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Evoluzione del sistema di distribuzione di un motore motociclistico 4 tempi per incrementare la potenza
Questa attività ha avuto come primo obiettivo quello di analizzare il motore dal punto di vista termo-fluidodinamico, allo scopo di determinare l'area sulla quale era opportuno intervenire per incrementare la potenza in maniera significativa senza stravolgere il motore. Attraverso la simulazione IES è stato possibile analizzare l'intero motore, dal sistema d'aspirazione a quello di scarico, ed è emerso come l'intervento che può portare a migliori risultati prestazionali, sia la modifica delle leggi d'alzata. Definito tale intervento si è studiato come effettuare le modifiche necessarie per incrementare la permeabilità compatibilmente con le caratteristiche del sistema di distribuzione, il rispetto dei vincoli di resistenza strutturale e di fattibilità. Il comportamento del motore con le soluzioni progettate nel rispetto di quanto sopracitato è stato valutato attraverso la simulazione IES, in tal modo si è potuto verificare se i risultati soddisfavano gli obiettivi preposti e fare le eventuali modifiche senza dover costruire fisicamente i nuovi componenti da testare in ripetute e costose prove sperimentali. Il progetto definitivo è stato poi realizzato e le prove hanno confermato la bontà della soluzione proposta.

 

schema IES

 

La sezione minima di passaggio attraverso le valvole dipende dai principali parametri geometrici che definiscono la forma della valvola e della sede, e dall'alzata h. Sino ad un certo valore dell'alzata la permeabilità dipende dalla superficie laterale di un ipotetico tronco di cono tra sede e fungo, invece oltre tale valore è funzione della sezione trasversale la cui area dipende dal diametro della valvola dv e da quello dello stelo. Per sfruttare tutta l'area messa a disposizione dalla valvola è necessario che l'alzata raggiunga o superi il valore di 0.25 volte il diametro valvola.

Nel caso del motore in esame la situazione presenta un rapporto h/dv all'aspirazione di 0.18 e allo scarico di 0.19.

 

area efficace valvola d'aspirazione

 

Come si vede dal grafico l'area non è mai completamente sfruttata anche nelle condizioni di alzata massima con perdite di permeabilità dell'ordine del 40-45%.

 

Sia per l'aspirazione che per lo scarico si è deciso di modificare le leggi d'alzata in modo tale da raggiungere in alzata massima il rapporto h/dv di 0.25. Analizzando la tipologia del sistema di distribuzione l'obiettivo è raggiungibile attraverso due soluzioni:

  • il progetto di nuove camme con profili studiati per ottenere, mantenendo inalterati gli altri organi del sistema, le alzate desiderate ed eventualmente una nuova fasatura;
  • il progetto di due nuovi bilancieri con un rapporto tra i bracci che permetta di trasformare le alzate delle camme attuali nelle alzate valvole desiderate.

 

leggi d'alzata valvole

 

Dall'analisi termo-fluidodinamica si è visto che le fasature attuali sono adeguate alle condizioni di utilizzo del motore, pertanto le discriminanti per la scelta tra le due soluzioni rimangono la resistenza strutturale e la fattibilità. Lo studio strutturale dell'intero sistema di distribuzione ha messo in evidenza come l'impiego di nuove camme con profili più esasperati, generi carichi strutturali comparabili a quelli della soluzione a bilancieri modificati, ma necessiti l'utilizzo di molle molto più rigide per mantenere il contatto valvola - bilanciere anche agli alti regimi; tale impiego non sarebbe accettabile per problemi di resistenza pertanto si è optato per il progetto di nuovi bilancieri e del relativo castello.

 

bilancieri e castello

 

La simulazione IES del motore nella configurazione con le nuove leggi d'alzata valvola, ha messo in evidenza un incremento del valore massimo di potenza pari al 13% ed una crescita significativa nell'arco di funzionamento dai 6000 rpm al regime massimo; ciò è stato confermato dalle prove sperimentali e da test in pista.

 

curva di potenza

 

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