenza con una nuova camma, ma potrebbe non funzionare nel vostro pacchetto motore. Non sarebbe saggio ignorare ciò che accade intorno a voi, ma tenere tutto nel contesto. I migliori programmi per motori sono quelli che guidano il proprio corso, guidati da decisioni sensate sulle parti e tecniche di assemblaggio, non semplicemente seguendo il percorso di qualcun altro.

Secondo me (Jencks), i migliori negozi di Winston Cup fanno una cosa migliore di qualsiasi altra forma di corsa al mondo. Sì, anche meglio di tutti i potenti programmi di F-1 in Europa e in Asia. Questo è un test. E’ di routine per un motore Winston Cup essere in grado di vedere varianze di 0,5 cv su 800. Ciò equivale a una risoluzione dello 0,0625 per cento ed è semplicemente incredibile. Questo permette al costruttore di un motore di testa di separare la verità dalla finzione, per quanto riguarda le modifiche o i miglioramenti che vengono misurati.

Trasferimento di tecnologia, Parte II

Trasferimento di tecnologia, Parte III

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