Studente AGOSTINELLI, ENRICO
Facoltà/Dipartimento Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche
Corso di studio INGEGNERIA MECCANICA
Anno Accademico 2020
Data dell'esame finale 2021-07-20
Titolo italiano Ottimizzazione della fasatura di distribuzione di un motore per competizioni Formula SAE
Titolo inglese Valve lift profile optimization of a Formula SAE racing engine
Abstract in italiano Questo progetto di tesi, mirato alla progettazione di un nuovo asse a camme per una vettura da competizione, si è articolato in due fasi: prima una progettazione prestazionale, e quindi in termini fluidodinamici, e successivamente una verifica meccanica. L’ottimizzazione fluidodinamica è passata attraverso l’uso della simulazione 3D RANS per determinare i coefficienti di efflusso allo scarico, la creazione di un modello 1D, l’introduzione nello stesso degli opportuni coefficienti caratteristici e di calibrazione, e infine l’implementazione di un algoritmo di ottimizzazione genetico, il NSGA-III. Da questo processo si sono ottenuti i nuovi profili di alzata pensati per massimizzare le performances. Questa ottimizzazione ha portato ad un incremento importante della coppia e potenza a medi e bassi regimi, tuttavia la potenza agli alti regimi rimane limitata dalla presenza del restrittore. Il regime di massima potenza si è spostato da 7000 a 6500rpm, regime in cui si è ottenuto un incremento di 7 cv. Il picco di potenza calcolato è di 79cv al pignone, 90cv all’albero; mentre la coppia massima sale di circa 10Nm con 95Nm di picco al pignone e 105Nm all’albero. Con questa nuova configurazione si è ridotto quasi completamente il riflusso dei gas di scarico verso il collettore di aspirazione (presente a causa del differenziale negativo di pressione legato alla turbosovralimentazione), ed il coefficiente di riempimento è arrivato vicino al valore ideale considerando le condizioni di sovralimentazione. La verifica meccanica si è concentrata sul profilo di aspirazione, essendo quello che ha subito un restringimento della durata e dunque un incremento nelle accelerazioni cinematiche. L’approccio per la verifica è stato di tipo quasi-dinamico, andando dunque a trascurare i fenomeni di risonanza modale. Questo approccio è giustificato dal fatto che si sta ottimizzando un profilo preesistente già perfettamente funzionante, e che il profilo finale sarà ottenuto a somiglianza di quest’ultimo (copiandone ad esempio le parti iniziale e finale in cui avviene il contatto ed il distacco della valvola dal rocker). Questo garantisce una certa somiglianza in termini di vibrazioni considerando che i principali fattori modali rimangono gli stessi (masse, regimi, urti dovuti al gioco valvola). L’analisi quasi-dinamica ha dunque tenuto in considerazione due aspetti importanti per l’affidabilità del sistema: lo Spring Margin ed il carico radiale sulla rotella del rocker. Per quanto riguarda il primo, è un indice che definisce se il potenziale elastico della molla è sufficiente a garantire il contatto nella fase di decelerazione della valvola. Dalle analisi esso è sceso considerevolmente a parità di regime di utilizzo, ma considerando il regime ridotto adottato sulla vettura sovralimentata la differenza è di solo un -15%. Il carico sulla rotella del rocker è invece incrementato abbastanza da comportare una riduzione dell’affidabilità del -73%. Nonostante si tratti di un valore importante, va tenuto conto che la motocicletta di origine ha intervalli di manutenzione molto ampi e che si tratta di una versione aggiornata rispetto alle precedenti, più problematiche. Considerando gli intervalli di “fabbrica” e questa riduzione percentuale, si è ottenuta comunque una durata in ore ampiamente superiore ad una stagione sportiva, dunque in sicurezza.
Relatore CARESANA, FLAVIO
Appare nelle tipologie: Laurea specialistica, magistrale, ciclo unico
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/20.500.12075/264