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DRUM CHARGER® IL TURBO SENZA TURBINAAlterEgo Hardware s.r.l. Via della Farnesina 208, 00135 Roma | t +39 06 333 82 07 | f +39 06 33 21 39 06aeh-srl.com | [email protected]

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Il Drum Charger® in un Tweet

IMPULSE DRUM CHARGERIL TURBO SENZA TURBINA

Drum Charger®, il turbo senza turbina. Perfetto per le moto, offre fino al 20%

di potenza in più riducendo nel contempo consumi e rumore.

Vieni a trovarci a EICMA 2016 Pad 6, Stand C44Milano, 8 - 13 Novembre


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AlterEgo Hardware® è una startup italiana, nata ufficialmente nel 2015 ma attiva già dalla fine del decennio precedente. AEH segue un modello all’incrocio tra la classica “engineering”, che industrializza progetti già ben definiti, e il più recente “incubatore” che punta a promuovere la creatività individuale in maniera più libera. AEH si occupa dunque di cercare idee e brevetti con elevato potenziale tecnico e commerciale nell’ambito delle due ruote, di svilupparli portandoli a un livello di maturità adeguato e di promuoverli presso l’industria di settore.

Nel portafoglio di AEH sono presenti decine di brevetti, in parte propri e in parte rappresentati, che costituiscono una ricchezza di idee e soluzioni innovative, ma realistiche, in tutti gli ambiti – motore, telaio, freni, sospensioni, ruote – a cui l’industria può attingere. Il prodotto di punta di AEH è attualmente il Drum Charger®, su cui l’azienda ha deciso di puntare con decisione, mettendo a frutto gli anni di esperienza in materia brevettuale e le relazioni industriali costituite nel frattempo. Il Drum Charger® costituisce una tecnologia “di rottura” con la quale AEH punta a entrare nel settore della componentistica di primo equipaggiamento, da sola o attraverso joint-ventures con aziende già attive in questo ambito. alterego-hardware.com

AlterEgo Hardware, Impulse Drum Charger e i relativi loghi sono marchi registrati a livello internazionale.

ALTEREGO HARDWARE


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IL DRUM CHARGER® IN PILLOLE

Che cos’è il Drum Charger®?Il Drum Charger® è il primo sistema di sovralimentazione specificamente concepito per le basse cilindrate e il basso costo di impianto. La sua applicazione naturale sono i motori motociclistici.

Come funziona?Il sistema è composto da una scatola discoidale in plastica, contenente una membrana in fibra composita che la divide in due camere. Una camera è collegata con un condotto cieco alla linea di scarico subito a valle della testa (camera calda), l’altra alla linea di aspirazione (camera fredda). Le onde di pressione che si propagano nel condotto di scarico a ogni apertura delle valvole di scarico spingono la membrana, riducendo il volume della camera fredda e comprimendo l’aria, che viene inviata all’airbox attraverso un sistema di valvole di non ritorno. Terminata la corsa, una molla richiama la membrana e il ciclo ricomincia. In pratica l’energia dei gas di scarico viene in parte trasferita all’aria fresca, senza che vi sia mescolamento.

Quali sono le sue applicazioni?Il Drum Charger® è un sistema puramente meccanico, automaticamente sincronizzato con il motore e senza bisogno di gestione elettronica. Si applica a motori di qualunque tecnologia: Otto o Diesel, aspirati o già sovralimentati (per eliminare il turbo-lag), a iniezione elettronica o a carburatore, 4T o 2T.

A chi si rivolge?Il Drum Charger® tipicamente aumenta la potenza, e richiede quindi una nuova omologazione del veicolo. Per questo si rivolge essenzialmente ai produttori di motori, siano questi Case motociclistiche o fornitori indipendenti (anche per ATV, trattorini, aerei ultraleggeri e applicazioni similari). L’applicazione retrofit con un componente aftermarket, tecnicamente semplice, è in fase di valutazione.

