Studio del sistema di aspirazione e scarico di un MCI per un veicolo di formula SAE

Come illustrato dal regolamento ufficiale, le competizioni “Formula SAE”, curate dalla SAE (Society of Automotive Engineers) e da alcune associazioni europee legate al settore automobilistico (Imeche – Institution of Mechanical Engineers, VDI - Verein Deutsche Ingenieure, ATA – Associazione Tecnica dell’Automobile ), sono nate con l’intento di invitare gli studenti universitari di tutto il mondo a ideare, progettare, realizzare e competere con una piccola vettura stile formula, a ruote scoperte. Per consentire ai team la massima flessibilità a livello progettuale, nonché la libertà di esprimere appieno creatività e immaginazione, il regolamento prevede un numero limitato di restrizioni, rivolte in particolare a garantire la sicurezza della vettura, l’interdisciplinarietà del progetto e l’ideazione di soluzioni sempre nuove e efficaci.
Secondo il regolamento, il progetto deve essere sviluppato nell’ipotesi che gli studenti siano stati incaricati da un’industria del settore automobilistico interessata alla produzione di mille esemplari del prototipo, destinati al mercato delle competizioni amatoriali. Al veicolo sono quindi richieste ottime qualità in termini di accelerazione, frenata e guidabilità, possibilità di adattarne l’abitacolo a piloti con differenti corporature (comprese fra quella del quinto percentile femmina e del novantacinquesimo percentile maschio americani), semplice manutenzione e realizzabilità. Inoltre non vengono trascurati gli aspetti legati a stile della vettura, confort e integrazione all’interno del progetto di alcuni componenti commerciali, per un costo il più possibile contenuto, e comunque non superiore ai 25000 $.
La sfida per i team è quella di progettare una vettura che meglio riassuma queste caratteristiche, e di arrivare al confronto in pista. Il giudizio finale è assegnato in base ai punteggi ottenuti durante le prove in pista e alle qualità del progetto, attribuiti da una giuria di esperti del settore automobilistico.
Il presente lavoro di tesi illustra in particolare le modifiche apportate al sistema di aspirazione e scarico del veicolo dell’Università degli Studi di Cagliari per la stagione 2008 di Formula SAE. Alla progettazione dei componenti in esame e ai risultati ottenuti attraverso il modello monodimensionale del propulsore si aggiungono quelli sperimentali, ottenuti al banco dinamometrico e pubblicati sulle riviste di settore.
Il primo capitolo esamina quanto dettato dal Regolamento Formula SAE, gli effetti che tali limiti hanno sull’intero veicolo e quali interventi è possibile attuare per migliorarne le prestazioni. Il secondo capitolo illustra le possibili metodologie attuabili per lo sfruttamento dei fenomeni dinamici all’aspirazione e allo scarico ai fini del miglioramento del rendimento volumetrico del motore. Nel terzo capitolo sono descritti i sistemi di aspirazione e scarico del motore preso in esame nelle configurazioni originale e modificata. Il capitolo quattro illustra i fondamenti della simulazione numerica dei motori a combustione interna e il software utilizzato nel presente lavoro di tesi. I successivi capitoli cinque e sei illustrano i modelli monodimensionali del propulsore in configurazione originale e modificata.