FORGHIERI ED IL FUTURO PROSSIMO: È UNA V-4 A 90° L’ 800 CC IDEALE
di Andrea Di Marcantonio
Siamo quasi al giro di boa del Mondiale 2006, stagione che sta regalando non poche sorprese un po’ su tutti i fronti. Cercando di anticipare i tempi, puntiamo l’occhio già al 2007, anno che decreterà la fine di un’era, quella legata alle MotoGP da 990 cc; si cambierà e tutti – chi in modo più aperto, chi in modo più velato – stanno cercando di ottimizzare le nuove prestazioni che dovranno offrire le nuove moto, ridotte nella cubatura agli 800 cc. Un passo indietro dunque, dove si fanno spazio le concause più disparate, anche se, come già affermato da alcuni team manager, questa sarà una “scelta dettata da input commerciali” più che sportivi o tecnici. La nuova cubatura obbligherà gli ingegneri a lavorare duramente ai banchi prova o con sofisticati programmi di simulazione, proprio per cercare di ottimizzare le potenze finali delle nuove cubature. L’area di lavoro è quanto mai ampia e gli interventi saranno – probabilmente – molto drastici visto che questa riduzione non va considerata sulla base dei 200 cc in meno rispetto agli attuali propulsori. Quindi le direzioni saranno estese, inizialmente meno “marcate”, in futuro più “spinte” e questo per raggiungere potenze elevate a parità di cilindrata; è ovvio che venga in mente l’argomento F.1… e questo non deve stupire perché è probabile che la linea progettuale seguirà (magari non subito) la tecnologia della massima espressione automobilistica. Rapporti di compressione, forma e disegno delle camere di combustione, materiali, condotti e fluidodinamica, elettronica, alimentazione:ecco le strade dove è ipotizzabile si cercheranno soluzioni e risposte per ottenere potenze elevate e tutta l’affidabilità necessaria. Anche su questo argomento – non trascurabile in funzione della sicurezza – il libro è tutto da scrivere e quasi certamente l’inizio della “nuova avventura”, sarà vissuto cercando di mantenere parametri largamente sicuri in tema di durata/prestazioni.
Ma questa è solo teoria, una “passeggiata” in una dimensione che, almeno attualmente, non è messa sul piatto della conoscenza. Noi però, abbiamo voluto, cercato delle risposte almeno prossime alla realtà. Per questo, ci siamo rivolti ad un ingegnere che, in F.1, ha ottenuto tantissimi successi con ben 12 titoli iridati (8 costruttori e 4 piloti) e che nel 1998 creò la Lamborghini Engineering. Attualmente è Direttore Tecnico della Oral Engineering (www.oralengineering.com), (struttura attrezzatissima che nasce nel 1995) polo di progettazione, ricerca e sviluppo nel settore motoristico internazionale. Stiamo parlando dell’Ing, Mauro Forghieri, figura leggendaria e “patrimonio motoristico” internazionale. Proprio a lui abbiamo chiesto di “raccontarci” un quadro sintetico delle possibili direzioni che i propulsori di nuova generazione - quelli da 800 cc – potrebbe prendere in vista del nuovo regolamento 2007. Volevamo però “ascoltare” anche il parere di un preparatore che, proprio per il differente approccio, ha una visione diversa dell’intero scenario tecnico. Quindi abbbiamo girato le stesse domande a Roberto Papetti della Robby Moto Engineering (www.robbymotoeng.com), nome che vanta una storia intensa ed appassionata…Sono moltissimi i team che si avvalgono della collaborazione con la Robby Moto Engineering, sia nei campionati Superbike che Supersport, oltre ad importanti collaborazioni tecniche con Aziende e Case costruttrici.

Dal 2007 la Moto GP passerà da 990 cc a 800 cc: a suo avviso, le cose si complicheranno a livello generale di affidabilità? E perchè?

Ing. Forghieri: non vedo motivo di riduzione dell’affidabilità se non per specifici errori.La riduzione della cilindrata a parità di cilindri, usualmente la aumenta anche a fonte di regimi più elevati. E questo per sollecitazioni specifiche meno elevate.
Roberto Papetti: il passaggio di cilindrata da 1.000 cc a 800 cc non penso porterà grosse complicazioni sul tavolo dei progettisti, se non quelle relative ad un qualsiasi nuovo progetto che, a livello motoristico, si voglia sviluppare. Grazie ai nuovi sistemi di calcolo e simulazione che la tecnologia mette a disposizione, ci si può avvicinare molto agli obiettivi prestazionali ricercati in fase di progettazione, accorciando così i tempi di sviluppo ed I costi di realizzazione.

