Design of an innovative engine used as range extender for electric vehicles

The present work is based on the cooperation between Polytechnic of Milan and Robby Moto Engineering S.r.l., whose object is the development of a new internal combustion engine used as range extender on electric vehicles. The principal activities done and here explained concern the assessments and the dimensioning of the principal components of the range extender, such as the crankshaft, the connecting rods and the stator of the electric generator. Both static and fatigue assessments have been performed on the crankshaft and on the connecting rods, which are the most stressed components. The used criteria are the Von Mises and Guest-Tresca for the static assessments and the Sines one for the fatigue assessments. Moreover, the crankshaft is composed by three pieces, that are joined by interference fit coupling, so the tolerances have been selected. The stator of the electric generator, that is made of aluminium 6060, is composed by two pieces connected by a friction bolted joint, so it has been necessary to perform an elastic-plastic analysis on the threaded holes and a slipping analysis of the friction joint. All the components have been analysed with the fundamental help of computer aided engineering (CAE), which today is widely used for the stress analysis phase, allowing to reduce the testing costs.

Il presente lavoro è basato sulla cooperazione fra il Politecnico di Milano e Robby Moto Engineering S.r.l., il cui oggetto è lo sviluppo di un nuovo motore a combustione interna che viene utilizzato come range extender su veicoli elettrici. Le principali attività, qui svolte ed illustrate, riguardano le verifiche ed i dimensionamenti dei principali componenti del range extender, che sono l'albero a gomiti, le bielle e alo statore del generatore elettrico. Sull'albero a gomiti e sulle bielle, che sono i componenti più sollecitati, sono state effettuate sia verifiche statiche sia verifiche a fatica. I criteri utilizzati per le verifiche statiche sono stati il Von Mises e il Guest-Tresca, mentre per le verifiche a fatica è stato usato il criterio di Sines. Inoltre, dato che l'albero a gomiti è composto da tre pezzi uniti fra loro tramite accoppiamento per interferenza, è stato necessario calcolarne le tolleranze. Lo statore del generatore è composto da due pezzi in alluminio 6060, uniti fra loro da una giunzione bullonata che lavora per attrito, quindi è stato necessario effettuare un'analisi elasto-plastica dei fori filettati e una verifica di slittamento del giunto. Per eseguire le analisi, l'aiuto del computer aided engineering (CAE), che al giorno d'oggi è largamente usato per l'analisi delle tensioni, è stato fondamentale, permettendo di ridurre i costi nella futura fase di testing.