Quali sono i concorrenti?Nel mercato automotive, la concorrenza è rappresentata dai sistemi di sovralimentazione tradizionali: turbocompressore e compressore volumetrico, che possono generare pressioni più alte, ma con costi e complessità impiantistica nettamente superiori. Non esistono al momento tecnologie che possano garantire un rapporto prestazione/costo nemmeno lontanamente paragonabile, in particolare in campo motociclistico. L’unica vera concorrenza può venire da soluzioni completamente diverse – ad esempio un incremento della cilindrata – che non apportano però tutti i vantaggi del Drum Charger® in termini di aumento del rendimento, riduzione dei consumi, riduzione del rumore, regolarizzazione della curva di erogazione e via dicendo. Un motore “Drum Charged”, infatti, mantiene i pesi, le inerzie e le perdite per attriti e pompaggio del motore originario, ma diventa equivalente a un motore di cilindrata superiore in termini di prestazioni.

L’aumento dell’efficienzaNei test al banco su motori di produzione, il Drum Charger® ha mostrato un potenziale di aumento del rendimento nell’ordine del 15-20%. Questo miglioramento è a disposizione dei motoristi, che possono decidere di “spenderlo” a seconda delle loro necessità per avere più coppia e potenza su tutto l’arco di erogazione, minori consumi, o una combinazione di questi obiettivi.

Il rispamio di carburanteIl risparmio di carburante, che può andare all’incirca dal 10% al 30% in condizioni reali, è legato a:

• l’aumento del rendimento e la minore incidenza delle perdite di pompaggio;

• il possibile “downspeeding” (la riduzione della velocità di rotazione del propulsore a parità di condizioni, allungando i rapporti grazie alla maggior coppia).

La riduzione dei consumi è uno dei capisaldi del progetto Drum Charger®, per riallineare il mondo motociclistico ai progressi fatti dalle automobili negli ultimi 10 anni.

Il layout sul veicoloIl posizionamento del Drum Charger® sul veicolo (moto o scooter) ne costituisce l’unico aspetto critico. In quanto macchina volumetrica, il Drum Charger® ha bisogno di spostare un certo volume d’aria, e la corsa necessariamente limitata della membrana fa sì che per spostare un volume d’aria adeguato si debba ricorrere a diametri relativamente elevati. Attualmente la gamma prevede sistemi di diametro da 220 a 270 mm, in configurazione singola o doppia (due Drum Charger affiancati e azionati da una singola linea di scarico, oppure una singola uscita dell’aria azionata da due linee di scarico) e con posizione dei condotti variabile a seconda delle esigenze. Lo spessore del singolo Drum è di 37 mm. La distanza dalla testa è di 60-80 cm per consentire l’instaurarsi della “barriera termica” che contiene la temperatura di esercizio del sistema attorno ai 50 °C. La collocazione sul veicolo è legata alle caratteristiche ciclistiche e tecniche, oltre che naturalmente all’estro dei designer.

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I benefici collateraliVa ricordato che il sistema pesa circa un 1 kg (a cui vanno sommati i condotti lato caldo e lato freddo) ma che può consentire di ridurre, o al limite eliminare del tutto, l’airbox, oltre che di realizzare un silenziatore più piccolo (compensando il suo peso) grazie alla riduzione del rumore di scarico legata all’assorbimento di energia dai gas combusti.

Alta tecnologia, basso costoNon esistono sul mercato sistemi in grado di offrire la stessa combinazione di vantaggi del Drum Charger®: maggior coppia, maggior regolarità di erogazione, miglior rendimento, minori consumi, minor rumorosità di scarico, con un sistema di semplice installazione, che non richiede in prima battuta regolazioni di sorta (fasatura, anticipo e via dicendo possono restare quelli di partenza) e a un costo impareggiabile.

Il Drum Charger® non ti lascia a piediIl Drum Charger® è un sistema completamente meccanico, automaticamente sincronizzato col motore, esente da manutenzione. Il vapor acqueo normalmente contenuto nei gas di scarico tende a condensare sul lato “caldo” della membrana vibrante e le goccioline d’acqua lavano i residui della combustione, per cui la membrana è “auto-pulente”. In caso di rottura, un sensore comunica il problema alla centralina, ma il motore continua a funzionare senza problemi: semplicemente viene meno la sovralimentazione. È poi sufficiente rimpiazzare il componente, operazione priva di difficoltà e alla portata di qualunque meccanico. Anche il costo del ricambio e dell’intervento resta alla portata di tutte le tasche (a differenza di quanto avviene con un turbo).

