Formula Student -moottorin kehitystyö

Abstract

The objective of this Bachelor’s Thesis was to design a new engine for Formula Student Race car for Helsinki Polytechnic for season 2007. The goal was to develop the first naturally aspirated engine compared to previous use of turbocharged engines. Reason for this change was to increase track performance, reduce the fuel consumption and make the car more driveable at track conditions.

Design processes were started by gathering knowledge about the good and bad things from the previous engines.

Because the correct modelling the engine mathematically is extremely challenging several simulation software’s were used to model the engine. The use of these programs was very useful compared to calculating with traditional methods.

The plan was to use simulating and pre-testing as much as possible before installing the engine to the car. This way it was possible to use the limited testing period as efficient as possible.

Results from practical testing period and experiences from race events showed that the car’s track performance capabilities was improved compared to previous cars.

Engine development during season 2007 proved that using naturally aspirated engine in Formula Student racecar was very wise and competitive solution compared to using a turbocharged engine.

Tämän insinöörityön tarkoituksena oli suunnitella moottori Helsingin ammattikorkeakoulun Formula Student -kilpa-autoprojektiin kilpailukaudelle 2007. Tavoitteena oli kehittää ensimmäinen vapaasti hengittävä moottori edellisten autojen turboahdettujen moottoreiden sijaan. Tämän muutoksen tarkoituksena oli lisätä auton ratasuorituskykyä, vähentää polttoaineenkulutusta ja parantaa auton käsiteltävyyttä.

Suunnittelun alussa kartoitettiin edellisten moottoreiden hyvät ja huonot puolet ja ideoitiin mahdollisia parannuskeinoja sekä tapoja niiden toteuttamiseen.

Koska moottorin mallintaminen matemaattisesti on hyvin haastavaa, käytettiin suunnittelun alkuvaiheesta asti erilaisia simulointiohjelmia. Ohjelmien käyttö oli tehokasta verrattuna perinteisiin laskentamenetelmiin, koska niillä pystyttiin laskemaan tuhansia laskutoimituksia lyhyessä ajassa.

Moottorin testaamiseen ja simulointiin haluttiin käyttää mahdollisimman paljon aikaa ennen sen sijoittamista varsinaiseen autoon. Tällä tavoin saatiin verrattaen lyhyt suunnittelu- ja testiaikataulu käytettyä mahdollisimman hyvin hyödyksi.

Käytännön testaaminen ja kilpailuista saatu palaute osoitti, että auton suorituskykyä ja käsiteltävyyttä saatiin parannettua huomattavasti vuoden 2006 autoon verrattaessa.

Vuoden 2007 moottorin kehitystyön tuloksena havaittiin vapaasti hengittävän moottorin olevan kilpailukykyinen Formula Student -kilpailuluokassa verrattaessa turboahdetun moottorin käyttämiseen.