Progettazione di un motore a 2 tempi ad alta potenza specifica

Progettazione di un motore a 2 tempi ad alta potenza specifica

Progettazione e realizzazione di un motore a 2 tempi a potenza specifica elevata, attraverso interventi mirati a modificare la curva di erogazione e la coppia.

Inizia

Il motore a 2 tempi e le sue criticità

Informazioni generali sul ciclo

• Il motore a 2 tempi ha un ciclo operativo più semplice rispetto al 4 tempi, costituito da solo 2 movimenti del pistone.
• A differenza del 4 tempi, le fasi di aspirazione e compressione e quelle di scarico e travaso si sovrappongono nel 2 tempi.

Ciò rende la previsione del funzionamento del motore assai più imprevedibile e soggetta a molti più fattori.

prima FASE: studio teorico e documentazione

Lettura di libri sull'argomento

• Come ogni progetto che si rispetti sono partito da un profondo studio teorico del funzionamento, rendimento ed effetti delle modifiche effettuabili su un motore a due tempi per avere piena cognizione dell'influenza di ciascun dato legato ad esso.
• Per fare ciò non mi sono servito solo di libri ma anche di software e conoscenze di esperti nel settore, tra i quali vincitori di competizioni a livello nazionale in categoria 125cc, dei quali ho visto video e anche parlato al telefono per ore.

Acquisto di Software di simulazione specifico

Networking e scambio di informazioni

Questo mi ha fornito un riscontro pratico oltre allo studio teorico.

seconda fase-->

Documentazione teorica: lettura di 3 libri

By Massimo Clarke

By Gordon Jennings

Di F. L. Facchinetti

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Acquisto di Software di simulazione: ENGmod2t

La mia scelta è ricaduta su questo software data la sua completezza e la possibilità di simulare prove a banco del motore, visualizzando (con output grafico) l’effetto di determinate modifiche.

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seconda FASE: preparativi per Ottenere misure corrette

svincolo del blocco motore dal telaio

Per assicurarmi di effettuare le misure quanto più accurate possibile ho:

• ripristinato i componenti ad un ottimo stato di pulizia
• creato un ambiente di lavoro organizzato

rimozione dei depositi carboniosi e ispezione dello stato di usura dei componenti

Preparazione dell'ambiente di lavoro

Terza fase-->

Terza fase: misura, modellizzazione e sviluppo in software specifico

acquisto strumenti di misurazione

documentazione sui metodi di misura

Per la previsione delle performance del motore sul software è stato necessario fornire i suoi dati così da poterne modellizzare il funzionamento. Per effettuare tutte le misurazioni ho impiegato più di due mesi, dato l'enorme ammontare di dati necessario e il bisogno di usare molta inventiva per escogitare metodi adatti anche ai punti più inaccessibili del motore.

raccolta minuziosa di misure di tutto il motore

Misurazione di sistemi di scarico e motori altrui per confrontare

sviluppo e ottimizzazione su software

Risultati teorici-->

sviluppo e ottimizzazione su software

Dopo la raccolta dati sono passato allo sviluppo del motore sul software modificando un dato alla volta, così da vedere i risultati ottenuti nella curva di erogazione, e procedendo per prove ed errori.

Slide successiva

Simulazioni effettuate

• 650 simulazioni

A causa dell'enorme quantità di parametri dove è possibile la modifica, sono stati necessari mesi per comprendere l'effetto di ogniuno di essi e per trovare una corretta combinazione.

• = circa 22 giorni di prove

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Risultati teorici

Dalle prime simulazioni alle ultime il motore ha guadagnato più del 30% di potenza aumentando i cavalli di picco previsti dal software da 30 a 42, con guadagni sostanziali su tutto l'arco di erogazione.

sviluppo dello scarico

Il raggiungimento di questi traguardi è stato possibile anche grazie allo sviluppo di un sistema di espansione studiata ad hoc per questo motore. Durante l'estate provvederò a far realizzare questo componente da una azienda specializzata, data la difficoltà e la necessità di esperienza pregressa per costruirlo.

Quarta fase-->

Lavorazione del gruppo termico

Realizzazione di componenti su specifica

Quarta fase: planning sulle modifiche da effettuare

rinichelatura della canna del cilindro e accoppiameno al pistone

Una volta concluso lo studio e lo sviluppo teorico del motore, non resta altro che riportare nella realtà i parametri ottimizzati nelle simulazioni. Questo processo interessa tutti i componenti, perciò è più corretto parlare di una riprogettazione del motore che di una sua ottimizzazione.Alcuni componenti verranno realizzati su mie specifiche, inoltre dovrò revisionare completamente il basamento e lavorare sull'elettronica.

