Postęp prac nad nowym silnikiem do Kropelki

Wakacje się skończyły, a prace nad silnikiem trwają. Staramy się jak najszybciej przeprowadzić wszystkie obliczenia, aby do końca grudnia przygotować kompletną dokumentację silnika i móc rozpocząć wykonywanie części. Przed wakacjami udało się ustalić główne wymiary silnika, sposób sterowania i zasilania paliwem, rozwiązanie układu rozrządu i rodzaj smarowania silnika.

 

Zapraszamy do lektury ...

Obliczyliśmy wytrzymałość łożysk tocznych, jakie zastosujemy w układzie korbowym. Ponadto wybraliśmy najkorzystniejsze materiały, z których powstanie nasz silnik. Teraz powoli dobiega końca optymalizacja głównych elementów za pomocą MES oraz modelowanie przebiegu procesu spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze. To chyba dobry moment, żeby pokrótce opisać, kto z nas czym się zajmuje.

Rys. 1. Rozkład naprężeń w korbowodzie (Łukasz Szczypiń)

Łukasz Szczypiń przeprowadził udaną optymalizację kształtu korbowodu. Obecnie pracuje nad tłokiem i sworzniem korbowym. Dzięki Jego pracy udało się zredukować masę korbowodu ze 100 do 60 gramów! Poza tym Łukasz obliczył zmęczeniowe współczynniki bezpieczeństwa dla stali, z której będą wykonane elementy układu korbowego.

 

Maciek Krulak zajmuje się wyrównoważeniem oraz optymalizacją wytrzymałościową wału korbowego. To trudne zadanie, ponieważ każda zmiana kształtu i wymiarów wału zmienia również masy konieczne do wyrównoważenia. Siły działające na wał korbowy są złożone i w czasie cyklu pracy ulegają znacznym zmianom.

Rys. 2. Przejściowy etap symulacji obciążeń wału korbowego (Maciek Krulak)

Piotr Matyjaszkiewicz wykonał do tej pory wiele bardzo potrzebnych czynności praktycznych, jak przygotowanie modeli elementów układu rozrządu czy pomiar sztywności sprężyn zaworowych. Za punkt odniesienia dla nowo powstających krzywek posłużą te z silnika GX35. Piotrek podjął się dokonania pomiarów zarysu krzywek w laboratorium Instytutu Technik Wytwarzania PW.

 

 

Rys. 3. Złożenie modeli zaworu wylotowego, sprężyny i podkładki (Piotr Matyjaszkiewicz)

 

Kumar Arnavdeep modeluje przebieg procesu spalania w silniku za pomocą metod numerycznej mechaniki płynów (CFD). Wyniki symulacji posłużą Kumarowi do opracowania kształtu komory spalania.

Przedmiotem prac Karola Włodarczyka jest tuleja cylindrowa, jej optymalna grubość, sposób uszczelnienia oraz odkształcenia, jakim tuleja ulega podczas pracy.

 

Piszący te słowa Jan Zowczak koordynuje projekt i jednocześnie pracuje nad układem rozrządu. W ciągu wakacji opracowałem program komputerowy projektujący zarys krzywki na podstawie zadanych wzniosów, prędkości i przyspieszeń w określonych punktach krzywki. Zarys krzywki jest aproksymowany jako szereg Fouriera, po czym dyskretyzowany i w łatwy sposób może zostać przeniesiony do programu modelującego pracę układów wieloczłonowych.

Rys. 4. Przykładowy przebieg wzniosu, prędkości i przyspieszenia popychacza skojarzonego z krzywką oraz wizualizacja 3D krzywki (Jan Zowczak)

W najbliższym czasie zajmiemy się udoskonaleniem oraz dostosowaniem układu napędowego Kropelki do nowego silnika. Prace będą odbywać się równolegle na poziomie praktycznym (zwiększenie sprawności przekładni zabudowanej w piaście tylnego koła), jak i obliczeniowym (dobranie cieńszego łańcucha napędowego i odpowiedniego sprzęgła oraz projekt zabudowania silnika w układzie napędowym).

 

W krótkiej notatce nie sposób ująć całego zakresu wykonanych dotąd prac, jak również ilości zadań, które są jeszcze przed nami. Jednak widząc, jak przebiegają pracę, można z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić, że na zawody Shell Eco-marathon 2013 Kropelka wystartuje z nowym, prototypowym silnikiem!