Come si muoveranno, a Suo avviso, gli ingegneri? Le potenze saranno inferiori o il livello base saranno proprio le prestazioni attuali?

Ing. Forghieri: inizialmente le prestazioni si ridurranno mentre saranno più numerosi i piloti capaci di sfruttare tutto il potenziale a disposizione. Quindi i circuiti tortuosi risentiranno meno della riduzione delle potenze massime.
Roberto Papetti: l’obiettivo di ridurre la potenza sarà solo in parte ottenuto, mi spiego meglio: l’abbattimento di potenza non sarà direttamente proporzionale alla riduzione della cilindrata, perché riducendo corsa e alesaggio si ridurranno le masse alterne del motore e di conseguenza si potrà salire col regime rotazionale ed ottenere quindi potenze specifiche più alte.

E allora, nel dettaglio: come e dove interverranno gli ingegneri?

Ing. Forghieri: rispondere a tale domanda richiederebbe un tempo indefinito... Ovunque essi trovino da migliorare; ad esempio mantenere elevate coppie ai più bassi regimi possibili.
Roberto Papetti: i motori saranno meno potenti degli attuali ma la riduzione degli ingombri e delle masse del motore darà la possibilità ai telaisti di migliorare la performance globali della moto.

A suo avviso, ci può descrivere un ipotetico schema costruttivo di un motore MotoGP da 800 cc? Le migliori soluzioni e perchè (in linea, V aperto/stretto, 5 o 6 cilindri, ecc...)

Ing. Forghieri: personalmente ritengo ancora lo schema 4 cilindri a V90° la risposta più equilibrata per una moto GP odierna a 4 tempi. Ingombri, equilibratura, fluidodinamica interna e peso, sono per me i suoi punti di forza.
Roberto Papetti: Relativamente allo schema costruttivo del motore, penso che non valga più la pena indirizzare il frazionamento oltre le quattro unità, anzi facendo le valutazioni del caso, potrebbero aprirsi le porte anche ad un motore frazionato per tre a V in linea che sia. Potremmo ipotizzare qualche schema: quattro in linea: schema semplice e conosciuto, di facile realizzazione, da la possibilità senza grossi cambiamenti di utilizzare ordini di scoppi differenti per ottimizzare la coppia a terra ai vari regimi, di contro c’è l’ingombro frontale che ipotizzando un alesaggio di 76 mm diventerebbe non inferiore a 360-380 mm. Altro esempio: un motore a V di 90°; la configurazione più semplice dei motori a V, a parità di alesaggio si ha un ingombro frontale all’incirca di 230 – 250 mm, possibilità di usare diversi ordini di scoppio sempre per ottimizzare la distribuzione della coppia a terra, un minor effetto giroscopico dell’albero motore vista la minor larghezza e la minor massa. Mi rendo conto che riproporre un motore frazionato per tre può suscitare qualche critica considerati i risultati ottenuti da chi ha intrapreso questa strada, ma qualche valutazione penso che si possa ugualmente fare…

Parliamo dell’idea tre cilindri… Approfondiamo ipoteticamente questa strada alternativa

Roberto Papetti: Un tre in linea è un motore di facile realizzazione con un alesaggio intorno a 84 mm, un ingombro frontale interno intorno ai 300 – 320 mm ossia un buon compromesso tra il quattro in linea e il quattro a V. Le masse alterne della distribuzione dimensionate per tale alesaggio non necessiterebbero più di un comando pneumatico per il ritorno delle valvole, girando ugualmente ad un regime intorno ai 16.000 giri, contenendo notevolmente i costi rispetto alla cubatura di 1.000 cc, che necessita del comando pneumatico. L’albero motore verrebbe abbastanza stretto e leggero con un minor effetto giroscopico di un quattro in linea. Di contro dobbiamo riconoscere che nessuno ha dimostrato ancora la veridicità di queste ipotesi.
Un’ulteriore possibilità per usare un tre cilindri, sarebbe pensare a un V tre che, ipotizzando sempre un alesaggio di 84 mm, avrebbe un ingombro frontale pari a circa 200 – 220 mm (forse troppo poca la differenza dal V quattro). In questo caso si avrebbe una complessa distribuzione per comandare un solo cilindro con le perdite meccaniche che ne conseguono e l’aumento di massa vista la necessità di usare una cascata ad ingranaggi.
Penso che le problematiche relative alla bilanciatura ed alla messa a punto di un V tre, siano le più complesse rispetto agli altri schemi sopra elencati ed è anche quella che ha uno dei punti di domanda più marcati rispetto a tutti gli altri… Di certo le grandi case costruttrici non avrebbero difficoltà a realizzare ed a far funzionare questa tipologia di motore, visto ciò che è stato realizzato con uno schema insolito cinque V (vedi Honda).
Citando i motori a V ho parlato solo del V 90° perché non vedo la necessità di stringere l’angolo di apertura dei cilindri visto che si complicherebbero le cose per lo schema di bilanciatura e si limiterebbe lo spazio a disposizione per l’ applicazione del sistema di alimentazione (corpo farfallato ecc).

