Il nuovo modello della Vespa Piaggio LX, esce sul mercato con motori quattro tempi 3V di diverse cilindrate:

1

Introduzione

Il nuovo modello della Vespa Piaggio LX, esce sul mercato con motori quattro tempi 3V di diverse cilindrate:

50 cm

, 125 cm

e 150 cm

.

Figura 1 Vespa LX

Ognuno di questi modelli è prodotto con diversi sistemi di raffreddamento ad aria forzata, o a liquido.

L'utilizzo di un sistema ad aria forzata semplifica la progettazione e ne riduce i costi.

Figura 2 Sistema raffreddamento Vespa LX

Nel suo normale funzionamento, le temperature raggiunte dalla testata e dal cilindro del motore 125 si

aggirano attorno ai 570°C [1]. Per mantenere le temperature delle parti calde, in un intervallo di sicurezza

per la vita del motore, si utilizza una ventola di tipo pale indietro direttamente calettata sull'albero motore

e un convogliatore che indirizza il flusso sulle parti calde.

2 La portata necessaria a smaltire queste temperature è circa 400 m

/h, secondo la teoria [1]. Il tipo di ventola utilizzata, mostrata in fig. 4,

Figura 3 Ventola a pale indietro e ventola a pale avanti.

riesce senza problemi a soddisfare le richieste del motore 125. Essa è applicata insieme ad un convogliatore dalla classica forma a chiocciola.

Il motore utilizzato, ha un numero di giri massimo pari a 9000 giri/min, una potenza massima di 9 KW raggiunta a circa 7000 giri/min. Da una prima analisi, si evince chiaramente che una ventola come quella di figura 4 riesce a generare senza problemi la portata desiderata, senza creare problemi di eccessiva rumorosità o eccessivi consumi.

I dati tecnici della girante in questione sono:

n° pale D

D

β

Β

Altezza

18 52 mm 125 mm 52° 42° 22 mm

Si rimanda al capitolo 4 per i particolari sulle prove sperimentali e i dati ottenuti con la geometria in questione.

La casa Piaggio, monta lo stesso sistema di raffreddamento sul modello Vespa LX 150. Questo però, non riesce a garantire la portata d'aria necessaria a smaltire il calore nel motore di cilindrata superiore. I team di progettazione della Vespa LX hanno inizialmente risolto il problema con l'inserimento di una ventola semi- pala avanti, con un angolo di uscita β

pari a 92° fig.3. La girante scelta ha le seguenti caratteristiche:

n° pale D

D

β

Β

Altezza

18 84 mm 125 mm 92° 22 mm

3 Questa, pur riuscendo a convogliare una portata sufficiente a smaltire il calore in eccesso, ha evidenzato, durante le prime prove sperimentali, diversi problemi tutti riconducibili alla natura fluidodinamica.

In particolare si è riscontrato un rumore di tipo tonale e uno di tipo broadband tutti riconducibili alla geometria della girante e all'angolo di tongue, angolo formato tra l'uscita tangenziale del fluido e la traiettoria a spirale.

Figura 3 Sezione voluta e ventola, con particolare dell'angolo di tongue.

Figura 4 Analisi acustica pala avanti.

4 Come è logico pensare, un rumore troppo forte è sintomo di un malfunzionamento, di energia dissipata in rumore e quindi non utilizzata per lo scopo iniziale. Sotto queste ipotesi, dopo una prima indagine acustica fatta dal team R&D della Piaggio S.p.A. [2], della quale si vede in figura 5 il risultato dove si evidenza il picco di dB, si è deciso, di analizzare l'aspetto fluidodinamico della girante, per cercare di capire in quale direzione bisognava andare per fare dei miglioramenti geometrici che attenuassero questi difetti.

L'oggetto di questa tesi è proprio questo, ed il percorso seguito è il seguente.

Il primo passo effettuato è stato lo studio della girante attraverso un modello CFD, che è stato poi validato

sperimentalmente, per capire quanto il modello fosse attinente alla realtà. Dopo di ciò, è avvenuta la fase

di caratterizzazione della girante, per capire il suo campo di lavoro e determinarne pregi e difetti. Grazie a

questa fase, è stato possibile concepire una modifica della girante senza modificarne l'ingombro; l'ipotesi

della nuova geometria è stata immediatamente simulata al calcolo CFD. Osservando i netti miglioramenti,

la girante modificata è stata poi realizzata e provata sul banco di prova, dove sono stati effettuati vari test

fluidodinamici e acustici che hanno confermato la predizione del calcolo CFD.

5 Bibliografia

[1] G. Bocchi, Motori a quattro tempi, Hoepli, 2006;

[2] P. Badalassi, Piaggio&C. S.p.A. Centro tecnico motori due ruote, Sperimentazione motori, Rapporto di

prova, 16/04/2012.