Riassunto analitico
Questo elaborato descrive tutte le fasi che hanno condotto la progettazione di un albero motore, relativi contralberi di equilibratura e del sistema di lubrificazione per la Powerunit di una vettura ibrida di Formula Student.
Le motivazioni che hanno condotto questo studio sono legate all’eliminazione di uno dei due pistoni, che attualmente non raccoglie l’energia della combustione, assente in quel cilindro per la configurazione attuale del motore ibrido e che in questo momento rappresenta una perdita di energia per attrito e compressione.
L’obiettivo del progetto è quello di definire un’architettura del manovellismo mantenendo inalterati i carter originali del motore, ma andando ad aggiungere gli elementi che si occupano di realizzare l’equilibratura all’interno di essi.
Una volta analizzate forze generate dal manovellismo, è stato deciso di equilibrare le forze alterne del primo ordine rotanti e controrotanti, e di lasciare squilibrate le forze alterne del secondo ordine dato che hanno un impatto decisamente minore in termini di sollecitazioni sui supporti.
L’architettura scelta per l’equilibratura totale è stata di due alberi di equilibratura, uno rotante ed uno controrotante: il primo è stato posizionato al posto del motorino di avviamento, attualmente rimosso dalla Powerunit della monoposto; il secondo all’interno della canna cilindro rimasta vuota dopo la rimozione del manovellismo non coinvolto dalla combustione. I due alberi sono stati posizionati speculari all’asse del cilindro attivo in modo da eliminare i momenti spuri che essi generavano.
Parallelamente a ciò sono stati dimensionati i sistemi di trasmissione che portano il moto ai due alberi: l’albero controrotante prende il moto dall’albero motore per mezzo di una cascata di ingranaggi supportati dalla canna cilindro opportunamente modificata; l’albero controrotante è azionato da una cinghia dentata che prende il moto anch’esso dall’albero motore, dalla zona che in precedenza era occupata dall’ingranaggio che si collegava al motorino di avviamento.
La seconda parte del progetto riguarda lo sviluppo di un nuovo sistema di lubrificazione del motore a combustione interna: in particolare, per eliminare il problema dello sloshing dell’olio nell’attuale coppa, si è optata una soluzione a carter secco.
Partendo dalla configurazione originale del motore, si è proceduto con la riprogettazione della coppa che funge da collegamento tra la pompa di mandata ed il serbatoio esterno e che raccoglie inizialmente l’olio prima di essere spinto nell’accumulatore.
Successivamente è stata dimensionata la pompa di recupero del tipo volumetrica a gerotor, a partire da un rotore già presente in commercio ed adattato alle specifiche richieste del motore. Tale pompa è stata posizionata in asse al motorino di avviamento, prendendo il moto direttamente dall’albero motore: questa scelta è stata fatta in modo da rendere indipendenti dal punto di vista della realizzazione i due concetti del progetto, ovvero che possono la realizzazione dell’uno non implica la realizzazione dell’altro, ma che possono tranquillamente convivere insieme.
Il risultato complessivo ottenuto è una Powerunit più efficiente con un incremento teorico di potenza dovuto alla minor dissipazione dell’energia per attrito e compressione, ma allo stesso tempo più affidabile con un manovellismo completamente bilanciato e con un sistema di lubrificazione che va ad eliminare i problemi di pescaggio dell’olio in curva dell’attuale configurazione montata in macchina.
|
