ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA’ DI BOLOGNAFACOLTA’ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICADIEM

Laboratorio CAD

Tesi di Laurea di:Matteo Bignami

Relatore:Prof. Ing. Luca Piancastelli

Anno Accademico 2009/10Sessione I

OBIETTIVO DELLA TESI

Realizzare il modello di una testata per il motore quattro cilindri in linea aspirato a benzina 1000 cc di cilindrata della Suzuki Hayabusa al fine di poter gareggiare in MotoGP.

La testata deve quindi consentire un notevole miglioramento delle prestazioni del motore.

CARATTERISTICHE DEL MOTORE

Quattro cilindri in linea aspirato; Alesaggio 81 mm; Corsa 48,5 mm; Lunghezza biella 111 mm; Rapporto di compressione 14,5 Pressione in camera di combustione 140 bar.

CARATTERISTICHE DELLA TESTATA

4 valvole di aspirazione e 4 valvole di scaricoper cilindro:

Diametro valvole di aspirazione 22 mm Diametro valvole di scarico 19,5 mm Entrambe le valvole devono garantire una

alzata di 12 mm

4 camere di combustione di tipo Heronrealizzate nel cielo del pistone;

Conformazione a “tetto” del cielo del pistone;

4 candele M8 per cilindro, ognuna delle quali deve essere al centro della propria cameradi combustione;

Condotti di aspirazione “diritti”.

TESTATA

Realizzo la testata in due parti:

o Parte inferiore in acciaio;o Parte superiore in lega di alluminio.

Alleggerimento; Semplificazione del processo di produzione;Massimo diametro delle valvole possibile (no riporto

sede).

PARTE INFERIORE

• Condotti di aspirazione diritti;

Riduzione delle perdite di carico del fluido entrante nel cilindro

• Fori filettati in cui vanno avvitate le candele;

• Flange su ci vanno avvitate le viti prigioniere M4 per il fissaggio dei tubi di scarico;

• Sedi in cui alloggiano le guide delle valvole;• Sede della guarnizione di tenuta.

Per quanto riguarda il montaggio di parte inferiore e parte superiore:

• Il riferimento avviene mediante l’accoppiamento fra la parte terminale dei condotti di aspirazione della parte inferiore, che funge da guida, e la sede ricavata nella parte iniziale dei condotti di aspirazione della parte superiore della testata;

• Il bloccaggio delle due parti ed il fissaggio della testata al basamento avviene tramite viti prigioniere M8.

PARTE SUPERIORE

• Condotti di aspirazione;• Guide in cui scorrono i bicchierini;• Supporti dell’albero a camme;• Nervature di rinforzo nella parte centrale.

VALVOLE

La soluzione con 8 valvole per cilindro consente di:

Avere valvole molto corte e con un diametro del fungo molto piccolo;

Piccole masse in gioco e quindi ridotte azioni inerziali che permettono di aumentare il regime di rotazione.

Massimizzare la superficie delle luci di aspirazione e scarico.

Migliorare il riempimento volumetrico del cilindro.

Le 8 valvole per cilindro sono azionate da 2 alberi a camme in testa su ognuno dei quali sono presenti 4 camme: 2 per le valvole di aspirazione e 2 per le valvole di scarico

Le valvole devono essere disposte in posizione inclinata con angoli di inclinazione diversi affinché gli assi delle valvole di aspirazione e di scarico si intersechino in un punto che individua l’asse dell’albero a camme.

Le valvole di aspirazione sono inclinate di 55°

Le valvole di scarico sono inclinate di 67°

PISTONE

Conformazione a tetto del cielo del pistone:

Vantaggi:• Aumento della superficie disponibile;• Possibilità di disporre le valvole in posizione inclinata.

Svantaggi:• Elevata altezza del pistone.

Realizzazione di due tappi che chiudono il foro dello spinotto

Realizzazione di quattro camere di combustionedi tipo Heron nel cielo del pistone;

Ogni camera di combustione, di forma circolare, è provvista del proprio dispositivo di accensione, situato in posizione centrale, di una valvola di aspirazione e di una di scarico.

Camere di combustine separate e di piccole dimensioni: è molto difficile che si abbia detonazione.

Realizzazione delle impronte delle valvoleprofonde 0,5 mm nel cielo del pistone.

Non si ha collisione fra le valvole e il pistone

RAPPORTO DI COMPRESSIONE

VVV cr

0

0

5,14r

V0 : Volume compreso fra la testata ed il cielodel pistone nella posizione di PMS

Vc : Cilindrata

MODELLO FINALE

In questa slide la forma delle camere di combustione è puramente indicativa.

RAFFREDDAMENTO

Per limitare le temperature la parte inferiore della testata è completamente immersa nel liquido refrigerante.

Il fluido refrigerante è introdotto tramite un tubo di rame forato che attraversa la testata per tutta la sua lunghezza (brevetto DB).

• Fluido a bassa temperaturaperché proveniente dal radiatore;

• Distribuzione uniforme delfluido refrigerante .

RISULTATO FINALE

CONCLUSIONI

Il modello soddisfa tutte le specifiche richieste:

Massa contenuta;

La parte inferiore in acciaio ha una massa di circa 2,15 kg La parte superiore in lega di alluminio ha una massa di circa 1,2 kg

La massa complessiva è di 3,35 kg decisamente accettabile

Ingombro ridotto;

Facilità di montaggio della testata e dei singoli componenti;

Possibilità di realizzare la distribuzione con molle vista la ridottainerzia delle valvole.

Si dovrà poi continuare il lavoro sottoponendo il modello ad analisi tramite programma agli elementi finiti per verificare la resistenza alle sollecitazioni sotto carico.

Necessità di rinforzare alcune zone critiche in quanto gli spessori sono stati volutamente contenuti.

Difetti:

• Valvole di diametro molto piccolo Re piccoli(probabilmente funzionano bene solo ad altissimo numero di giri);

• Complicazione meccanica;

• Candele molto sottili.