STUDIO E OTTIMIZZAZIONE Di UN PISTONE BIMETALLICO PER UN MOTORE DIESEL Di GRANDE POTENZA

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1 Università degli Studi di Bologna Corso di laurea in Ingegneria Meccanica ELABORATO FINALE Di LAUREA IN Disegno tecnico industriale e laboratorio T STUDIO E OTTIMIZZAZIONE Di UN PISTONE BIMETALLICO PER UN MOTORE DIESEL Di GRANDE POTENZA Candidato : Relatore : Rachid Bouzayd Prof. Ing. Luca Piancastelli

2 OBIETTIVO DELLA TESI Lo scopo del seguente elaborato è quello di studiare la realizzazione e ottimizzazione di un pistone bimetallico, mantenendo invariate le caratteristiche del motore originale. La base per raggiungere il nostro obiettivo consiste nel scegliere il materiale adatto sia per la testa che per il mantello del pistone, sfruttando l evoluzione delle leghe che hanno un importanza fondamentale. In generale, la realizzazione di un pistone bimetallico con 2 camere di combustione darà più possibilità per migliorare le prestazioni del nostro motore.

3 IL MOTORE Le caratteristiche più importanti del nostro motore ( Sea Tek 950 plus ) per il quale verrà realizzato il pistone bimetallico sono : Questa versione dei motori è destinata ad imbarcazioni molto performanti e sportive, non solo perché può essere destinata anche alle corse. È completamente di serie a controllo elettronico ad altissime prestazioni. Ha 6 cilindri in linea con una cilindrata totale di circa 10.3 litri. Ha turbine sequenziali gestite elettronicamente dal S.E.M.S ( Sea Tek Engine Management System ) dedicato a questo specifico motore. Le elevate potenze raggiunte sono frutto anche dell elevata pressione di sovralimentazione di picco che varia da 2.2 a 3 bar, questo grazie a 2 turbocompressori.

4 La figura sotto riporta il nostro motore Sea Tek 950 plus.

5 Il pistone bimetallico Il pistone è il primo anello della catena che trasmette la potenza generata dalla combustione, trasformando l energia termica in energia meccanica attraverso la biella e l albero motore. C è poi la tenuta, in effetti i segmenti sigillano ermeticamente la parete del cilindro, impedendo anche che l olio possa raggiungere fino alla camera di combustione. La realizzazione di un pistone bimetallico con 2 camere di combustione porta dei benefici molto importanti sul motore, oltre a questo la variazione del materiale aiuta a ridurre lo stress meccanico sul pistone e lo spinotto. Questo accoppiamento del materiale conseguito sul pistone aiuta moltissimo nell alleggerirlo.

6 Pistone bimetallico

7 Materiale testa pistone Il materiale usato per la realizzazione della testa di un pistone è l acciaio 42 Cr Mo4. Normativa di riferimento UNI EN Corrispondenze : questa tipologia di acciaio sostituisce 42CrMo4 UNI È adatto alla costruzione dei pezzi meccanici ad alta resistenza fortemente sollecitati, anche di grosse dimensioni. Dal punto di vista della saldabilità risulta scadente per l elevato pericolo di cricche. Il coefficiente di dilatazione termica è molto basso, quindi abbiamo un piccolo gioco indispensabile tra pistone e cilindro per consentire il libero movimento del pistone stesso. Ha una buona lavorabilità all utensile e una buona resistenza all usura che viene considerata un elemento di importanza fondamentale.

8 Testa del pistone La doppia camera combustione permette di elevare i parametri di sicurezza in quanto nel caso di guasto di un impianto di iniezione, rimane in funzione il secondo che risulta indipendente dal primo. Ulteriore garanzia è fornita dalla precisione dei moderni iniettori, i quali raggiungono tolleranze di iniezione di microsecondi. Cerco di posizionare le due camere lungo il perno della biella per evitare sbilanciamenti durante la combustione. La testa del pistone in acciaio consente temperature e pressione di esercizio significativamente più alte.

9 Testa del pistone bimetallico

10 Materiale mantello pistone È la lega di alluminio A390. Ha una buona resistenza meccanica e una buona resistenza alla corrosione in ambiente marino. Questa lega conduce ottimamente il calore ed è caratterizzata da una grande leggerezza. La presenza del silicio determina una diminuzione del coefficiente di dilatazione termica. Ha una buona saldabilità ( TIG MIG ). Ha un ottima resistenza alla corrosione.

11 Mantello del pistone È un elemento che prende cura di guidare il pistone nel cilindro, quindi realizzandolo con la lega di alluminio A390 si riesce a ridurre il peso del pistone. La temperatura nella zona di lavoro del mantello è molto bassa rispetto alla testa del pistone, per questo motivo e stato scelto come materiale una lega di alluminio A390. È stato realizzato in questo modo per ottimizzare il contatto tra testa del pistone e le pareti del cilindro, riducendo gli attriti e di conseguenza i rumori e le emissioni. Ulteriore vantaggio è quello di tenere una lubrificazione continua del pistone. Altro vantaggio è quello del raffreddamento del pistone.

12 Mantello del pistone bimetallico.

13 Le conclusioni Miglioramento della combustione. Alleggerimento del pistone. Lubrificazione sicura e continua. Miglioramento delle prestazioni del motore. Doppia iniezione. Possibilità di aumentare la pressione e la temperatura nella camera di combustione.