Analisi del posizionamento motore negli autoveicoli con disposizione longitudinale e valutazione della configurazione a motore anteriore centrale

This thesis wants to highlight the criticality of the positioning of the engine and gearbox on cars, the so-called powertrain, and describe the evolutionary efforts made by manufacturers to achieve low center of gravity, low moment of inertia in roll, yaw and pitch. The efforts made by the manufacturers are due both to intrinsic benefits well perceived by the end user, as well as superior ride, safety and comfort. Improved driving dynamics ensure reduced load transfers that no active electronic system can compensate. Examining the cars with longitudinal layout offered by the major manufacturers, the objective of positioning the engine as far back and as low as possible is evident, in order to have the most even weight distribution possible between the front and rear axles, so as to maximize both lateral and longitudinal dynamics. The commercial necessity to offer variants of cars equipped with four-wheel drive, the use of 4 and 6-cylinder engines (mostly in-line), the necessary technical positioning of the assisted steering axle around the wheel center, the use of automatic transmissions with 7-8-9-10 gears to reduce consumption have imposed the positioning of the engine above the front wheel axle. This thesis is intended to demonstrate that, without prejudice to in-line 4-cylinder engines, the use of 6- and 8-cylinder V engines allows the engine to be positioned completely behind the (virtual) front wheel axle. This also eliminates the vertical positioning constraints caused by all-wheel drive and steering axle, allowing significantly lower positioning (up to the constraint of maximum ground clearance) with significant advantages in center of gravity position, reduced load transfers, reduced moments of inertia, roll and pitch.

Questa tesi vuole porre in evidenza la criticità del posizionamento del motore e del cambio sulle automobili, il cosiddetto powertrain, e descrivere gli sforzi evolutivi compiuti dalle case costruttrici per ottenere baricentro basso, basso momento polare di inerzia in rollio, imbardata e beccheggio. Gli sforzi fatti dalle Case Costruttrici sono dovuti sia a benefici intriseci ben avvertiti dall’utilizzatore finale, oltre ad una sicurezza di marcia superiore e ad un confort superiore. Una migliore dinamica di marcia garantisce ridotti trasferimenti di carico che nessun sistema elettronico attivo riesce a compensare. Esaminando le automobili con disposizione longitudinale offerte delle maggiori Case costruttrici appare evidente l’obiettivo di posizionare il motore il più indietro e il più basso possibile, per avere una ripartizione dei pesi il più omogenea possibile tra l’asse anteriore e posteriore in modo da massimizzare la dinamica sia laterale che longitudinale. La necessità commerciale di dover offrire varianti di auto dotate di trazione integrale, all’utilizzo di motori 4 e 6 cilindri per lo più in linea, il necessario posizionamento tecnico dell’asse della sterzatura assistita nell’intorno del centro ruota, l’uilizzo di cambi automatici a 7-8 marce atti a diminuire i consumi, hanno imposto il posizionamento del motore sopra l’asse delle ruote anteriori. Questa tesi si propone di dimostrare che, fermo restando le motorizzazioni a 4 cilindri in linea, l’utilizzo di motori a 6 e 8 cilindri a V permette di posizionare motori dietro l’asse (virtuale) delle ruote anteriori. In questo modo, inoltre, si eliminano i vincoli di posizionamento in verticale causati da trazione integrale ed asse dello sterzo, permettendo un posizionamento sensibilmente più in basso (fino al vincolo della massima distanza dal suolo) con consistenti vantaggi nella posizione del baricentro, riduzione dei trasferimenti di carico, riduzione dei momenti di inerzia polari, rollio e beccheggio.