ANALISI COMPARATIVA DI GRUPPI TURBOCOMPRESSORI COMMERCIALI ADATTI A MOTORI AERONAUTICI

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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale ANALISI COMPARATIVA DI GRUPPI TURBOCOMPRESSORI COMMERCIALI ADATTI A MOTORI AERONAUTICI Tesi di Laurea di : Domenico Renna Relatore : Prof.Ing.Luca Piancastelli

2 Il mio studio riguarda un progetto di trasformazione di un motore Diesel terrestre in Aeronautico Il propulsore oggetto dello studio è il 1.9 jtd Fiat. Montato sul banco prove di Forlì è stato modificato nella meccanica. Potenza portata da 105 a 165 cv modificando la valvola Wastegate, pistoni, iniettori, turbo.

3 Caratteristiche Tecniche del Motore 1.9 Jtd modificato per uso aeronautico Numeri di cilindri: 4 in linea Diametro per corsa (mm ) : 82x90.4 Cilindrata (cm ³ ) : 1910 Rapporto di compressione 18,45 : 1 Potenza massima : 160 CV (117 KW) Rpm max :3800 = rad/s Coppia max = 296 Nm Trasmissione della distribuzione : cinghia dentata Alimentazione ad iniezione diretta Turbosovralimentazione ad interrefrigerazione Sovralimentazione a terra β =3

4 P me = ρ K ' η V η C η th η i η 0 Problemi relativi all adattamento del motore 1.9 Jtd all uso aeronautico Poiché il propulsore dovrà funzionare ad una quota di 10 km sul livello del mare, esso si troverà in un ambiente in cui la l aria è molto più rarefatta; ciò implica una notevole riduzione della potenza, essendo essa legata alla densità dell aria. Ricordo la relazione : P = ρ K' 2n n /τ/ Vc ηvηth ηi ηo ηc

5 Soluzione del problema legato alla diminuzione della densità dell aria Nei motori aeronautici si ricorre alla sovralimentazione di ripristino,, per ovviare al problema della riduzione di potenza che si ha in quota.

6 L attuale compressore non è in grado di raggiungere il rapporto di compressione elevato, richiesto dal progetto, con rendimenti accettabili

7 Scopo della Tesi Il lavoro è proceduto nella ricerca di mappe di turbocompressori, esistenti in commercio; ciò per evitare uno studio ex novo di progettazione e per ridurre i relativi costi. Il tutto è stato fatto per soddisfare le specifiche richieste del progetto, cioè avere un elevato rapporto di compressione (β),( con rendimento ottimale dell ordine di Le direttrici di ricerca sono state due : in autofficine e su Internet

8 Direzione delle ricerche 1) La prima ha fornito pochi dati,poiché le autofficine di Modena, di Bologna e di Forlì,, a cui mi sono rivolto, non sono dotate di mappe per l elaborazione e l ottimizzazione l dei dati, ma si occupano solo di riparazione dei turbocompressori. 2) La seconda ha, invece, fornito un consistente numero di dati con i quali è stato possibile effettuare un analisi comparativa più dettagliata.

9 Materiale reperito in autofficina

10 Ricerca su internet Mi sono soffermato, per il mio lavoro, su 72 mappe evinte da Internet. Il materiale riguarda i turbocompressori prodotti dalle seguenti aziende: Borg Warner (ex KKK) Mitshubishi Garrett IHI Vortech Vortron

11 Viene riportata una mappa rappresentativa per ogni Azienda. KKK Mitshubishi Garrett IHI Vortech Vortron

12 Raccolta dati Ho raccolto tutti i dati relativi alle 72 mappe dei compressori seguendo tre diversi criteri : massimo rapporto di compressione in corrispondenza delle curve di livello di massimo rendimento; massima portata in funzione del rapporto di compressione ; minima portata in funzione del rapporto di compressione. Tutti i dati sono stati riportati in diagrammi

13 Diagramma 1 Massimo rapporto di compressione in corrispondenza delle curve di massimo rendimento Grafico 1 rapporto di compressione 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, ,5 1 1,5 portata aria m 3 /s a 20 C

14 Diagramma 2 Rapporto di compressione in funzione della massima portata Grafico 2 rapporto compress 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, ,5 1 1,5 2 portata m 3 /s

15 Diagramma 3 Rapporto di compressione in funzione della minima portata Grafico 3 rapporto compress. 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,2 0,4 0,6 0,8 portata m 3 /s

16 Osservazioni Dal confronto tra i tre diagrammi si osserva chiaramente che i massimi rapporti di compressione, in funzione dei rendimenti migliori, raggiungono valori elevati, dell ordine di 3.2, nel primo diagramma.

17 Diagramma 1 : max η max β 3 Gt 40 T 61 β 2,8 2,6 2,4 2,2 2 TD04H-16T T3 50 Gt 20 TD04H-18T T3 60 T04E-40 T04E-46 Gt 28 RS K 14 K 26 TD04H-19T TD06 20G T3 45 T3 super 60 K03 K04 TD05 16L K16 TD05 16s K24 TD05 14G K2672 T3 40 Gt 22 IHI 3911 Gt 25R T04B-S3 T04E-54 Gt 3071R Gt 32 T04E-50 T04E-57 Gt 35 Gt 2540 Gt 37 T04B V1/V2 T04B-H3 T04B 60-1 Gt 30R 0,1 0,2 0,3 0,4 Gt 35R T 58 T04B-S3 T64 Portata aria m³ m / s Dal diagramma si deduce che i valori sono molto bassi per ottenere una sovralimentazione di ripristino adeguata.

18 Conclusioni Si dovrà,, pertanto, ricorrere a soluzioni alternative, affinché vengano rispettate le specifiche di progetto richieste, come, ad esempio, adottare 2 turbocompressori in serie che innalzerebbero la pressione di mandata al motore a livelli superiori.

19 Come si deduce dalla precedente mappa, nel motore 1.9 jtd è già presente una sovralimentazione di potenza con un rapporto di compressione a terra pari a β=3, già molto elevato, ma non sufficiente per raggiungere la sovralimentazione di ripristino. Il nuovo rapporto β,, da ricercare, dovrà essere molto più elevato di quello già presente

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