Il turbo 2.0Pur essendo al 100% meccanico, e lontanissimo dal mondo dell’IT, il Drum Charger® è davvero un “Turbo 2.0”, che elimina alla radice tutti i difetti del classico turbo. Non raggiunge le stesse prestazioni, ma porta comunque una lunga serie di benefici: permette di “rivitalizzare” motori di piccola e media cilindrata, rendendo più briosi e interessanti i veicoli che ne sono dotati; abbassa i consumi e quindi i costi di esercizio; migliora la combustione e riduce il rumore, agevolando così il superamento delle attuali e future normative di omologazione (Euro4, Euro5). È perfetto per gli scooter e le recenti moto di media cilindrata, oltre che per dar vita a una nuova generazione di veicoli ancora da immaginare: moto e scooter 2.0, dotati di sovralimentazione 2.0.

IL DRUM CHARGER® IN PILLOLE


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L’OCCASIONE PERSA

La “respirazione” di un motore è una sua caratteristica fondamentale, al punto che il più fondamentale dei parametri usati per classificare i motori è proprio la cilindrata, ovvero la “capacità polmonare”. Il movimento alterno del pistone, combinato con le caratteristiche della distribuzione (fasatura, ampiezza delle luci, permeabilità dei condotti, eccetera), determina il quantitativo d’aria che può essere aspirato e introdotto nella camera di combustione. Da questo quantitativo dipendono fondamentalmente le prestazioni del motore: potenza disponibile, efficienza della combustione, quindi pulizia dei gas di scarico, e via dicendo.

A causa della fondamentale importanza del quantitativo d’aria disponibile al motore e delle sue caratteristiche, i sistemi di sovralimentazione sono nati praticamente insieme al motore, fin dalla seconda metà dell’Ottocento, con l‘idea di aumentare “artificialmente” la capacità del motore di aspirare aria. Sui veicoli terrestri questo aiutava ad avere più coppia motrice nonostante i bassissimi rendimenti dei motori di quel periodo, mentre in ambito aeronautico permetteva di ovviare al naturale calo della densità dell’aria in quota. Se aspirare aria meno densa era come avere una cilindrata inferiore, la sovralimentazione contribuiva a risollevare (letteralmente) le prestazioni dei motori in volo.

Altrettanto presto si è affermato, come modo più efficace per aumentare la portata d’aria aspirata da un motore, quello di impiegare compressori di tipo rotante, compatti e dalle buone prestazioni. Si sono imposti due filoni tecnici: i compressori azionati dal motore stesso tramite ingranaggi o cinghie (sovralimentazione meccanica) e i compressori azionati dai gas di scarico attraverso un’altra macchina rotante, una turbina (turbosovralimentazione).

Dopo l’effimero “boom” per applicazioni sportive negli anni Ottanta, la attuale richiesta di maggiore efficienza dei motori con l’obiettivo di ridurre emissioni inquinanti, consumi e rumorosità ha riportato in auge la sovralimentazione, e in particolar modo la turbosovralimentazione. Questa permette in modo abbastanza naturale di ottenere aumenti di efficienza, dal momento che l’energia richiesta per comprimere l’aria in aspirazione non viene sottratta al motore, come nella sovralimentazione meccanica, ma recuperata dall’energia dei gas di scarico con i quali verrebbe altrimenti gettata via. Allo stesso tempo, sottrarre energia ai gas di scarico li rende più freddi e più lenti, facilitando il lavoro all’impianto di scarico e riducendo tendenzialmente il rumore.

La sovralimentazione permette di realizzare motori che respirano come motori di cilindrata maggiore, mantenendo però le inferiori perdite per attrito e per pompaggio legate alla loro minore cilindrata. Su questo principio, indicato di solito con il termine inglese “downsizing”, si basano largamente le scelte tecniche dei motoristi di questo decennio, impegnati a rispettare gli impegnativi vincoli imposti soprattutto dall’Unione Europea per il 2020 (emissioni di CO2 medie sull’intera gamma di 95 g/km, pari a un consumo di 24,4 km/l, contro la media di 130 g/km – 17,8 km/l in vigore dal 2012). Il downsizing tramite sovralimentazione è infatti uno dei tre capisaldi della tecnologia motoristica recente, insieme all’ibridizzazione più o meno spinta e alle trasmissioni “intelligenti”.