Attualmente ritiene che l'elettronica farà ancor più la differenza?

Ing. Forghieri: sicuramente i motori moderni devono molto all’elettronica in particolare per quanto riguarda i consumi, guidabilità, combustione e la riduzione delle perdite per dispersione nei cicli.
Roberto Papetti: relativamente all’elettronica, si può sostenere che è diventata un buon complemento di aiuto per i motoristi, ma soprattutto un aiuto fondamentale per i piloti nella gestione della trazione.
In pratica l’elettronica non è in grado di generare energia, ma serve ai motoristi per creare le condizioni grazie alle quali, in funzione dei giri-motore e apertura farfalla, si può estrapolare la massima energia generabile dal motore in quel momento.
Per i piloti il lavoro è esattamente complementare e contrario; in pratica in funzione delle informazioni ricevute con marcia inserita, apertura farfalla, giri motore, angolo di piega e pattinamento della ruota posteriore, la centralina, lavorando sull’anticipo di accensione, diminuisce la potenza erogata dal motore supportando il pilota nella gestione dell’acceleratore.

Quali potenze ritiene potrebbero essere estrapolate da un'unità da 800 cc?

Ing. Forghieri: inizialmente all’uscita del cambio circa 124 ÷ 147 kw ai massimi regimi.
Roberto Papetti: parlando di numeri, gli attuali motori da GP di 1.000 cc hanno potenze che oscillano da 240 – 250 hp a 15.000 giri quindi 240/250 cv/litro… Con passaggio a 800 cc e la riduzione delle masse alterne potrebbero esprimere a 16.000 giri il massimo potenziale con potenza intorno 210 – 220 hp, cioè potenze specifiche da 260 – 270 cv/litro.

Come cambierà la linea di alimentazione? Condotti, forme, flussi in transito, numero delle valvole, ecc

Ing. Forghieri: sulla falsariga dei 990 attuali che sono già di alto livello.
Roberto Papetti: I parametri geometrici e fluidodinamici per ottenere queste potenze a questi regimi sono conosciuti e facilmente simulabili con i nuovi software.

Ritiene che la camera di combustione, la propagazione di fiamma saranno oggetto di studio ulteriore, così come i rapporti di compressione?

Ing. Forghieri: i rapporti di compressione saranno più alti possibili mentre gli studi sulla combustione spero non si arrestino mai, sopratutto grazie ai sistemi di simulazione con computer ed alle prove su modelli.

Ed in tema di fasature, velocità lineari del pistone, rapporti corsa/alesaggio, pressione media effettiva?

Ing. Forghieri: al momento le velocità medie del pistone nel campo è di 26 + 27 m/sec. Queste sono un limite ben fermo per un’accettabile affidabilità.
Roberto Papetti: sopra ho citato alcuni esempi di alesaggio per ricavare gli ingombri dei motori da detti diametri si può facilmente risalire alla corsa e di conseguenza al rapporto corsa-alesaggio che orientativamente l’ho tenuto intorno a 0,6, valore ben lontano da quelli estremi dei motori di FI ma visto che la moto ha solo e soltanto due ruote e con una impronta a terra limitata, i motori da moto necessitano di avere una curva di coppia e di potenza ben diverse dai motori di FI. Esperimenti per costruire motori estremi per moto con parametri geometrici vicini a quelli della Formula 1, sono stati fatti in passato ma con scarsi risultati, non tanto per il valore massimo di potenza ottenibile, quanto per una curva di potenza difficilmente utilizzabile per una motocicletta.
Mi sembra doveroso, per concludere, esprimere un’esortazione che apparentemente prescinde dalle problematiche meramente tecniche ed auspica un ampliamento della partecipazione al Campionato GP con l’introduzione di un regolamento che renda accessibile il coinvolgimento anche delle aziende minori…

(10/7/2006)