Amikor egy motor születik…

Győrben a Széchenyi István Egyetemen, az Audi támogatásával egy a Formula Student versenyre motort tervező csapat, a SZEngine az elmúlt hetekben mutatta be az első versenyre szánt motorjának kész terveit (SZEngine Evo3).

A csapat ugyanazt a CAD rendszert, a Creo-t választotta a projekthez, mint amit a Volkswagen csoport, így az Audi is használ motor és erőátviteli rendszereinek fejlesztéséhez. Az egyhengeres, döntött hengerelrendezésű, szívó benzinmotor 4 sebességes váltóval egészül ki. Fő célja, hogy 2015-ben a Formula Student versenyen bizonyítsa, van Magyarországon motortervezési potenciál. A csapatok versenyautóikba kereskedelemi forgalomban kapható motorokat alakítanak át, világszerte nagyon minimális példa van FS versenyen motortervezésre. Győrben, a Belső Égésű Motorok Tanszéken ez megvalósult.

Mit kell tudnia ennek a motornak?

evo3_1

Egy szériamotor és az Evo3 elrendezési lehetősége egy FS autóban

Előzetes elemzéseink alapján egy minél kisebb és könnyebb, lehetőleg (váltóval együtt) 30 kg alatti tömegű, kb. 50–60 LE teljesítményű motor alacsonyan elhelyezkedő és a jármű közepéhez közel található súlyponttal lehet ideális. A csapatok általában 4 hengeres motorkerékpár motorokat alkalmaznak (akár 70 kg tömeggel), ellenben van példa egyhengeres motorokra is. A jó teljesítmény-tömeg arány és kedvező beépítési kialakítás lehetősége révén döntöttünk az egyhengeres motor mellett. Munkánk során egy olyan csomag jött létre, ami reményeink szerint kedvező jármű menetdinamikát biztosít, alacsony tömeget képvisel, és akkora teljesítménnyel rendelkezik, amivel jól kihasználható a keréken aszfaltra átvihető nyomaték. A következőkben a tervezés eredményét mutatjuk be, melyek a PTC és az S&T Consulting Hungary támogatása révén Creo 2.0 szoftverrel készültek.

A hengerfej öntvénye vásárolt alkatrész, a szelepvezérlés alkatrészei részben általunk átalakított elemek, ugyanakkor egyedi fejlesztésű alkatrészeket is tartalmaznak. Az egyhengeres kivitel hátránya, hogy a versenyszabályzatban előírt átmérőjű szűkítőn ingadozó a szívott levegő tömegárama, amit egy egyedileg tervezett és optimált airboxszal tudunk kompenzálni. A töltetcsere folyamat speciális üzemi körülményekhez (verseny) igazítása érdekében egyedi vezérműtengely bütyökprofilt terveztünk.

evo3_2

A szelepvezérlés alkatrészei

evo3_3

A forgattyús tengely és
kapcsolódó alkatrészek

evo3_4

Főtengelyről meghajtott fogyasztók elrendezése

 

A forgattyús mechanizmus lelke a főtengely. Ez egy teljesen egyedi tervezésű alkatrész, teli sonkás kivitel. A lendkerék tömegét a főtengelybe integráltuk, ezáltal egy alkatrészt tudtunk megspórolni. A főtengely üzemi tartományától távol esik a főtengely 1. sajátfrekvenciája, ami kedvező. Dinamikai vizsgálataink az AVL programcsalád egy szoftverével (Excite), illetve az AVL komoly szakmai tanácsadása révén készült. Az igénybevételek elviselése céljából egy nagy szilárdságú acél alapanyagot választottunk, melyet a kritikus pontokon utókezeléssel tovább erősítünk. Gyári hajtórudat és dugattyút alkalmazunk, de egy kísérleti, speciális anyagból készített hajtórúd fékpadi tesztelése folyamatban van, mely sikeres próbák esetén a következő generációkban megjelenhet. A főtengely által meghajtott kiegészítő berendezések elrendezése hosszú tervezés után vált a jelenlegivé. A jelenlegi elrendezés lehetővé teszi, hogy a főtengelynek a főcsapágyakon kinyúló végei a lehető legrövidebbek legyenek, így csökkentve a torziós lengéseket.

A váltó és kuplung kereskedelemben kapható, ugyanakkor általunk jelentősen módosított alkatrészek. A sebességek számát változtattuk, illetve váltásbiztonsági okok miatt

evo3_5

Váltó és
aktuálása

 

egyes fokozatok helyét megcseréltük, ami egyedileg gyártott kukactengelyt igényelt. A váltás különlegessége az elektropneumatikus (váltó) és elektrohidraulikus és pneumatikus (kuplung) aktuálás. Ez a rendszer egyedileg, a Festóval történő konzultációk során lett összeállítva, továbbá a nagyon kompakt motorelrendezés miatt több különleges kialakítású egyedi alkatrészt is terveznünk kellett. A következő motorgeneráció várhatóan már részben egyedi tervezésű váltót kap, mivel így jelentős tömeget tudunk megspórolni.

Az egyedi tervezésű olajpumpa-térfogat kiszorításos elven működik, három elszívó és egy nyomófokozata van. A konstrukció jellege különösen komoly tűrésezést igényel, amivel nagyban befolyásolja az olajpumpa hatásfokát is. Az olajkör érdekessége, hogy száraz kartert alkalmaztunk, ahonnan az elszívás egy olajleválasztó penge mögüli kis térből történik, így kerülhető el, hogy a főtengely felhabosítsa az olajat. Következő generációkon fejlesztési lehetőségünk az olajpumpa forgattyúházba történő integrációja.

evo3_6

A forgattyúház
olajfuratai

A henger alatti térséget körülölelő forgattyúház teljesen egyedi tervezésű. Elsőként a teljes motorelrendezés járműre történő hatásának vizsgálatát végeztük. Több elrendezésben részlegesen megtervezett forgattyúház-konstrukció közül választottuk ki a végső, 20°-os hengerdöntésű verziót. A 4,5 kg tömegű alkatrész anyaga forgácsolt nagy szilárdságú alumíniumötvözet. Ennek szilárdsága a közepes minőségű acélokéval egyenértékű. Elsőként a forgattyúház teherviselő vázrendszerét (ami a merevítő bordázatot adja) terveztük és vizsgáltuk, majd a teljes köpeny modellezése következett. Az erőátvitel berendezéseit karbon borítóelemekkel takartuk le.

evo3_7

Végeselem-analízis eredmény a forgattyúházról

Június végén bemutattuk az itt vázolt konstrukciót, jelenleg folynak egyik legnagyobb támogatónkkal, a Dendrit Kft.-vel a gyártás körüli egyeztetések, és hamarosan már kezünkben foghatjuk az első, frissen legyártott alkatrészeket.
Ezután a következő fázis jön, a tesztidőszak – tudtuk meg a csapattól. Mindeközben talán egy érdekes kérdésként vetődhet fel, hogy mi is az igazi célja a motornak? Ez jogos kérdés, mivel a csapat valódi terméke nem is egy motor, ez tulajdonképpen az eszköz egy cél elérése érdekében. A csapat és a Széchenyi István Egyetem Belső Égésű Motorok Tanszék fő célja a hazai oktatás színvonalának erősítése, a gyakorlati mérnökképzésbe bevont hallgatók számának növelése és az ipar ellátása szakképzett, felkészült munkavállalókkal.

A cikket a Műszaki Magazin jóvoltából közöljük!