ELEKTRONIKA
Feladataink közé tartozik a motorunk vezérlőegységének programozása, a hozzá szükséges szenzorok beszerzése, beépítése, kalibrálása, és az ezeket összekötő kábelköteg legyártása. Ide tartozik még a fékpadi és az autós tesztekhez szükséges előkészületek, és a tesztek lebonyolításának egy része.
Az EVO1 és EVO2 motorjainkhoz a Bosch Motorsport által biztosított MS4 motorvezérlőt és szenzorokat használtuk, egyedi kábelköteget építettünk, melyhez hozzátartozik még egy vezeték-nélküli telemetria rendszert is, mellyel távolról lehet motorunk 15 különböző paraméterét leolvasni, rögzíteni.
Az EVO3 motorunknál a költséghatékonyság és az egyszerűség jegyében egy KTM motorvezérlőt és elektronikát használunk, melyhez csak egy kiegészítő kábelköteget építettünk. Mindezek mellett a többi részleg rendelkezésére állunk, amennyiben a fejlesztéseikhez szükséges elektronika is, ilyenek például az elektro-pneumatikus váltó-, elektro-hidraulikus kuplung-, vagy éppen a szívócsőhossz-aktuálás. Mindezek során gyakran használunk mikrovezérlőket, melyekkel C nyelvű programozási ismereteinket fejleszthetjük.
A készülő fékpadunk sem tudna elektronika nélkül üzemelni, így itt is kivesszük a részünket a munkából. Csapattagjaink megismerkedhetnek a villamos gépek vezérlésével, melyet egy frekvenciaváltóval végzünk el. Ennek és a háztechnikának a szabályozása egy, az NI Hungary Kft. által biztosított CompactDAQ rendszeren keresztül, egy PC-n futó LabVIEW programmal történik.
Fékpadi méréseink során fontos a motorunk különböző paramétereinek (hőmérsékletek, nyomások, térfogatáramlások, nyúlások…) a mérése és ezen eredmények rögzítése. Ezeket szintén egy CompactDAQ mérésadatgyűjtő rendszerrel valósítjuk meg.
HŰTÉS-KENÉS
A hűtés-kenés részlegen a csapattagok feladata hogy kiépítsék a motor olaj- és vízkörét. Biztosítanunk kell az alkatrészek optimális hőmérsékletét és az olajozottságát, emellett arra is törekszünk, hogy a rendszer tömege a lehető legkisebb legyen. A motor működéséhez elengedhetetlen a megfelelő mennyiségű olaj, illetve víz rendszerbe juttatása, csak úgy mint az elszívás és a keringetés.
A többi részleggel együttműködve az alkatrészeink megtervezése elhelyezése és gyártatása is része a munkánknak. Az egyes részeknek (pl. olajpumpa) nem csak önmagukban, hanem a teljes rendszert nézve és tökéletesen kell illeszkednie. A különböző részegységek közötti összeköttetések (furatok, csövek) biztosítása is feladatunk. A tervezés nagy része Creo 2.0 programmal valósul meg, azonban bizonyos alkatrészeket CFD szimulációval próbálunk optimalizálni.
Rendszerünkben jelenleg egy gyári alumínium vízpumpát használunk egyedi rotorral, hogy kibírja a rá nehezedő terheléseket. Olajpumpánk saját tervezésű trochoid típusú, 120 liter/1000 pumpa fordulat/ óra szállítókapacitással. Az olajtartály 800ml olaj tárolására képes, beépített lecsepegtetővel és kartergáz leeresztővel. Az EVO 3-mas motornál a szárazkarteres megoldást választottuk,oldalankénti elszívással hogy a verseny során a motort érő oldalgyorsulás ellenére is probléma mentes legyen az olaj keringetése.
