STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DELLA VERSIONE DUE VALVOLE DELLA TESTATA DEL MOTORE VD

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1 STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DELLA VERSIONE DUE VALVOLE DELLA TESTATA DEL MOTORE VD 007 Tesi di laurea di: Stefano Zaccaria Relatore: prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatore: Dott.Ing Cristina Renzi 1

2 OBIETTIVI DELLA TESI Evoluzione del lavoro dell Ing.Nanni che ha creato la versione common rail del VD 007 Studio e ottimizzazione della testata passando ad una configurazione a 2 valvole così da realizzare l interasse corretto tra i due iniettori dettato dalle geometrie della camera di combustione. Riprogettazione degli organi interessati a variazioni strutturali Studio di architetture e soluzioni alternative al fine di ridurre pesi, ingombri e aumentare la semplicità costruttiva. 2

3 CARATTERISTICHE DEL VD007 Il VD007 è un motore alternativo a ciclo diesel per uso aeronautico di elevata potenza Cilindrata 20,49 litri Motore 12 cilindri a V di 60 Potenza teorica 2200 CV Rapporto di compressione pari a 15,5 Iniezione con iniettore COMMON RAIL Doppia camera di combustione per cilindro Velocità massima di rotazione dell albero motore pari a 5000 rpm 3

4 VINCOLI PROGETTUALI Alesaggio pistone=142mm Posizione delle camere di combustione nel pistone Due iniettori common rail con interasse obbligato Ingombri dovuti al condotto di swirl 4

5 DIMENSIONAMENTO DELLE VALVOLE Passando da una configurazione a due valvole, il primo passo è stato il dimensionamento di queste ultime. Avvalendomi dei laboratori universitari, ho rilevato gli ingombri degli componenti montati sul propulsore Fiat 1900 Jtd. Sapendo che deve valere : A = 2a πd π 2d = risulta Da cui ottengo D= 2d 2 5

6 DIMENSIONAMENTO DELLE VALVOLE 6

7 Tenendo come riferimento le dimensioni delle valvole e i vincoli progettuali, principalmente distanza e inclinazione iniettori, ho progettato una singola testata. 7

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9 Terminato il primo dimensionamento, ho effettuato una verifica strutturale FEA, utilizzando il Software ANSYS Workbench. Ho considerato la struttura sollecitata da: Una pressione di 240 bar, agente sulla superficie del piatto fiamma e dovuta allo scoppio del combustibile in camera, Una pressione di 1851 bar, per simulare il serraggio dei prigionieri. 9

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12 Per rendere lineare lo studio, è stata effettuata una mappatura DurezzaTemperatura della testata, suddividendo quest ultima in zone a temperatura costante (da 100 C a 247 C) 12

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14 Il piatto fiamma è stato poi suddiviso in blocchi ai quali sono state attribuite caratteristiche meccaniche differenti in funzione della temperatura. 14

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16 Ho infine lanciato la simulazione. 16

17 Dai risultati ottenuti è possibile evincere come il materiale GD-AlSi9 possieda buone caratteristiche di resistenza alle sollecitazioni meccaniche 17

18 ASSEMBLAGGIO DELLA BANCATA L obiettivo è stato raggiunto: la testata ha ora una struttura altamente ottimizzata 18

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20 Per semplicità costruttiva ho scelto di rendere assemblabili i supporti bilancieri e l albero a camme I vantaggi di questa scelta risultano molteplici: Processo formatura semplificato L assenza di geometrie complesse richiede lavorazioni meccaniche meno costose Semplice assemblaggio dei componenti 20

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23 Installazione dei componenti 23

24 Ho sagomato attorno alla testata il coperchio utilizzando il POLIETERCHETONE, un polimero a bassa densità. Ho eliminato le pareti della testata così da privilegiare la leggerezza senza comprometterne la funzionalità strutturale 24

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28 Il coperchio è bloccato attraverso 14 viti a brugola, che vanno ad impegnarsi in altrettanti dadi per fissare l albero a camme ed il blocco del coperchio. 28

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30 La pressione dovuta al serraggio delle viti e la presenza dell O-ring lungo tutto il perimetro del coperchio evitano trafilamenti di olio. 30

31 Ho poi previsto nervature, per irrigidire la struttura ed evitare deformazioni strutturali eccessive al serraggio delle viti. 31

32 Circuito di raffreddamento :idea di partenza è tratta dal DB-605 Riprogettazione completa dell architettura introduzione di un condotto unico, inserito nella parte inferiore della testata, dal quale fuoriescono 6 condotti minori che convogliano il fluido refrigerante al centro del piatto fiamma. 32

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34 Vantaggi della soluzione adottata Il vano ora immerso in bagno di liquido è così completamente ispezionabile in fase di manutenzione. Grande facilità di installazione Nel caso la portata di refrigerante sia scarsa per una singola testata, il condotto minore può semplicemente essere alesato. 34

35 In testa e in fondo ho previsto due piastre fissate alla testata tramite 4 viti; il tubo è fissato alle piastre stesse tramite due ghiere filettate, così da evitare trafilamenti di liquido. 35

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38 ASSEMBLAGGIO DEL MOTORE VD OO7 38