Progettazione di un sistema d’analisi della combustione e dei fenomeni dinamici per un motore ad alte prestazioni di Formula SAE

This document will deal with the work that led to the creation of a system for measuring and acquiring the pressure waves generated in the intake and the pressure in the combustion chamber of a single-cylinder KTM LC4 engine. This propulsion system is equipped on the Formula SAE car, the P4 Evoluzione, of the Polimarche Racing Team. The objectives of this discussion are mainly two. First of all, we want to observe the dynamic effects that occur and are generated during the suction stroke. Observing this phenomenon closely can first of all be useful for the validation of one-dimensional models, then, certainly more, it can help to better evaluate parameters, such as geometries and / or advances, in order to increase the filling coefficient and therefore increase the performance of the engine. Secondly, we want to carry out a combustion analysis. This type of analysis is mainly based on the observation of the pressure trace inside the cylinder. This kind of observations is able to help in the calibration of the engine, or in the study of multiple parameters, including the ignition timing, in the understanding of the design principles, in the validation of the models, this aspect is fundamental during static events in race, and engine diagnostics, for example, it will be possible to monitor harmful phenomena such as knocking. The discussion will start by analyzing in detail the phenomena to be observed. We will then proceed with the design phase of the measurement system: choice of sensors and their positioning. Subsequently, with the help of the LabVIEW software, we will try to create the program that will allow you to proceed with the measurements that will then be collected and processed, so as to have a more detailed analysis of the phenomena. The discussion will conclude with considerations on all the work done.

In questo documento verrà trattato il lavoro che ha portato alla realizzazione di un sistema di misurazione e acquisizione delle onde di pressione che si generano in aspirazione e della pressione in camera di combustione di un motore monocilindrico KTM LC4. Tale sistema propulsivo è equipaggiato sulla vettura di Formula SAE, la P4 Evoluzione, del Polimarche Racing Team. Gli obiettivi di questa trattazione sono principalmente due. In primo luogo, si vogliono osservare gli effetti dinamici che avvengono si generano durante la corsa di aspirazione. Osservare da vicino questo fenomeno può essere innanzitutto utile per la validazione dei modelli monodimensionali, poi, aspetto sicuramente più, può essere d’aiuto per valutare meglio parametri, come geometrie e/o anticipi, al fine di maggiorare il coefficiente di riempimento e dunque aumentare il rendimento del motore. In secondo luogo, si vuole effettuare un’analisi della combustione. Questo tipo di analisi si basa principalmente sull’osservazione della traccia della pressione all’interno del cilindro. Questo genere di osservazioni è in grado di aiutare nella calibrazione del motore, ovvero nello studio di molteplici parametri, tra i quali l’ignition timing, nella comprensione dei principi di progettazione, nella validazione dei modelli, questo aspetto è fondamentale durante gli eventi statici in gara, e la diagnostica del motore, per esempio sarà possibile monitorare fenomeni dannosi come quello del battito in testa. La trattazione sarà avviata analizzando nel dettaglio i fenomeni che si vogliono osservare. Si procederà poi con la fase progettuale del sistema di misurazione: scelta dei sensori e il loro posizionamento. Successivamente, con l’aiuto del software LabVIEW si cercherà di realizzare il programma che permetterà di procedere con le misurazioni che saranno poi raccolte e processate, così da avere un’analisi più dettagliata dei fenomeni. La trattazione si concluderà con delle considerazioni su tutto il lavoro svolto.