Harley Davidson brevetta il compressore ‘scorrevole’ per il suo ‘V2’

La Casa di Milwaukee ha depositato un brevetto di un bicilindrico a ‘V’ dotato di sovralimentazione meccanica. Nell’articolo i disegni, i dettagli ed i vantaggi di questa inedita scelta tecnica e sulla facilità relativa alle operazioni di manutenzione.

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La sovralimentazione nel mondo a due ruote sta vivendo una seconda ‘giovinezza’ dopo il fenomeno degli anni ’80. Nulla di paragonabile in termini di volume rispetto alla controparte a quattro ruote, però, oltre alla Kawasaki Z H2, nell’ultimo periodo sono state pubblicate diverse ipotesi e brevetti da parte delle Case motociclistiche. Nonostante la sua storia ultra centenaria, la Casa statunitense vuole sempre rimanere al passo con i tempi (qui la nostra prova dell’elettrica) e per non farsi trovare impreparata nel prossimo futuro brevetta anch’essa la sua idea di moto sovralimentata. La particolare timbrica e il carattere del bicilindrico sono un tratto distintivo del marchio, per cui dai puristi, la sovralimentazione potrebbe non essere accolta favorevolmente. I tecnici hanno ritenuto che, la scelta tecnica che meglio rispondesse alle esigenze della Casa, sia l’adozione di un compressore volumetrico azionato meccanicamente, da una cinghia come vedremmo dopo nello specifico. Quindi niente turbina azionata dai gas da scarico ma un compressore che metta un po’ di ‘pepe’ in più al ‘V2’ a stelle e strisce.

I COMPRESSORI VOLUMETRICI 

I compressori volumetrici sono caratterizzati da un volume a disposizione del fluido che aumenta gradualmente nella fase di aspirazione per poi diminuire nella vera e propria fase di compressione. La variazione del volume per ogni ciclo del motore determina la cilindrata del compressore. Quest’ultima e la velocità di rotazione del motore influenzano direttamente la portata massica che il motore è in grado di introdurre. Un fattore correttivo di cui occorre tener conto è il coefficiente di riempimento che diminuisce con il crescere della velocità a causa delle maggior perdite di carico all’interno dei condotti. La caratteristica distintiva di queste macchine è che il lavoro di compressione è funzione del salto di pressione in maniera indipendente dal regime di rotazione. Quindi si può ottenere una pressione di mandata elevata anche con basse portate volumetriche e bassi giri motore. Al contrario, per i compressori centrifughi (o dinamici) la pressione cresce con il quadrato della velocità. Quindi a bassi regimi corrisponde anche una spinta di piccola entità. Le macchine con sovralimentazione volumetrica sono caratterizzate da una portata massica quasi proporzionale con il regime di rotazione. La non perfetta linearità dipende, come accennato, dalla diminuzione del coefficiente di riempimento al crescere della velocità. Per queste caratteristiche i compressori volumetrici non mostrano punti di instabilità lungo le curve di funzionamento.

IL BREVETTO

Leggendo con maggior attenzione il brevetto datato febbraio 2021, il vero argomento principale, che si evince fin dal sommario, non è la presenza di un ‘comune’ compressore volumetrico, bensì il suo particolare posizionamento e la possibilità di scorrere su dei binari per regolare la tensione della cinghia che trasmette il moto dall’albero motore al compressore stesso. Viene ribadito all’interno del documento, che lo scopo della sovralimentazione è quello di fornire aria ad una maggior pressione al motore che a sua volta spederà lavoro per mettere in rotazione il compressore. Nella figura 1 viene rappresentata una motocicletta, con tipiche forme ‘cruiser’, ma si lascia aperta la possibilità di adattare tale soluzione ad altre tipologie di motociclette con diverse sovrastrutture, addirittura da fuoristrada. Per quanto riguarda la propulsione e l’accoppiata motore termico e sovralimentazione, si fa riferimento in alternativa a propulsioni ibride con la presenza di un motore elettrico in grado di svolgere il proprio lavoro anche in maniera svincolata da quello termico. Anche per la trasmissione (40) si aprono diversi scenari, infatti alla classica unità con selezione meccanica dei rapporti si può prevedere l’utilizzo di un cambio elettro-meccanico nel quale è comunque richiesta l’azione del guidatore.

