Analisi di un condotto di aspirazione della formula SAE

Scritto da Valerio Rossi Lunedì 30 Novembre 2009

Progetto del condotto di aspirazione per la vettura da competizione formula SAE del dipartimento di Ingegneria Meccanica di Tor Vergata.

L’esigenza di studiare il condotto di aspirazione nasce dal fatto che, a causa della configurazione imposta dal regolamento SAE, tale componente lavora in condizioni di depressione causate proprio dall’aspirazione del motore. Quando la valvola a farfalla è in fase di chiusura, il condotto è soggetto ad una depressione pari circa ad 1 atm per effetto dell’aspirazione continua dei cilindri.

È stato proprio questo fenomeno a determinare il collasso strutturale del precedente sistema. Tali problematiche hanno determinato la necessità di effettuare analisi che riguardano non solo la resistenza strutturale ma anche il problema della stabilità dell’equilibrio elastico.

Per definire le dimensioni caratteristiche del condotto ed ottimizzarne il funzionamento, abbiamo studiato il cosiddetto effetto d’onda a valvola aperta e il modello del risonatore di Helmoltz a 2 gradi di libertà. La lunghezza dei condotti primari è scelta in funzione dell’effetto d’onda a valvola aperta fissando il numero di giri del motore sulla curva di coppia.

All’apertura della valvola di aspirazione si genera un’onda di depressione nel primario che arriva fino al primo volume in serie (plenum). Quest’ultimo, essendo in condizioni di ristagno, rappresenta una discontinuità tale da annullare l’onda di depressione generando un’onda di pressione che risale il condotto in senso inverso. Se l’onda positiva torna verso la valvola all’incirca a metà della fase di aspirazione ( 85° - 90° di manovella) si ha un aumento di pressione risultante che favorisce il riempimento del cilindro con carica fresca. Ciò determina un aumento della coppia disponibile che si concretizza in un miglioramento delle prestazioni.

Variando la lunghezza dei primari varia il numero di giri del motore in corrispondenza dei quali si verifica quest’effetto benefico. Si raggiunge l’accordatura del sistema, variando il volume del plenum, quando la frequenza propria del sistema è un multiplo pari della frequenza forzante data dai giri del motore. Sono state inoltre effettuate delle analisi fem sulla resistenza statica ed in particolare della verifica al buckling (instabilità elastica).

Qui per vedere la relazione completa del progetto.