HENGERFEJ
Jelenlegi hengerfejünk alapja egy széria KTM hengerfej. Ez az SOHC vezérlésű, négy szelepes széria hengerfej egy kiváló kiindulási alap tömegénél, áránál, versenyképességénél fogva. Azonban, hogy még versenyképesebbé váljon, több fejlesztést is végeztünk rajta.
Elsősorban a vezérlést fejlesztettük tovább, így született meg egy egyedülálló fokolható vezérműtengely, egyedi vezérmű bütyökprofilokkal. Ehhez tartozóan készült egy szintén egyedülálló fokoló készülék is a minél pontosabb és egyszerűbb fokolás érdekében. Ez a fokolható vezérműtengely, azonban csak fékpadi tesztekre fog szolgálni. Ezért jelenleg is futó projektünk egy egyedi vezérműtengely tervezése a már fent említett saját vezérmű bütyökprofilokkal.
Emellett a szelepvezérlés tovább fejlesztése érdekében egy csúszó szelephimbát is tervezünk a széria görgős szelephimba helyett, amivel még tovább optimalizálhatjuk a szelepvezérlést, ezáltal az egész töltetcserét. A versenysportban elengedhetetlen, hogy minél könnyebb motorunk legyen, így nem elég csak a szelepvezérlés elemein, hanem magán az öntvényen is minél több tömeget kell nyernünk. Ezért futóprojektjeink között van a hengerfej öntvény kikönnyítése is. Emellett fontos a mechanikai veszteségek csökkentése is, így a már meglévő alkatrészek bevonatolásával is foglalkozunk a részlegen.
Modellezéshez a Creo 2.0 – ás programot, szelepvezérlés szimulációjához az AVL ExciteTiming Drive – ot valamint végeselem szimulációs programokat is használunk. Az imént említett programok nélkül egyik projektünk se jöhetett volna létre.
TESZTRÉSZLEG
Csapatunk egyik legizgalmasabb, legösszetettebb részlege. Feladataink közé tartozik a motorjaink alkatrészeinek kezelése, ellenőrzése, összeépítése. A részlegen dolgozóknak a legapróbb részleteket is ismerniük kell a motorjainkban, így a tervezési fázisban is részt kell venniük.
Feladataink legnagyobb részét motorjaink járatása teszi ki, amik előre meghatározott tervek szerint zajlanak. A tesztek során először motorjainkat terhelés nélkül, mechanikai szempontokból vizsgáljuk, ezután következnek a terheléses tesztek.
Motorszerelés mellett autószereléssel, motorbeépítéssel is foglalkozunk, mivel csapatunk korábban vásárolt egy régebbi Formula Student autót, így a tesztek ennek köszönhetően indulhattak el. Egyetemünkön található egy stacioner görgős fékpad, aminek segítségével megtudhatjuk motorunk talajra vitt erejét
A közeljövőben motorunkat saját motorfékpadunkon fogjuk tudni tesztelni, ami a Formula Student-ben szintén egyedülálló. Ez a saját motorfékpadunk kifejezetten az általunk tervezett egyhengeres motorunk tesztelésére lett kifejlesztve.
Fontos, hogy a tesztek során felmerülő tapasztalatainkkal, eredményeinkkel visszacsatoljunk a konstrukcióra, így a következő motorunk már javított változatban készülhet el.
FORGATTYÚS MECHANIZMUS
A forgattyús mechanizmus lelke a főtengely. A harmadik generációs motorunk főtengelye egy teljesen egyedi tervezésű alkatrész, úgynevezett “teli sonkás” kivitel. Az előző motorjainkkal és sok széria egyhengeres motorral ellentétben, elhagytuk a lendítőkereket és igyekeztünk a lendítőtömeget a főtengelybe integrálni. Ennek elsősorban az volt az oka, hogy a motorunk minél kompaktabb, egyszerűbb és könnyebb legyen. Ugyanakkor azzal, hogy a lendítőtömeget a főtengelybe integráltuk, közelebb vittük a terhelést a gördülőcsapágyakhoz, megszüntettük a lendkerék tengelyvégre gyakorolt igénybevételét, és természetesen maga a tengelyvég is lerövidült.
