Võistlusauto FEST12 nukkvõllide projekteerimine

Antud töö ülesandeks oli projekteerida võistlusautole FEST12 sisse- ja väljalaske nukkvõllid, mis rahuldaksid mootorile esitatud nõudmisi. Käesoleva ülesande täitmisel lähtuti mootori kontseptsioonist ning selle baasil koostatud lähteülesandest. Esimese etapina uuriti eelnevatel aastatel tehtud arendustöid, simulatsioonide tulemusi ning reaalseid mootori karakteristikuid erinevate konfiguratsioonide korral, mille põhjal oli võimalik lähtuda edasises tegevuses. Et FEST12 mootori puhul kasutati modifitseeritud sisselaske kanalitega plokikaant, võimaldas see oluliselt suurema kestuse ja tõusuga nukkvõllide profiile. Samuti andis see teatava vabaduse valida selline klapitõusu graafik mis tagaks ka selle head kinemaatilised ja dünaamilised näitajad ilma et olulisel määral mootori suutlikkuses kaotaks. Lõpptulemuseks saavutati suurema lahtioleku kestusega ja suurema klapitõusuga (võrreldes eelnevate mootoritega) nukkvõlli profiil. Teises etapis analüüsiti klapi kinemaatikat ja dünaamikat, mille peamiseks eesmärgiks oli parandada nukkvõlli ja klapitõukuri vahelist määrimist ning seeläbi suurendada nukkvõlli kulumiskindlust. Samuti oli eesmärk vältida klapimehhanismi üleliigset koormamist, mis vastasel korral võib viia klapimehhanismi purunemiseni (ka ülemäära kõrge kulumiseni). Analüüsiti klapivedrude tööd eesmärgiga vähendada klappide ebaloomulikku liikumist (põrklemist ja nukkvõlliga kontakti kaotamist). Lõpptulemuseks saavutas antud töö oma eesmärgi ning saadud tulemuste baasil valminud klapitõusu graafikute põhjal valmistati Inglismaal Newman Cam Ltd. uued nukkvõlli profiilid. Nukkvõllide tootmisel kasutati toorikuna Yamaha YZF-R6 originaal nukkvõlle mis lihtsalt vajalikku mõõtu ülelihviti.

The purpose of this thesis was to design the intake and exhaust camshafts for FEST12 formula student car to achieve better engine performance on higher loads and speeds. The first part of this thesis concentrates engines conceptual studies, which meant analyzing past development work, the results of the simulations and the actual characteristics of the engine with different configurations. In that part the engines overall concept was established and baseline task was formed. In second part of this thesis, engine virtual 1D model was created and important aspects were investigated which reflect the accuracy of virtual model. For 1D simulation work the Lotus Engine Simulation software were used. After the engine model was established the valve timing events were studied. Goal was to increase engines performance on higher speed (8 000…13 000 rpm) with out compromising lower end torque characteristics. For that reason modified cylinder-head (intake channels) were used, which allowed significantly increases valve duration and maximum lift. It also gave a certain amount of freedom to choose a lift profile that ensures the valve kinematic and dynamic parameters without engine's performance loses. At the end higher valve duration and lift (e.g. valve time area) figures were achieved. Third part of this thesis deals with valve kinematics and dynamics analysis done in Lotus Concept Valvetrain software. Main purpose was to achieve good acceleration and jerk behavior which underlies the dynamic properties of valve mechanism. In that part overall valve actuating mechanisms loading was reduced, lubrication properties were enhanced and wear was minimized. In overall the outcome of this work satisfies the engine performance characteristics with out sacrificing the valve kinematic and dynamic behavior. Based on this work new intake and exhaust camshafts were re-grinded from Yamaha YZF-R6 original camshafts.