Revisione completa del basamento

realizzazione di Componenti 3d su specifica

Lavorazione della testata

programmazione di una curva ad anticipo variabile

Lavorazioni su componenti preesistenti

Creazione di un impianto elettrico su misura

Fine-->

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LAvorazione del gruppo termico

• Tramite una serie di modifiche, ideate combinando i risultati del software con consigli e raccomandazioni di esperti, questo processo mira a ottimizzare la combustione massimizzando l'afflusso di miscela aria/benzina nel cilindro e ottenendo una evacuazione efficace dei gas di scarico.
• Ho impiegato quasi due mesi per effettuare tutte le lavorazioni, data la grande precisione e minuziosità richiesta, a causa della necessità di rispettare una ferrea simmetria di luci e condotti.
• Basta pensare che una variazione di soli 0.2 mm nell'altezza di una luce può portare a una differenza enorme su tutto l'arco di erogazione.

lavorazioni effettuate

lavorazione dei booster di scarico in diagramma e condotto

Raccolta di strumenti per la lavorazione

verifica della simmetria delle luci con utilizzo di portmap

rimozione dei difetti di fusione e finitura

Controllo della simmetria dei condotti con l'utilizzo di calchi

ampliamento della luce di aspirazione

Realizzazione di componenti in 3d

Grazie a mesi di networking e conoscenze, ho conosciuto tra gli altri anche un ragazzo con cui ho subito iniziato a collaborare, data la passione e la voglia di imparare in comune. I nostri campi di sapienza si completano, infatti sta realizzando un primo prototipo di collettore e guidaflussi in 3d. Il progetto verrà ultimato questa estate, ma i risultati finora sembrano molto promettenti, tanto da poter pensare di mettere in commercio questi pezzi.

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Calchi dei condotti in gomma rifondibile

• Per verificare la simmetria dei condotti dove è impossibile introdurre strumenti di misurazione, ho trovato la soluzione nel creare calchi in gomma rifondibile a base vinilica delle parti interessate.

programmazione di una curva ad anticipo variabile

Grazie alla installazione di una accensione a rotore interno con centralina programmabile, mi è possibile modificare la curva di anticipo, modificando la quantità di gradi di rotazione dell'albero (rispetto al PMS) che precedono lo scocco della scintilla, e dunque l'avvio della combustione.Questo intervento ha un impatto enorme sul motore specialmente in questo caso grazie alla rimappatura completa della centralina e alla cospicua riduzione di massa volanica.

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Kit programmazione

Statore

Bobina

Rotore

Centralina digitale

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Creazione di un impianto elettrico su misura

Relè per funzionamento frecce

Termometro con 2 punti di rilevazione

Voltmetro e Amperometro

Localizzatore GPS

• Data la mancanza di un sistema di assorbimento che possa fornire corrente, sto creando un impianto elettrico a batteria, nel quale installerò i componenti di base (luci, fari, frecce...) e alcuni altri sensori utili al monitoraggio di vari componenti.

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Fine

Grazie per l'attenzione!

lavorazione in canna

Ampliamento dei booster di scarico

lavorazione nel condotto

ELABORIAMO IL 2 TEMPI

Rinichelatura della canna del cilindro

Ampliamento della luce di aspirazione

Appunti su alcuni metodi di misurazione

Revisione del basamento: rimbiellaggio, sostituzione di cuscinetti di banco, paraoli, guarrnizioni, ingranaggi usurati

In questo caso si rivela particolarmente necessaria dato il cospicuo aumento di potenza, che pone maggiore stress meccanico sui componenti.

Misurazione di diversi sistemi di scarico

Preparazione dell'ambiente di lavoro

Lavorazione della testata

I valori desiderati sono un rapporto di compressione di 14:1 e uno squish di 0.9 mm.

Svincolo del blocco motore dal telaio

Networking e scambio di informazioni

Appunti presi in conversazioni con preparatori di categoria 125cc di fama nazionale, tra cui Omar Marziali e Massimiliano Tesori

High Performance Two-Stroke Engines

Verifica della simmetria delle luci tramite l'utilizzo di portmap

Utensili utilizzati per le lavorazioni

Per lavorazioni manuali di precisione di questo tipo ho dovuto acquistare diversi mandrini e frese diamantate di molte forme e dimensioni

Raccolta dati di tutti i componenti

TWO STROKE TUNER'S HANDBOOK

Tra gli strumenti utilizzati per le prime misurazioni troviamo: comparatore centesimale, spessimetro, calibro digitale, goniometro per alberi, goniometro ad asta, siringa e fili di stagno.

Finitura dei condotti per favorire la formazione dello strato limite

Rimozione dei residui carboniosi e controllo dello stato di usura dei componenti

Appunti su alcuni metodi di misurazione