Per rendersene conto basta guardare l’evoluzione dell’offerta nei listini delle Case automobilistiche. Prendiamo tre vetture di larga diffusione, diverse per provenienza e categoria: una city car italiana (Fiat Panda), una vettura francese da famiglia o da viaggio (Renault Espace) e una sportiva tedesca (Porsche Boxster). Tutte sono in listino da oltre quindici anni e consentono di analizzare l’evoluzione dell’offerta di motori. Nei grafici seguenti abbiamo riportato la cilindrata media dei propulsori a benzina (escludiamo i Diesel per poter completare l’analogia con le moto).


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Il downsizing è evidentissimo, senza parlare della riduzione del numero di cilindri (la Panda torna ad avere motori bicilindrici dopo un quindicennio di quattro cilindri, la Espace abbandona il V6 per il 4 in linea e la Boxster rinuncia allo storico frazionamento a 6 cilindri in favore di 4 cilindri). Questa riduzione è alla base della riduzione dei consumi omologati: motori più piccoli sono generalmente più leggeri ed efficienti, e a fornire le prestazioni che servono ci pensa la sovralimentazione.

In campo moto, però, niente di tutto questo è successo, e anzi il trend delle cilindrate resta crescente. Prendiamo ad esempio altri tre veicoli rappresentativi: uno scooter di media cilindrata di larga diffusione (Piaggio Beverly), una supersportiva (Ducati della serie SBK) e l’entrofuoristrada best seller dell’ultimo decennio (BMW R GS). Sono anche in questo caso veicoli presenti a listino da molti anni e che consentono di analizzare l’evoluzione dell’offerta. Prendiamo per il Beverly la media delle cilindrate a listino, per gli altri modelli solo quelli a cilindrata “piena”; per entrambi esistono versioni di cilindrata ridotta, che seguono comunque lo stesso andamento.

Non c’è traccia di downsizing, ma non perché i tecnici del campo moto non vogliano farvi ricorso. Semplicemente, non esistono opzioni adatte alle moto.

L’OCCASIONE PERSA

Il motivo è che l’abbinamento di una macchina alternativa come il motore a una macchina rotante è a dir poco problematico. Soprattutto se parliamo di un turbocompressore, composto a sua volta da due macchine rotanti (turbina e compressore). La turbina, immersa nei gas di scarico roventi (oltre 800 °C) richiede materiali speciali e molto costosi, anche per resistere alle enormi forze centrifughe a cui è sottoposta: per essere efficienti, le giranti devono ruotare ben oltre i 100.000 giri/min, il che ne rende critica anche la lubrificazione. Non solo: il loro campo di funzionamento ideale è piuttosto ristretto, il che obbliga a “tagliare fuori” il turbocompressore sia ai regimi troppo bassi che a quelli troppo alti attraverso valvole dedicate, come la valvola waste-gate e la valvola di pop-off.

Inoltre, gli elevati rapporti di compressione di cui questi sistemi sono capaci obbligano a raffreddare l’aria dopo che questa è stata compressa, per evitare da un lato di perdere effetto utile (l’aria calda è meno densa e quindi si perde capacità respiratoria) e dall’altro di incorrere in inneschi non voluti della combustione a causa dell’alta temperatura in camera (detonazione). Per questo è necessario raffreddare l’aria prima di immetterla in camera, attraverso un ulteriore componente chiamato intercooler. Ancora, la gestione del gruppo rotante comporta di ricorrere a una sofisticata elettronica di controllo, che cerca di limitare i problemi legati al difficile abbinamento tra macchina alternativa e macchina rotante, come i tipici ritardo (turbo-lag) e poi “calcio nella schiena” all’ingresso del turbo o l’eccesso di pressione in rilascio, tutte cose fastidiose su un’auto ma addirittura pericolose su una moto. Per questo i progettisti delle due ruote hanno rinunciato quasi subito al turbocompressore; ma anche il ricorso al compressore meccanico, che di questi problemi soffre in misura molto minore, è stato sporadico e fondamentalmente limitato a due esempi negli ultimi 20 anni: il Peugeot Jet Force e la Kawasaki H2. Restano in ogni caso gli alti costi per i componenti aggiuntivi (meccanici ed elettronici) e per la loro collocazione (costi di impianto); senza contare la manutenzione e i costi per l’eventuale sostituzione.


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L’OPPORTUNITÀ CHE NON C’ERA | LA STORIA

Nessuna grande azienda è sembrata seriamente intenzionata a lavorare per colmare il vuoto tecnico relativo alla sovralimentazione sui motori di bassa cilindrata e ridotto numero di cilindri. Questo perché nessuna tecnologia sembrava in grado di risolvere tutti i limiti legati a costi, complessità, temperature di esercizio dei sistemi di sovralimentazione tradizionali, e sembravano non esistere strade percorribili per arrivare a una soluzione competitiva dal punto di vista industriale.

