Studio delle modifiche da effettuare sull iniettore-pompa AUDI per impieghi aeronautici

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale Studio delle modifiche da effettuare sull iniettore-pompa AUDI per impieghi aeronautici Tesi di laurea di: Relatore: Marco Molinari Prof. Ing. Luca Piancastelli

2 Il sistema iniettore-pompa Componenti del sistema Pompa di bassa pressione (7.5 bar) Circuito a bassa pressione Elementi iniettore-pompa Centralina elettronica Caratteristiche tecniche Pressione di iniezione fino a 2050 bar Preiniezione ed iniezione master (solo due fasi iniettanti possibili) La pressione di iniezione dipende linearmente dal numero di giri 2

3 Il sistema iniettore-pompa Ha il compito di: Incrementare la pressione del carburante Fasare preiniezione ed iniezione master Mantenere la pressione per tutta la durata dell iniezione Effettuare il ricircolo del carburante Effettuare l aspirazione per il ciclo successivo 3

4 Q traf = L equazione di continuità V dp dv + = Q i B dt dt La formulazione delle portate b 12 3 h µ l L iniettore-pompa automobilistico Il modello fluidostatico Q eff = C d A ρ p 2 p i Portata di trafilamento Portata di efflusso turbolento Q pomp = A v Portata di pompaggio 4

5 L iniettore-pompa automobilistico Il modello fluidostatico Sottomodello portata di efflusso (metodo Baldini, si ringrazia per la collaborazione il Professor Piero Pelloni) 5

6 L iniettore-pompa automobilistico Il modello fluidostatico Sottomodello portata di efflusso (Baldini) Coefficiente di comprimibilità elastica Densità Viscosità dinamica 6

7 L iniettore-pompa automobilistico Il modello fluidostatico Sottomodello portata di efflusso (Baldini) Densità 7

8 L iniettore-pompa automobilistico Il modello fluidostatico Sottomodello portata di efflusso (Baldini) Viscosità dinamica 8

9 L iniettore-pompa automobilistico Risultati simulazione numerica Velocità di rotazione del motore 6000 giri/minuto Gasolio iniettato in preiniezione 10.5 mm 3 Durata della preiniezione secondi Gasolio iniettabile in iniezione principale 157 mm 3 Durata massima dell iniezione principale secondi Gasolio complessivamente iniettabile 167 mm 3 Durata massima delle fasi iniettanti secondi Forza massima sviluppata sul bilanciere N 9

10 L iniettore-pompa automobilistico Risultati simulazione numerica 81% del carburante iniettato ad una pressione superore ai 1800 bar Gasolio iniettato in camera di combustione 7, preiniezione transitorio da transitorio a

11 L iniettore-pompa automobilistico Risultati simulazione numerica 81% del carburante iniettato ad una pressione superore ai 1800 bar Andamento della velocità della pompante da7,5 a 100 velocità [mm/sec] Intervalli di pressione da 100 a 180 Preiniezione Transitorio da transitorio a 400 da 400 a 600 da 600 a 800 da 800 a 1000 da 1000 a 1200 da 1200 a 1400 da 1400 a 1600 da 1600 a 1800 da 1800 a

12 L iniettore-pompa automobilistico Risultati simulazione numerica 81% del carburante iniettato ad una pressione superore ai 1800 bar Andamento dello spostamento della pompante nel tempo (gasolio) 12 Spostamento [mm] ,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 Tempo [secondi] 12

13 L iniettore-pompa automobilistico Risultati simulazione numerica 81% del carburante iniettato ad una pressione superore ai 1800 bar Andamento delle portate d'iniezione del gasolio nel tempo Portata [mm3/s] ,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 Tempo [secondi] 13

14 Modifiche avio L iniettore-pompa aeronautico dovrà: avere i connettori di aspirazione e ritorno carburante in posizioni facilmente ispezionabili Soddisfare le richieste specifiche del motore che dovrà equipaggiare adottare un combustibile adatto all utilizzo aeronautico come il kerosene essere rivestito dove nessario con materiali autolubrificanti per sopperire alle problematiche introdotte dal nuovo carburante 14

15 L iniettore-pompa aeronautico 15

16 L iniettore-pompa aeronautico Riprogettazione condotti interni Connettori carburante in posizione esterna Rivestimenti con Materiali autolubrificanti in zone critiche Aumento area di efflusso carburante (da 4 a 6 fori) 16

17 L iniettore-pompa aeronautico Risultati simulazione numerica Velocità di rotazione del motore giri/minuto Kerosene iniettato in preiniezione 10.5 mm 3 Durata della preiniezione secondi Kerosene iniettabile in iniezione principale 156 mm 3 Durata massima dell iniezione principale secondi Kerosene complessivamente iniettabile 166 mm 3 Durata massima delle fasi iniettanti secondi Forza massima sviluppata sul bilanciere N 17

18 L iniettore-pompa aeronautico Risultati simulazione numerica Aeronautico Confronto delle velocità della pompante velocità [mm/secondo] da7,5 a 100 da 100 a 180 Preiniezione Transitorio da transitorio a 400 da 400 a 600 da 600 a 800 da 800 a 1000 da 1000 a 1200 da 1200 a 1400 da 1400 a 1600 da 1600 a 1800 da 1800 a 2000 Automobilistico 18

19 L iniettore-pompa aeronautico Risultati simulazione numerica Andamento dello spostamento della pompante nel tempo (gasolio) Andamento dello spostamento della pompante nel tempo (kerosene) Spostamento [mm] Spostamento [mm] ,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0, ,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 Tempo [secondi] Tempo [secondi] 19

20 Conclusioni Lo studio della soluzione iniettore-pompa per utilizzo aeronautico ha portato a : Modifiche geometriche all elemento originale Sostituzione del carburante da impiegare Applicazione di rivestimenti autolubrificanti (NCC) nelle zone critiche Lo sviluppo di un software in grado di simularne il comportamento fluidostatico 20

21 Il processo di iniezione Aspirazione carburante La pompante viene spinta verso l alto dall azione della molla Il carburante viene aspirato in camera di alta pressione 21

22 Il processo di iniezione Inizia la preiniezione La centralina comanda la chiusura dello spillo dell elettrovalvola La pompante inizia la sua corsa di discesa Il carburante pressurizzato a 180 bar solleva lo spillo polverizzatore Avviene la preiniezione 22

23 Il processo di iniezione Il processo di iniezione Termina la preiniezione La centralina mantiene la chiusura dello spillo dell elettrovalvola La pompante continua la sua corsa di discesa Il carburante pressurizzato oltre i 180 bar sposta il pistone di by-pass Termina la preiniezione 23

24 Il processo di iniezione Inizia l iniezione principale (iniezione master) La pompante è nella fase di più rapida discesa Il pistone di by-pass ha aumentato la rigidezza della molla A circa 300 bar si risolleva lo spillo polverizzatore Inizia l iniezione master 24

25 Il processo di iniezione Il processo di iniezione Termina l iniezione principale (iniezione master) La centralina comanda l apertura dello spillo dell elettrovalvola La pompante completa la sua corsa di discesa Pistone by-pass e spillo polverizzatore tornano in posizione originale Il carburante in eccesso può refluire nel condotto di aspirazione 25