STUDIO DI MASSIMA DI UN MOTORE DIESEL A DUE TEMPI AD INIEZIONE DIRETTA PER USO AERONAUTICO

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1 STUDIO DI MASSIMA DI UN MOTORE DIESEL A DUE TEMPI AD INIEZIONE DIRETTA PER USO AERONAUTICO Relatore: Prof. Ing.. L. Piancastelli Correlatori: Prof. Ing.. F. Persiani Prof. Ing.. A. Liverani Candidato: Mainetti Manuele Università degli studi di Bologna - A.A. 2003/ luglio 2004 Corso di laurea in ingegneria meccanica

2 Motivazioni per un diesel aeronautico Sicurezza (ridotta infiammabilità) Economia di esercizio (alti rendimenti e basso costo carburante) Rapporto peso/potenza favorevole Tesi Spadoni (mostra come sia possibile, con le tecnologie attuali, costruire una famiglia di motori diesel common-rail competitiva nella fascia di piccole potenze con i motori alternativi a benzina esistenti e nella fascia alta con i più piccoli gruppi turboelica; avendo potenze specifiche di 70 kw/litro e rapporti peso/potenza dell ordine di 1,5 kw/kg)

3 Obbiettivi del progetto Si vuole ponderare la possibilità di costruire un motore due tempi sfruttando tutti i vantaggi dei Diesel ad iniezione diretta Common rail con sovralimentazione Partendo da studi già fatti da altre tesi si vuole arrivare ad un u risultato soddisfacente in termini di pesi e dimensioni usufruendo dei vantaggi dati da un motore due tempi P p Vc τ me 2 n = τ = 2 A parità di altre condizioni si ha in teoria la possibilità di avere una potenza doppia rispetto ad un motore a quattro tempi

4 Specifiche del progetto Elevato grado di sicurezza e possibilità di certificazione Minimizzazione degli ingombri: dimensioni massime fornite dal vano Minimizzazione dei pesi Minimizzazione del numero di parti Potenza 350 CV a 2500 giri/min da 0 a 5000 m Rendimento minimo 35% Velocità elica 2700 giri/min Continuità con la tradizione aeronautica per favorire l installazione e la manutenzione

5 Punti di partenza Architettura a V molto aperto (circa 120 ) Struttura a monoblocco 4 valvole di scarico con alberi a camme in testa Sistema biella a forchetta Dimensioni del vano: L=800, H= , S=930 Peso dell ordine dei 170 kg S (seguendo le considerazioni della tesi Spadoni) H L

6 Ciclo termico Vcc = 3016 cm 3 s/d = 1,25 ρ = 20,8 ρu = 18,5 ηtot = 35% pmax = 224 bar vm = 8,33 m/s n = 2500 giri/min z = 6 cilindri ρc = 2,8*1,2 A TERRA pme = 20,47 bar pmax = 224 bar Pe = 350 CV IN QUOTA (5000 mslm) pme = 10,13 bar pmax = 124 bar Pe = 173 CV SOVRALIMENTAZIONE AGGIUNTIVA

7 Sistema di sovralimentazione P = 350 CV ρ*aria = 3323 g/m 3 1 Compressore: Intercooler: ρc = 2,8 ρt = 4,83 ρ*aria = 2267 g/m 3 T = 105 K Tf = 58 C ρ*aria g/m 3 aria = 2986 Compressore volumetrico: ρc = 1,2 ρ*aria g/m 3 aria = 3353

8 Sistema di sovralimentazione P = 350 CV ρ*aria = 3323 g/m 3 2 Compressore: Aftercooler: ρc = 1,8 ρt = 1,96 ρ*aria = 2135 g/m 3 T = 130 K Tf = 57 C ρ*aria g/m 3 aria = 2975 IN QUOTA (5000 mslm) pme = 20,47 bar pmax = 223 bar Pe = 350 CV

9 Presentazione proposta 1 VANTAGGI Monoblocco totale Canne cofuse d acciaio Maggiore rigidezza Assenza di viti Canne in umido ben raffreddate SVANTAGGI Difficoltà di fusione Centraggio delle luci Difficoltà nell ottenere le precisioni volute

10 Presentazione proposta 2 VANTAGGI Canne cofuse d acciaio Canne in umido ben raffreddate Semplicità di fusione Semplicità di lavorazione SVANTAGGI Esilità del gruppo testata cilindro Minore rigidezza Sforzi concentrati alla base del cilindro

11 Presentazione proposta 3 VANTAGGI Maggiore rigidità Canne cofuse d acciaio Canne in umido ben raffreddate Semplicità costruttiva SVANTAGGI Necessità di viti Difficoltà di centraggio delle canne Guarnizione di testa Canne non a barattolo e quindi testa più pesante

12 Proposta definitiva AUSILIARI POSTERIORI DISTRIBUZIONE TESTA UNICA DOPPIO ALBERO A CAMME COMPRESSORE VOLUMETRICO BASAMENTO A V 120 TURBOCOMPRESSORE CARTER SECCO RIDUTTORE ELICA AUSILIARI ANTERIORI

13 Proposta definitiva VANTAGGI Semplicità costruttiva Elevata rigidezza Geometria adatta al tipo di architettura Ottimizzazione dei vani Canne in umido SVANTAGGI Necessità di viti Impiego di canne cromate Guarnizione di testa Testa più pesante

14 Basamento Compressore volumetrico fra le bancate Monoblocco di lega d Alluminio Elevata rigidezza Testata unica Carter secco Pesi ridotti V 120

15 Manovellismo 1 perno per 2 bielle Biella a forchetta Pistone lungo Corsa lunga 4 segmenti

16 Punterie e distribuzione Distribuzione a doppia cinghia dentata Doppio albero a camme in testa 4 valvole di scarico

17 Ausiliari anteriori Pompa del vuoto Lento Trasmissione ad ingranaggi Alternatore secondario Diretto sull albero a gomiti Conversione elettronica A.C. > C.C. Modello motociclistico

18 Ausiliari posteriori Pompa olio Lento Diretto sull albero a gomiti Pompa acqua Lento Trasmissione a doppia cinghia dentata Pompa iniezione Lento Trasmissione a doppia cinghia Alternatore dentata primario Veloce Diretto sull albero condotto del volumetrico Motorino d avviamento Veloce Ingranaggi dal compressore volumetrico

19 Conclusioni Peso 100 kg (101,3 kg) Dimensioni del vano rispettate Prestazioni raggiunte, ci sarà un certo margine a causa degli ausiliari (circa 20 CV) Sistema di sovralimentazione soddisfacente (avvalorato dalle tesi Fini e Lanzarini) Manca la continuità con la tradizione essendo un tipo di motore innovativo

20 Sviluppi futuri Studio nel dettaglio del tipo di compressore volumetrico più appropriato Studio delle geometrie migliori per le luci di aspirazione Impiegare solo cinghie per la trasmissione del moto agli ausiliari ed all elica Spostare tutti gli ausiliari sul retro Valutare la fattibilità di un architettura a V rovesciato per evitare il riduttore all elica e collegarla direttamente all albero a gomiti Sostituzione del volumetrico con una bombola d aria compressa (per l accensione) ed un compressore centrifugo superiore in termini di ρ C (per il volo)

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