Dall’inizio degli anni 2010 AlterEgo Hardware opera nel campo dell’innovazione diffusa, cercando idee e brevetti da sviluppare e promuovere presso le aziende più idonee; nel 2015 scopre un interessante brevetto per un sistema di sovralimentazione a basso costo e riesce ad acquisirne i diritti esclusivi di produzione e commercializzazione per il settore delle due ruote.

Gli “ingredienti” che rendono particolarmente interessante questa soluzione sono tre:

• sovralimenta tramite una macchina volumetrica e non rotante (sostanzialmente, una pompa) per evitare i problemi di accoppiamento e potenzialmente eliminare la gestione elettronica;

• posiziona la macchina lontano dalla testa per limitare la temperatura di esercizio, semplificando la scelta dei materiali (possibilmente plastica) e evitando di dover ricorrere all’intercooler;

• sfrutta energia “gratis”, ovvero quella dei gas di scarico, come il turbocompressore.

Nelle intenzioni, questo è il sistema più semplice e affidabile che sia possibile concepire: una membrana messa in movimento dalle onde di pressione dei gas di scarico (in particolare dagli impulsi che si susseguono nel condotto di scarico all’apertura delle valvole di scarico) e che dal lato opposto pompa aria nel condotto di aspirazione. Il prototipo del sistema, applicato a un piccolo cogeneratore da 200 cc, ottiene una riduzione dei consumi vicina al 20%.

L’applicazione naturale sembra subito però essere sulle moto, in particolare quelle di piccola cilindrata. Vengono eseguiti calcoli per verificare fino a quale regime il sistema resti efficace, che sembrano escludere problemi fino ad almeno 10.000 giri/min. Viene realizzato un secondo prototipo montato su una MZ 125 (a carburatore!), trovando una curva di coppia decisamente più piena e potendo di conseguenza allungare il rapporto finale. Il risultato di queste modifiche è un miglioramento dei consumi dell’ordine del 25%, nonostante un motore più corposo, brillante e silenzioso.


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L’OPPORTUNITA CHE NON CA | IL DRUM CHARGER®

Acquisita la licenza mondiale per il settore delle due ruote, AlterEgo Hardware inizia immediatamente una estesa serie di test (al banco, su strada, numerici) per portare l’idea dal laboratorio alla produzione di serie. Una sequenza di versioni prototipali, dalle prestazioni e dall’affidabilità continuamente migliorate, permette di arrivare a quella che è l’attuale gamma del sistema, battezzato “Impulse Drum Charger” (ovvero “sistema di sovralimentazione a tamburo azionato da impulsi”) o più semplicemente Drum Charger. Con la sua camera cilindrica e la membrana al suo interno, ricorda infatti un tamburo, in cui le pulsazioni di pressione nel condotto di scarico sono le “bacchette” che mettono in vibrazione la membrana. La speciale costruzione consente comunque alla membrana di compiere un movimento molto maggiore rispetto a un tamburo, in modo da sposare un buon volume d’aria che viene poi inviato all’airbox, aumentando la sua pressione fino a quando la successiva fase di aspirazione prende l’avvio.

L’aspetto straordinario del Drum Charger è la naturalezza con cui si integra sui motori esistenti. Progettato per non richiedere interventi sul motore, ha mostrato la capacità di migliorare le caratteristiche del motore dal primo istante in cui viene montato. Variazioni nel diagramma di distribuzione o nella calibrazione dell’iniezione possono portare a ulteriori miglioramenti, ma di base basta installarlo (rispettando le specifiche sui condotti di immissione ed emissione) e lui funziona. Anche nei motori monocilindrici, le cui forti fluttuazioni di pressione nel condotto di scarico rendono problematica l’adozione del turbo, il Drum Charger dà il meglio di sé rendendo decisamente più regolare l’erogazione ed estendendo l’arco di utilizzo.

