STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UNA TESTATA CON INIETTORE COMMON RAIL PER IL VD007

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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA Elaborato Finale di Laurea in DISEGNO TECNICO INDUSTRIALE STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UNA TESTATA CON INIETTORE COMMON RAIL PER IL VD007 Relatore Prof. Ing. Luca Piancastelli Candidato Marco Nanni Sessione II Anno Accademico 2006/2007

2 Obbiettivo della tesi Proseguimento del lavoro dell Ing. Amoroso che ha eseguito il dimensionamento della testa per il VD007 Studio e ottimizzazione della testata modificando il sistema di alimentazione da iniettore pompa a common rail Riprogettazione di massima degli organi interessati a variazioni strutturali Ricerca della soluzione col miglior rapporto potenza/peso 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 90 Potenza teorica 2200 CV Rapporto di compressione pari a 15,5 Iniezione con iniettore pompa Doppia camera di combustione per cilindro Velocità massima di rotazione dell albero motore pari a 5000 rpm 3

4 Sistema di alimentazione common rail al posto di iniettore pompa VW-AUDI I vantaggi offerti dal common rail sono: Completa flessibilità della gestione della pressione di iniezione indipendentemente dal regime del motore e dal carico Possibilità di effettuare iniezioni multiple per ogni ciclo Capacità di operare a velocità motore elevate (fino a 6000 giri/min) Possibilità di controllare elettronicamente i principali parametri di iniezione, ottimizzando così il funzionamento del motore Riduzione numero parti 4

5 Materiali utilizzati TESTATA e PARTE SUPERIORE COPERCHIO ALBERO A CAMME e BILANCIERI A357-T61, lega di alluminio e silicio Buone caratteristiche di resistenza meccanica Ben si presta ai processi di colata in schiuma (lost foam casting) Materiale polimerico, PEEK modificato Buone proprietà termiche e meccaniche Insolubile al lubrificante anche alle alte temperature Bassa densità 1,5 [kg/dm3] Acciaio 18CrMo4 cementato Ottime caratteristiche meccaniche Eccellente resistenza all usura 5

6 Lost Foam Casting Il lost foam casting è una tecnica di colta in schiuma con modello a perdere. La sagoma ricavata da pannelli di polistirene si ottiene unendo le varie sottoparti che la compongono con opportuni collanti Il processo di taglio delle varie sezioni è affidato a un CNC con movimentazione combinata lungo due assi coordinati (x-y) 6

7 Vincoli progettuali La riprogettazione della testata si è svolta considerando tre vincoli progettuali precedentemente imposti: Numero e posizione delle valvole per cilindro Geometrie delle camere di combustione Forma dei condotti di aspirazione e scarico 7

8 Testata Profilo sagomato, obbligatorio per ottenere le sedi degli iniettori. Si è resa necessaria una sezione così elaborata al fine di soddisfare le specifiche imposte dal sistema di alimentazione Condotti di aspirazione Fori passaggio prigionieri 8

9 Testata Sono inoltre ricavate le sedi per l albero a camme debito alla movimentazione delle valvole Nella parte centrale si trova il supporto per l albero dei bilancieri 9

10 Sistema di lubrificazione Il sistema di lubrificazione prevede l arrivo dell olio in pressione dal basamento, attraverso un foro realizzato nella testata, fino a raggiungere l albero di distribuzione Nell attraversare la cavità della camma, il fluido fuoriesce attraverso dei piccoli fori in corrispondenza degli organi da lubrificare 10

11 Sistema di lubrificazione L olio viene raccolto nella parte alta della testata. Per mezzo di tre scarichi, raggiunge di nuovo il basamento Canali frontali Canale centrale 11

12 Il sistema di raffreddamento L ingresso del fluido nella testata avviene dall alto, in corrispondenza della parte più calda L uscita si ha attraverso quattro scavi a cupola per cilindro 12

13 Parte superiore Funge da cavallotto per l albero a camme, bloccandolo nella sua sede, ma consentendogli la rotazione attorno al proprio asse 14 fori lamati per il bloccaggio con la testata 14 fori filettati per la chiusura del coperchio 13

14 Coperchio Evita la fuoriuscita dell olio e protegge gli organi di distribuzione 6 fori per passaggio tubi dell impianto di raffreddamento Lo scavo interno consente la libera rotazione della camma 14

15 Montaggio della testata Realizzata in tre parti per facilitare le operazioni di fonderia e montaggio Coperchio Parte superiore Testa 15

16 Assemblaggio Svolto il progetto dei vari particolari si è eseguito l assemblaggio finale del gruppo testata Testata common rail 16

17 Testata alleggerita Infine si è cercato di ottimizzare il lavoro alla ricerca della soluzione più vantaggiosa in termini di peso e ingombri, sempre nel rispetto dei vincoli imposti Testata common rail alleggerita Parte modificata rispetto alla soluzione precedente 17

18 Conclusioni Iniettore pompa Common rail Common rail alleggerita Peso testata 6 cilindri [kg] 54,6 47,9 46,7 Peso altri organi VD007 [kg] Peso totale 12cilindri [kg] 369,2 355,8 353,4 Potenza/Peso [cv/ kg] 5,8 6,1 6,2 Le soluzioni studiate forniscono ottimi valori del rapporto Potenza/Peso Fra le due sarà preferibile utilizzare quella alleggerita, per il minore ingombro che ne deriva 18