A forgattyús mechanizmushoz tartozik még a főtengelyen levő jeladó tárcsa, a vezérlés lánckereke, az indítómotor fogaskereke és a kuplungra való áthajtás fogaskereke is. Gyári dugattyút és hajtórudat alkalmazunk, de folyamatosan dolgozunk egy egyedi fejlesztésű hajtórúdon is. A fő cél az, hogy csökkentsük a széria hajtórúd tömegét egy teljesen egyedi geometriával. Jelenleg a jeladó tárcsa főtengely sonkába integrálásán is dolgozunk, így a lendkerék után ez lenne a második alkatrész, amelyik teljesen leválna a tengelyvégről, és a főtengely sonkáiba kerülne.
A modellezést a Creo használatával, a szimulációt pedig többféle programmal végezzük. A részlegen használunk különböző végeselem modellező programokat, melyek segítségével meg tudjuk határozni az alkatrészek igénybevételeit. Az AVL programcsaládból kétféle programot is használunk. Az AVL Excite Designer-rel meg tudunk határozni különböző torziós igénybevételeket, a szögelfordulást a főtengely két vége között, a szögegyenlőtlenséget, a kritikus sebességet stb. Az AVL Excite Power Unit-ból pedig a főcsapok és a forgattyúscsap elmozdulást és elfordulását tudjuk kinyerni.
FORGATTYÚHÁZ
Mi is az a forgattyúház és mire jó? A forgattyú ház az az alkatrész ami a motor különböző alkatrészeit egybefoglalja, ez a motor „teste”.Ez egyben azt is jelenti hogy ez a részleg tartja legszorosabban a kapcsolatot a többi részleg működésével ugyanis szinte minden részleghez köze van a „testnek”. Mit lehet vele befolyásolni? A motor alkatrészeinek elrendezését ami nagyban befolyásolja a későbbi súlyeloszlást , tömegközéppontot és ezek nagyban befolyásolják egy versenyautó pályán nyújtott teljesítményét.
Első ránézésre egy forgattyú ház nem egy bonyolult alkatrész. Ha bepillantást tehetünk egy forgattyúház készülésébe máris másként fogjuk látni. Ez az-az alkatrész aminek a lehető legkisebb saját tömeg mellett kell felvennie 10-30 kN-os (1-3 „tonnás”) terheléseket viszonylag kis felületeken, melyek révén hatalmas mechanikai feszültség szinte minden irányban csak úgy „cikázik” benne. Jelenleg EVO4 forgattyúház van tervezés alatt ami elrendezés szempontjából mondhatni sokat változott EVO3 óta, és folyamatosan fejlődik, alakul.
Modellezéshez a Creo Parametric programot használjuk, illetve a modellezésen túl teljes mértékben elengedhetetlenek a végeselem szimulációk, amiket a Creo integrált szimulációs modulja mellett több más végeselemes programban is elvégzünk, mivel végeselem szimulációk nélkül nem lehetne biztosan megállapítani egy-egy kialakított geometriáról hogy hol vannak a gyenge pontjai, hol vannak túlságosan erős pontok, hol túlzottan nagy a deformáció, kb. mi a várható élettartam. A versenysportban ez különösen fontos, mert minden megnyert gramm tömegcsökkentés előnyt jelent azonos szilárdság mellett.
Ezekben a hónapokban kezdtünk el foglalkozni topológia optimálással (Tosca, Abaqus Atom), mely egy forradalmian új tervezési eljárás, ennek révén képesek lehetünk az elérhető legkönnyebb geometriát „kimarni” a modellből.
A részlegen elengedhetetlen ezek programok ismerete, valamint a részlegtagok lelkesedése az után amit csinálnak, legyen az modellezés vagy szimuláció.