Questo avviene perché il Drum Charger è come detto a sua volta una macchina alternativa, che si sintonizza spontaneamente sulla frequenza del cilindro del quale è al servizio, e perché agisce sulla respirazione che come detto è al cuore del funzionamento di qualunque propulsore. L’aumento dell’aria disponibile (comburente) e della sua pressione consente di migliorare quasi automaticamente le prestazioni del motore: soprattutto se la sua gestione è elettronica (iniezione), e la sonda lambda adegua la quantità di benzina inviata in camera di combustione in base alla quantità di aria effettivamente aspirata.

Il segreto del Drum Charger è quindi la sua capacità di aumentare la pressione dell’aria in ingresso nella camera di combustione, senza assorbire energia dal motore (come farebbe un compressore trascinato da cinghia) ma sfruttando parte dell’energia contenuta nei gas di scarico, che il motore “butterebbe via”.

I gas di scarico arrivano al Drum Charger attraverso una diramazione dal condotto di scarico, appena dopo l’uscita dalla testa. Non attraversano il Drum, come farebbero in un turbocompressore, ma si limitano a cedere energia alla membrana, come se “bussassero”. Il ramo che conduce alla membrana è infatti cieco, e la colonna di gas in uscita continua a percorrere normalmente il condotto di scarico: semplicemente lo fa dopo aver ceduto una parte della sua energia alla membrana (e quindi all’aria dall’altro lato, che viene compressa) sotto forma di onde di pressione. Il treno degli impulsi di pressione preme la membrana, che viene riportata nella sua posizione originale da una molla. La fase delle onde di pressione è determinante per il corretto funzionamento, per cui la geometria dei tubi viene calcolata caso per caso, in modo similare a quanto avviene nelle espansioni dei motori 2T.

Anche la temperatura del sistema è come detto cruciale: per questo viene accuratamente calcolata anche la distanza alla quale i gas nel condotto diventano abbastanza freddi da non richiedere materiali speciali: una volta riempita la diramazione, infatti, i gas restano stazionari al suo interno e fanno da isolante termico.

Inoltre i gas, cedendo parte della loro energia al sistema, arrivano allo scarico più freddi e più lenti, come avviene in un turbo. Di conseguenza il motore così sovralimentato può essere più silenzioso (fino a 1,5 dB in meno dell’originale) e il lavoro dell’impianto di scarico, in particolare del silenziatore, è più semplice. Dal punto di vista delle emissioni inquinanti, la disponibilità di più aria, a una pressione più alta, permette di ottenere una combustione più completa e più pulita (potendo ad esempio avere più tumble in camera di combustione).

Il Drum Charger può inoltre essere applicato come supporto di un turbo classico, in modo da coprire la fascia dei bassi regimi dove il turbo non è attivo e attenuare così il turbo-lag, ancora evidente soprattutto nei motori automobilistici, benzina o Diesel, di bassa cilindrata.

L’OPPORTUNITÀ CHE NON C’ERA


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L’OPPORTUNITA CHE NON CA | LE PRESTAZIONI

Nella sua configurazione attuale, il Drum Charger può raggiungere circa 0,3 bar di sovralimentazione: valori ridotti rispetto a un turbo, ma sufficienti per ottenere miglioramenti su tre fronti.

1. Maggiori prestazioni in termini di coppia e potenza, in particolare ai bassi regimi dove molti motori di piccola e media cilindrata sono carenti.

2. Maggiore efficienza del propulsore (grazie al recupero di energia dai gas di scarico e al miglioramento della combustione), quindi minori consumi.

3. Maggior facilità nel superare i parametri di omologazione presenti e futuri grazie alla migliore combustione (che comporta minori emissioni) e alla riduzione del rumore di scarico.

Il turbo è apprezzato per le sue molte qualità, a partire dalla sua capacità di trasferire energia dai gas di scarico all’aria in ingresso; la turbina, come abbiamo visto, costituisce però al tempo stesso il suo maggior difetto. Il Drum Charger ha tutte le positive caratteristiche del turbo ma non sfrutta una turbina. Questo determina enormi differenze non solo dal lato tecnico, ma anche da quello pratico: a differenza del turbo, il Drum Charger è sempre “sincronizzato” con il cilindro con il quale lavora: di conseguenza il motore sovralimentato ha caratteristiche di erogazione esattamente pari a quelle di un motore di cilindrata maggiore. Non servono sistemi per gestire l’eccesso o il difetto di pressione nei condotti (pop-off, waste-gate) né la relativa elettronica di controllo, e l’erogazione è “dolce”, o comunque la curva di coppia riprende quella del motore di partenza, ma è più ricca e più regolare. In tutti i casi, il miglioramento va dal 15% al 25% a seconda dell’applicazione: questo dicono le misure sui primi prototipi, ma con ogni probabilità il sistema ha le potenzialità per andare ancora oltre.

