Riassunto analitico
L’attività, svolta a Modena nell’ufficio calcolo e simulazione di HPE, si è sviluppata in collaborazione con un OEM per risolvere una problematica del sistema di distribuzione di un motore monocilindrico quattro tempi, di cilindrata 125cc, da equipaggiare su uno scooter.
Il motore ha sofferto della rottura delle molle dopo un tempo piuttosto limitato, un fenomeno anomalo se si considera per di più che tale collasso si è verificato ad un regime di rotazione ben definito e non coincidente con il massimo raggiungibile. Unico indizio di un probabile malfunzionamento indotto dalla dinamica del sistema soltanto in un determinato regime di rotazione, è stato il segnale di coppia motore: rumoroso, sporco e non correttamente ideale nell’intorno dei 9500 giri/min. In una certa maniera, la conferma della comparsa di alcuni fenomeni di risonanza delle molle che, oltre a portare a collasso le stesse, hanno prodotto, al contempo, un’alterazione della fasatura del motore che si è poi tradotta in una variazione ciclica ben visibile della coppia erogata.
L’obiettivo primario di questo lavoro di tesi è stato pertanto quello di realizzare un modello che avesse simulato al meglio la dinamica del sistema di distribuzione e che avesse messo alla luce la causa della rottura precoce delle molle. Lo studio del comportamento dinamico di un motore a combustione interna si rende necessario ogni qualvolta si voglia limitare il decadimento delle prestazioni dovuto all’usura dei componenti nonché, nel peggiore dei casi, scongiurare le rotture derivanti da eccessive sollecitazioni. In questa sede si è utilizzato il pacchetto completo GT-SUITE, un software multibody nato e sviluppato in modo tale da consentire il più ampio controllo dell’intero sistema propulsivo. Questo permette di riprodurre, più o meno dettagliatamente in funzione dello scopo dell’analisi, il comportamento di un motore in forma virtuale, alla pari di quanto si ottiene tramite una prova al banco.
La trattazione, esclusivamente relativa al sistema di attuazione delle valvole, si sviluppa seguendo il quadro cronologico secondo il quale si sono organizzate le diverse fasi dell’attività. In primis, si è proceduto nel trasferire le informazioni utili alla descrizione del cinematismo, visionando il CAD dell’assieme e le tavole dei componenti; successivamente si è provveduto a:
• realizzare il modello cinematico che, in quanto tale, non ha richiesto altro che l’implementazione dei parametri geometrici delle valvole e delle camme;
• aggiornare il modello cinematico in quasi-dinamico tramite la definizione di masse, inerzie ed ulteriori caratteristiche di tutti i componenti, comprese le molle;
• realizzare il modello dinamico, considerando il sistema con le proprie caratteristiche di massa, inerzia e rigidezza;
Ciascuna delle tre fasi è stata contraddistinta da alcuni punti salienti, rispettivamente, la correlazione OEM – HPE in termini di profili di alzata e profili degli eccentrici, la valutazione preliminare dello spring margin e degli stress da contatto calcolati secondo la teoria di Hertz, l’accurata modellazione dei cedenti del cinematismo (bilancieri) e delle molle.
Una quarta ed ultima fase si è poi resa necessaria per trovare una soluzione pratica e concreta al problema: si è intervenuti sia sulle molle, ridefinendone le geometrie e, di conseguenza, le caratteristiche meccaniche, sia sui profili degli eccentrici.
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