Passando alla figura 2 si entra nel cuore del brevetto. Si può notare il compressore volumetrico (64) e del relativo sistema di aspirazione (60) composto da due tubi sovrapposti. Il primo (82) che porta l’aria proveniente dal filtro al compressore e il secondo (80) a valle dello stesso che porta l’aria compressa dentro la camera di combustione. Come si evince dalla figura 3 è possibile prevedere anche un intercooler per raffreddare l’aria in uscita dal compressore, compensando in parte il calo di densità dovuta all’aumento di temperatura ed in generale per migliorare le prestazioni del motore. Particolarità dei due tubi, ingresso e uscita, è di essere rigidi ma telescopici il che permette di potersi spostare lungo il loro asse. Questo, come anticipato nel sommario è necessario per consentire lo scorrimento del sistema. Tubazione rigide con questa disposizione sono state preferiti a soffietti o altri tipi di connessioni flessibili. L’albero motore (46) trasferisce la potenza alla puleggia motrice (96), che attraverso una cinghia, mette in rotazione la condotta (88) che si occupa di azionare il compressore. La catena cinematica composta da pulegge, ma all’occorrenza ingranaggi, permette una diversa velocità di rotazione del motore del compressore. Analogamente a quanto accade per la trasmissione secondaria in cui si cambiano pignone e corona per trovare il corretto accoppiamento motore-cambio, qui cambiando il diametro delle pulegge si trova il miglior accoppiamento tra l’unità termica ed il compressore. Il compressore è posto dietro il cilindro posteriore del V2. Guardando la sagoma delle moto illustrata in figura 1 si nota chiaramente il cambio (40) e la copertura (99) della cinghia. Per compensare il naturale allungamento per usura del materiale della cinghia, il gruppo compressore e relativo sistema di alimentazione possono scorrere longitudinalmente lungo l’asse della moto.  Per entrare nel dettaglio, sono utili le due sezione delle figure 5 e 6 dove si nota sul supporto (100) siano presente due binari paralleli che permettono la traslazione del compressore per ottenere la corretta tensione della cinghia senza dover ricorrere a nessun tendi-cinghia ausiliario. Il collegamento tra la slitta ed il compressore è assicurato dal foro (120) situato nella parte inferiore dello stesso e che si estende perpendicolarmente rispetto all’asse delle pulegge. Al di là di questo dettaglio tecnico, all’interno del brevetto si sottolinea la possibilità di realizzare altri tipi di accoppiamenti meccanici maschio-femmina tali comunque da consentire il movimento del compressore rispetto al basamento del motore (76). All’interno del sistema di scorrimento sono presenti due boccole flangiate in Teflon (o altri materiali simili) per limitare lo scorrimento. La tensione della cinghia è assicurata da due molle elicoidali 136 limitate nello spostamento tra una boccola e l’estremità anteriore del profilo 128. Nel documento si lascia aperta la possibilità di utilizzare altri tipi di molle piuttosto che diversi tipi di meccanismi per applicare la forza necessaria alla corretta tensione della cinghia. In definitiva si può riassumere il funzionamento del brevetto in un sistema atto a garantire un solo grado di libertà (traslazione) tra il compressore ed il motore. Questo è necessario per permettere di avere sempre la corretta tensione della cinghia auto-regolando la distanza tra le due pulegge, la motrice 96 e la condotta 88. Nella figura 6 si vede chiaramente come il compressore volumetrico sia installato attraverso il bullone 140 che si innesta sulla sezione filettata 156 e va a battuta sul distanziale 144. Questo consente sia di precaricare la molla per ottenere la corretta tensione della cinghia sia in fase di manutenzione o assemblaggio di installare la cinghia stessa in maniera più agevole non essendo necessario metterla in tensione per installarla sulla puleggia. Una soluzione alternativa è quella di prevedere un supporto removibile per disaccoppiare il compressore dal motore senza dover intervenire su quest’ultimo. Questa particolare attenzione posta alle operazioni di installazione/manutenzione del compressore senza dover intervenire su altri elementi del motori lasciano intravedere la possibilità che tale brevetto miri alla realizzazione di un componente installabile come ‘parte speciale’ del catalogo accessori. Ulteriore indizio lo si trova nelle ultime righe del documento in cui si puntualizza l’applicazione del compressore alle spalle del cilindro posteriore e comunque fuori dalla spazio offerto all’interno della ‘V’ del propulsore. Non ci resta che aspettare per vedere se il brevetto verrà messo in commercio per il mercato ‘after market’ o direttamente in qualche nuova proposta della Casa statunitense.   

Fonte: https://www.freepatentsonline.com

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