Tutto questo avviene con un sistema progettato per essere il più semplice possibile: può essere integralmente realizzato in materiale plastico, non richiede interventi sul motore a parte i condotti lato aspirazione e lato scarico, non richiede componenti di impianto supplementari come l’intercooler e non richiede nemmeno elettronica di controllo (è previsto solo un sensore che segnala alla centralina eventuali malfunzionamenti). Il suo costo è di conseguenza circa un decimo rispetto al costo di un turbo, il che cambia completamente i parametri dell’equazione e può rendere la sovralimentazione conveniente anche in casi in cui finora non era mai stata presa in considerazione, come appunto sulle moto.

Il sistema è inoltre esente da manutenzione, viene fornito sigillato e può essere eventualmente sostituito a fine vita utile, grazie al suo costo ridotto e alla sua semplicità di installazione.

I punti deboli di questa tecnologia sono essenzialmente costituiti dagli ingombri. In quanto macchina non rotante ma volumetrica, il Drum Charger ha bisogno di “spostare aria” fisicamente, e dato che la corsa della membrana vibrante è necessariamente limitata, serve un diametro piuttosto elevato. Le versioni attuali producono circa 400 cm3 di volume di pompaggio con un sistema discoidale di diametro 220 mm e spessore 70 mm; la cilindrata che si può sovralimentare con questo volume raggiunge i 125-150 cc. Per cilindrate maggiori o numero maggiore di cilindri occorre ricorrere a membrane più grandi, o a IDC doppi, in cui i gas di scarico di un singolo cilindro mettono in vibrazione due membrane affacciate. Tali versioni sono già presenti nella gamma AlterEgo; il range di applicazioni atteso va da 125 a 800 cm3 circa.

Si tratta di ingombri sicuramente più importanti rispetto a un compressore o a un turbo, ma va ricordato che tutto quello che serve all’IDC è contenuto nell’IDC stesso: niente cinghie, niente giranti, niente valvole di controllo, niente azionamenti, niente centralina; addirittura in molte applicazioni è possibile integrare un filtro aria sulla periferia dell’IDC e fare a meno dell’airbox, sostituendolo integralmente con il Drum.



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L’OPPORTUNITA CHE NON CA | LO SVILUPPO

A partire dall’acquisizione della licenza mondiale per la commercializzazione di questa tecnologia, AlterEgo Hardware ha dato il via a un lungo lavoro di sviluppo e messa a punto che ha coinvolto tutti gli aspetti, fra i quali:

• la ricerca dei materiali e dei fornitori migliori per realizzare tutte le parti del sistema (carter e membrana vibrante);

• il design di sistema, per migliorarne l’efficienza fluidodinamica e la portata, riducendo al contempo peso e dimensioni;

• la verifica della durata nel tempo, per raggiungere gli elevati requisiti di affidabilità previsti dagli standard automotive;

• lo studio approfondito del comportamento del componente, anche attraverso la realizzazione di modelli per la simulazione numerica;

• l’analisi al banco delle prestazioni e delle potenzialità del componente, con e senza interventi sul motore;

• le prove su strada per verificare gli effettivi miglioramenti in termini di “rideability”;

• la presentazione della tecnologia ai più importanti costruttori e motoristi del settore motociclistico in Europa, e la raccolta di feedback da parte loro;

• le potenzialità di sviluppo futuro.



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Oggi il Drum Charger è una realtà, declinata in numerose varianti a seconda della cilindrata, del frazionamento e del regime massimo del motore, e delle esigenze di progetto (incremento della coppia, riduzione dei consumi, riduzione delle emissioni, eccetera).

AlterEgo Hardware sta lavorando per portare in serie questa tecnologia il più presto possibile. I suoi benefici sono tangibili e alcuni costruttori hanno già espresso un interesse concreto. Il 2017 sarà dedicato alla messa a punto finale del sistema e del suo processo produttivo, mentre le prime applicazioni potrebbero essere su strada nel 2018. Fino ad allora… stay charged!