VÁLTÓ
EVO3-as motorunkon integrált váltó található, melynek köszönhetően optimálisabb a helykihasználás, elrendezés. Mivel a versenysportban kiemelkedően fontos szerepet játszik a minél kisebb tömeg, így ennek a kialakításnak köszönhetően rengeteget nyertünk össztömeg szempontjából. Váltónk alapja egy kereskedelmi forgalomban kapható váltó. Az eredetileg 6 fokozatú váltóból elhagytuk az ötös illetve hatos fokozatokat, mivel tapasztalatok szerint, négy fokozat tökéletesen elég a Formula Student versenyek teljesítéséhez. Így újabb tömeget tudtunk nyerni. Az említett fokozatok elhagyása miatt lehetőségünk nyílt egyedi kapcsolótengely (kukactengely) tervezésére, mely acélból készült forgácsolással. A váltáshoz egy egyedileg tervezett teljesen mechanikus aktuálást használunk, mely húzó-nyomó kábel segítségével kapcsolja a fokozatokat.
Mostani projektjeink között szerepel az aktuálás továbbfejlesztése EVO4-es motorunkra. Lehetőségként felmerült többek között a léptetőmotoros, illetve a pneumatikus megoldás. Emellett folyik még antihopping kuplung fejlesztése, melynek előnye, hogy fékezési szakaszban nem kell külön figyelmet fordítani a hátsókerekek blokkolásnak elkerülésére. További tömegcsökkentés céljából, folytatjuk a könnyebb kapcsolótengely tervezését. Továbbá folyik a váltótengelyek újratervezése, mivel ezek könnyítése komoly előnyt jelenthet.
Részlegünkön leggyakrabban a PTC Creo 2.0 programját használjuk tervezéshez, illetve végeselem szimulációt is alkalmazunk.
LEVEGŐELLÁTÓ
A levegőellátó részleg a szívórendszerrel, a kipufogó-rendszerrel és a tüzelőanyag-ellátó rendszerrel is foglalkozik. A szívórendszernél egyelőre lengőcső feltöltéssel foglalkozunk, és ezzel javítjuk a töltetcserét, de tervben van egy turbófeltöltős motor fejlesztése is. A kialakításoknál figyelembe kell venni a Formula Student szabályokat, mely szerint etanolnál 19 mm-es szűkítőt kell alkalmaznunk, míg benzinnél 20 mm-eset. Továbbá a motor teljesítménye szempontjából az optimális csőhosszakat is figyelembe kell venni, az áramlási veszteségeket is, így a felületi érdességeket és a cső görbületi sugarát is. Ezek az apróságok mind befolyásolják a motor teljesítményét.
A cső hosszakat és az airbox térfogatát 1D-s áramlástani szimulációval kapjuk meg, AVL Boost segítségével. A kipufogó-rendszernél szintén 1D-s áramlástani szimulációval kapjuk meg a csőhosszát. Az áramlás itt is nagy jelentőséggel bír, habár az égés termék már elhagyta a hengert, a nyomáshullámok segítségével,tovább lehet növelni a motor teljesítményét. Az autó korlátozott méretei miatt nagy kihívás elhelyezni benne a megfelelő paraméterekkel rendelkező szívó-, illetve kipufogórendszert.
Az elkészült airbox geometriák közül 3D-s áramlástani szimulációval választjuk ki a legmegfelelőbbet, ha szükséges azt itt tovább finomítjuk, egy-egy lekerekítéssel, minimális geometriaváltoztatásával.
A szívó- és kipufogó rendszernél is CREO Parametric 2.0-val dolgozunk és ebben modellezünk minden alkatrészt.
A tüzelőanyag-rendszer a tanktól kiinduló csövektől az injektorig tart. Az megfelelő injektorhoz választunk benzinpumpát, nyomásszabályozót, benzinszűrőt, stb.
Minden alkatrész a legmodernebb és legkorszerűbb technika segítségével készül el, kezdve a 3D-s tervezéstől a szívócső laminálásáig.