Confronto tra Sovralimentazione Meccanica e Turbocompressore in un motore Formula Sae: Simulazione con GT-SUITE

A livello motoristico, la Formula Sae impone ai partecipanti di adottare motori elettrici o a pistoni 4t. Per i motori a combustione interna, anche se pluri-cilindrici, non è possibile eccedere la cilindrata massima posta a 610 cm3; inoltre, al fine di limitare la capacità di erogare potenza dal motore, si impone una singola restrizione circolare, da porre sul sistema di aspirazione (naturalmente è vietato poter realizzare condotti in cui si abbia un bypass tra restrizione e motore).

La dimensione massima della restrizione per veicoli alimentati a benzina è di 20 mm (0.7874 pollici) e deve essere rispettata durante tutto il periodo delle competizioni. I sistemi di sovralimentazione sono permessi, a patto che il team ne studi e sviluppi l’applicazione, infatti non è permessa l’adozione di turbocompressori che siano stati designati e/o originariamente installati sul motore adottato. Nel caso di utilizzo di questi sistemi, è possibile raffreddare l’aria compressa con un intercooler, con la modalità aria-aria oppure acqua-aria. Tutti i componenti e organi del motore (inclusi la valvola a farfalla ed il sistema di alimentazione) devono essere posti all’interno della superficie definita dalla sommità del roll-bar e gli spigoli dei 4 pneumatici.

Date le seguenti norme da seguire, risulta necessario il montaggio di un motore che presenti forme e volumi compatti consentendo efficienza dinamica e prestazioni discretamente ottimizzabili.
Da ciò ne deriva che quasi tutti i gruppi universitari adottano gruppi termici derivanti dal settore motociclistico, per una facile reperibilità, per un buon rapporto qualità/prezzo e per mantenere gli ingombri ed i pesi entro certi limiti; qualche team si è voluto cimentare nella progettazione di motori elettrici, mentre altri (più disponibili economicamente) sono addirittura riusciti a farsi realizzare motori dedicati.
Il Polimarche Racing Team decise di adottare un motore automobilistico derivazione Smart Fortwo, strada che non era mai stata percorsa da alcun team. I motivi principali che hanno spinto verso questa scelta sono stati quelli di utilizzare un propulsore abbastanza compatto e leggero, in grado di erogare principalmente la potenza a bassi regimi e poter rendere fruibile la coppia su tutto l’arco di utilizzo.

Studiando i tracciati e le prove che la Peacock One doveva fronteggiare, questo motore sembrava poter essere, contro ogni pronostico, una scelta adatta e coraggiosa dal momento che non era mai stata considerata da nessun altro rivale.
Il problema principale fin dall’inizio rimaneva quello dei bassi valori di coppia e potenza che il motore riusciva ad esprimere, perciò fu deciso di sovralimentarlo tramite l’impiego di un compressore volumetrico a lobi, per cercare di mantenere il veicolo sempre reattivo e pronto a spingere.

Questa scelta si rivelò abbastanza corretta, nonostante ci fosse ancora un gap troppo ampio da dover colmare per poter raggiungere o quanto meno avvicinarsi alle elevate potenze che un motore motociclistico riesca a sviluppare.
Anche per il secondo anno di attività è stato confermato il propulsore Smart, mentre per quanto riguarda la sovralimentazione si è deciso di accantonare il volumetrico, adottando un singolo turbocompressore prodotto dalla Mitsubishi.

Ciò che ha reso la preparazione del motore ancora più ostica è stata la mancanza di esperienza su ciò che si stesse sviluppando: essere gli unici ad affrontare un progetto innovativo comporta dei grandi benefici, ma sicuramente anche molti inconvenienti dovuti al fatto che risulta difficile reperire informazioni utili. Inoltre i benefici derivanti dalla sovralimentazione di un propulsore di questo tipo, dipendono unicamente da una corretta scelta del sistema sovralimentatore.

Per gli anni a venire, il team Polimarche sta valutando l’ipotesi dell’adozione di un gruppo termico derivante da settore motociclistico, però tutto dipenderà dall’esito delle prossime gare promosse dalla Sae.
Pertanto il nostro fine sarà di analizzare e studiare quali possano essere le differenze, pregi e difetti che un alternativo impianto di sovralimentazione possa apportare; le nostre principali richieste sono: poter ottenere un motore con una buona spinta fin dai bassi regimi, in modo da non doverlo mantenere costantemente su di giri, lasciando in tale modo al pilota una maggiore facilità di guida e margine di utilizzo, tutto ciò unito ad una discreta potenza agli elevati regimi, dove il veicolo può permettersi di spingere.