L’OPPORTUNITA CHE NON CA | LA SHOW BIKE DI EICMA: KTM RC 390 DRUM CHARGER®

Allo stand AlterEgo Hardware di Eicma è esposta la KTM RC 390 Drum Charged, una delle moto laboratorio utilizzate nello sviluppo di questa tecnologia. Dotata di due IDC270S.16 (cfr. sezione 4), ha ottenuto senza alcuna modifica alla carburazione né alla fasatura un aumento di coppia e potenza del 15%, con un contestuale aumento dell’efficienza. In particolare la curva di erogazione appare decisamente più regolare e più piena, soprattutto ai bassi regimi: la frenatura è possibile a un regime più basso, mentre l’allungo migliora. Il motore è dunque più potente, ma anche più regolare e sfruttabile.

L’attività su questo motore è peraltro solo alle fasi iniziali, e si prevede che ci sia margine per migliorare le prestazioni, anche utilizzando versioni di Drum Charger più piccole.


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QUADRO SINOTTICO – TECNOLOGIE CONCORRENTI Tabelle comparative, tecnologie di sovralimentazione

TECNOLOGIA (produttori) PRO CONTRO

Turbo-compressore(Bosch, Borg Warner, KKK, IHI Mitsubishi, Honeywell)

Aumento del rendimento

Elevate prestazioni

Tecnologia affermata

Layout compatto

Riduzione del rumore

Adatto alle cilindrate medio-alte

Alta temperature di funzionamento

Riscalda l’aria in ingresso

Materiali high-tech

Elettronica indispensabile

Lubrificazione indispensabile

Turbo-lag

Componenti supplementari (intercooler, waste-gate, pop-off,…)

Non adatto o non conveniente sotto i 600 cc

Non adatto ai motori monocilindrici

Compressore volumetrico(Eaton, Paxton, Rotrex, Powerdyne, ATI, Vortech, Lysholm)

Elevate prestazioni

Tecnologia affermata

Adatto ad ogni cilindrata

No turbo-lag

Riduzione del rendimento (assorbe potenza dal motore)

Riscalda l’aria in ingresso

Installazione complessa (cinghie, catene, frizioni)

Lubrificazione indispensabile

Componenti supplementari (intercooler,…)

Rumore di aspirazione

Drum Charger®

(AEH)Aumento del rendimento

No turbo-lag

Incremento lineare di coppia

Aumento di potenza a tutti i regimi

Elettronica non necessaria (Sistema passivo, auto-regolante)

Costi estremamente bassi

Adatto alle basse cilindrate

Adatto ai motori monocilindrici

Nessuna lubrificazione

Nessuna manutenzione

Vincoli di ingombro e disposizione

Poco adatto a cilindrate unitarie elevate

Effetto di sovralimentazione limitato (sovrappressioni raggiungibili)

Limitazione nel regime massimo (10.000 rpm)


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PUNTI DI FORZA TECNICI TURBO-COMPRESSORE COMPRESSORE VOLUMETRICO DRUM CHARGER®

Alte pressioni di sovralimentazione

✔ ✔

Layout compatto ✔ (possibile)

✔(possibile)

Aumento dell’efficienza ✔ ✔

Funzionamento a bassa temperatura ✔ ✔

Separazione gas di scarico – gas freschi ✔ ✔ ✔

Riscaldamento trascurabile dell’aria aspirate ✔

Risposta dinamica ai bassi (no turbo-lag) ✔ (modesta)

✔

Gestione elettronica non necessaria ✔

Materiali di impiego comune ✔ ✔

Bassi costi di installazione ✔

Assenza di manutenzione ✔

IL PUNTO DI VISTA DEL MOTORISTA IN PILLOLE


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LA GAMMA

VERSIONE CARATTERISTICHE APPLICAZIONE

IDC220S.16 Membrana singola, diametro 220 mm Cilindrate unitarie fino a 150 cc

IDC220D.16 Membrana doppia, diametro 220 mm Cilindrate unitarie fino a 250 cc

IDC270S.16 Membrana singola, diametro 270 mm Cilindrate unitarie fino a 300 cc

IDC270D.16 Membrana doppia, diametro 270 mm Cilindrate unitarie fino a 400 cc

Tutti i modelli sono disponibili con numerose configurazioni per i condotti di ingresso e uscita dell’aria fresca. I modelli “D” hanno anche la possibilità di essere configurati con ingresso gas centrale (condotto singolo) o esterno (doppio condotto).

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