DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DI UN MOTORE AVIO DIESEL COMMON RAIL

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DI UN MOTORE AVIO DIESEL COMMON RAIL Tesi di Laurea di: Ernesto Spadoni

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3 1. Sicurezza (ridotta infiammabilità) 2. Economia di esercizio (alti rendimenti e basso costo carburante) 3. Rapporto peso/potenza favorevole Rapporto potenza/peso più favorevole rispetto alla maggioranza dei motori alternativi attualmente certificati Peso motore + carburante al decollo più favorevole rispetto ad un turboelica

4 1. Elevato grado di sicurezza e possibilità di certificazione 2. Minimizzazione degli ingombri: dimensioni massime 680x900x Minimizzazione dei pesi: limite max 300 Kg 4. Minimizzazione del numero di parti 5. Potenza 450 kw a 3800 rpm da 0 a m 6. Rendimento minimo 35% 7. Velocità elica 2400 rpm 8. Tempo tra revisioni primarie (TBO): 1800 h 9. Continuità con la tradizione aeronautica per favorire l installazione e la manutenzione

5 1. Non più di 8 cilindri e 7000 cc di cilindrata 2. Impianti di iniezione common rail per prestazioni e rendimenti 3. Raffreddamento a liquido (prestazioni) 4. Sovralimentazione (prestazioni e ristabilimento quota) 5. Costruzione in alluminio per leggerezza

6 1) Motore superquadro a 6 cilindri contrapposti con carter e testate monoblocco. 2) Motore a corsa lunga a 6 cilindri contrapposti con carter e testate monoblocco. 3) Famiglia modulare di 4 motori aeronautici a corsa lunga: bicilindrico (lento) senza riduttore da 161 CV bicilindrico (veloce) con riduttore da 200 CV 4 cilindrici da 400 CV 6 cilindri da 600 CV

7 1. Boxer scartata disposizione in linea per motivi di peso e a V per motivi di ingombro frontale ed equilibratura 2. Superquadro monoblocco con alesaggio di 126 mm, vantaggi legati alla corsa corta (97mm) e a alla compattezza 3. Distribuzione unifloor ad aste e bilanceri con 2 valvole per cilindro semplicità, pesi e ingombri limitati 4. Albero a gomiti con 1 supporto di banco per ogni coppia di bielle

8 1. Assenza di camera di combustione collaudata per l alesaggio scelto 2. Pressioni massime previste eccessive per tale alesaggio 3. Problemi con i componenti common rail esistenti ad avere la portata istantanea sufficiente 4. Impianti di raffreddamento a canne immerse

9 1. Alesaggio 105, corsa 115 risolti i problemi legati all eccessivo alesaggio utilizzato nella versione precedente 2. Raffreddamento migliorato eliminata soluzione canne immerse, e prevista presenza nella testa di un portainiettore in rame 3. Due impianti di raffreddamento separati per testate e cilindri 4. Definizione gruppi ausiliari

10 3. Sbocchi commerciali limitati Elevato ingombro frontale (biella lunga ) 2. Pesi e ingombri aggiuntivi legati all impianto di raffreddamento (doppia pompa dell acqua)

11 1. Modulare a corsa lunga a teste e cilindri separati 2. Ingombri frontali ridotti (biella corta) 3. Impianto di raffreddamento rivisto 4. Largo impiego di componenti ausiliari esistenti e già certificati e di soluzioni aeronautiche già collaudate in altri motori 5. Condotti a turbolenza migliorata

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13 1. Vibrazioni torsionali: diametri da progetti di motori esistenti per similitudine con formule semplificate 2. Verifica dei cuscinetti lisci per la lunghezza dei perni 3. Verifica a flessione con metodi tradizionali

14 1. Scelta interasse albero a gomiti/albero a camme (165 mm) 2. Disegno dell albero a camme (sviluppato a partire dal II motore) 3. Ridefinizione interasse occhi biella (180 mm con λ = 0.3 ) in base all esperienza del II motore

15 1. Scelta rapporto geometrico di compressione (1:16) 2. Dimensionamento e modellazione per similitudine con pistone esistenti 3. Dimensionamento di massima dello spinotto e scelta seeger 4. Scelta dei segmenti in base alle indicazioni del catalogo Goetze

16 1. Disegni testata 2. Scelta valvole, con relative sedi e guide 3. Dimensionamento di massima dei bilanceri e delle aste 4. Disposizione bicchierini idraulici per recupero giochi valvole

17 1. Lubrificazione a carter umido 2. Schema di lubrificazione e componentistica su modello Continental 3. Sistema di filtraggio olio full-flow

18 Ai supporti di banco Collettore principale Ai bicchierini idraulici All albero a camme Al 2 semicarter Dal radiatore olio Fori incrociati sull albero a gomiti per lubrificazione perni di manovella

19 1. Raffreddamento a liquido (2 rami in parallelo) 2. Controllo del flusso tramite guarnizioni calibrate 3. Sezione di uscita acqua calda in corrispondenza del ponte termico In Out

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21 1. Ausiliari primari: pompa olio pompa alimentazione carburante bassa pressione 2 pompe alimentazione carburante alta pressione 2 generatori pompa acqua di raffreddamento gruppo turbocompressore starter 2. Ausiliari secondari: compressore condizionatore alternatore alimentazione abitacolo pompa per pressurizzazione abitacolo

22 1. Presenza doppia centralina 2. Alimentazione centraline svincolata dalla batteria 3. Doppio generatore

23 1. Trasposizione file *.par in formato Stl (meshatura triangolarizzata) Definizione risoluzione stl (dist. max. normale tra il baricentro degli elementi di discretizzazione e la superficie reale del modello) 2. Introduzione del file *.stl nell elaboratore connesso alla macchina di prototipazione 3. Gestione del file attraverso apposito software (Lightyear) Definizione supporti per sottosquadri e precisione sugli strati (slicing) 4. Scelta polimero fotosensibile 5. Generazione prototipo Per addizione di materiale layer by layer 6. Trattamenti di finitura del modello

24 Peso a secco: 236 Kg Altezza: 610 mm Larghezza: 925 mm Lunghezza: 982 mm

25 Peso a secco: 236 Kg Altezza: 610 mm Larghezza: 925 mm Lunghezza: 982 mm Lycoming LTIO-540-W Continental GTSIO-520-N GTSIO-520-N Type Certificate E7CE LIFTING EYE UPPERDECK PRESSURE REFERENCE LINE SPARK PLUG MAGNETO AFTERCOOLER OIL COOLER THROTTLE & FUEL CONTROL PROP GOVERNOR PAD TURBOCHARGER ASSEMBLY EXHAUST OIL SUMP ENGINE MOUNTS FUEL PUMP Peso a secco: 242 Kg Altezza: 583 mm Larghezza: 872 mm Lunghezza: 1355 mm OVERALL ENGINE DIMENSIONS INCHES HEIGHT WIDTH LENGTH WEIGHT = 598 lbs TM CO N T IN EN T A L M O T O RS

26 1. E 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 2. Il motore diesel è più economico 3. E necessario avere potenze specifiche di 70 kw/litro 4. E possibile avere dei rapporti potenza/peso attorno a 1.5 (kw/kg)