UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNA

DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DI UN MOTORE AVIO DIESEL

COMMON RAIL

Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Tesi di Laurea di: Ernesto Spadoni

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

1. Elevato grado di sicurezza e possibilità di certificazione

2. Minimizzazione degli ingombri: dimensioni massime 680x900x1600

3. Minimizzazione dei pesi: limite max 300 Kg

4. Minimizzazione del numero di parti

5. Potenza 450 kW a 3800 rpm da 0 a 10000 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

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

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

1. Boxer

2. Superquadro monoblocco

3. Distribuzione unifloor ad

aste e bilanceri con 2

valvole per cilindro

4. Albero a gomiti con 1

supporto di banco per ogni

coppia di bielle

scartata disposizione in linea per

motivi di peso e a V per motivi di

ingombro frontale ed equilibratura

con alesaggio di 126 mm, vantaggi

legati alla corsa corta (97mm) e a alla

compattezza

semplicità, pesi e ingombri

limitati

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

1. Alesaggio 105, corsa 115

2. Raffreddamento migliorato

3. Due impianti di raffreddamento

separati per testate e cilindri

4. Definizione gruppi ausiliari

risolti i problemi legati all’eccessivo

alesaggio utilizzato nella versione

precedente

eliminata soluzione canne immerse, e

prevista presenza nella testa di un

portainiettore in rame

1. Elevato ingombro frontale (biella lunga )

2. Pesi e ingombri aggiuntivi legati all’impianto di

raffreddamento (doppia pompa dell’acqua)

3. Sbocchi commerciali limitati

0.27

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

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

λ = 0.3

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 ) in base all’

esperienza del II motore

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

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

1. Lubrificazione a carter umido

2. Schema di lubrificazione e

componentistica su modello

Continental

3. Sistema di filtraggio olio full-flow

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

Out

In

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

6

1

2

35

4

1. Ausiliari primari:

2. Ausiliari secondari:

• pompa olio

• pompa alimentazione carburante bassa pressione

• 2 pompe alimentazione carburante alta pressione

• 2 generatori

• pompa acqua di raffreddamento

• gruppo turbocompressore

• starter

• compressore condizionatore

• alternatore alimentazione abitacolo

• pompa per pressurizzazione abitacolo

1. Presenza doppia centralina

2. Alimentazione centraline svincolata dalla batteria

3. Doppio generatore

1. Trasposizione file *.par in formato Stl (meshatura triangolarizzata)

2. Introduzione del file *.stl nell’elaboratore connesso alla macchina di prototipazione

3. Gestione del file attraverso apposito software (Lightyear)

4. Scelta polimero fotosensibile

5. Generazione prototipo

6. Trattamenti di finitura del modello

Definizione risoluzione stl (dist. max. normale tra il baricentro degli elementi di

discretizzazione e la superficie reale del modello)

Definizione supporti per sottosquadri e

precisione sugli strati (slicing)

Per addizione di materiale layer by

layer

Peso a secco: 236 Kg

Altezza: 610 mm

Larghezza: 925 mm

Lunghezza: 982 mm

Lycoming LTIO-540-W

Peso a secco: 242 Kg

Altezza: 583 mm

Larghezza: 872 mm

Lunghezza: 1355 mm

GTSIO-520-N Type Certificate E7CE

AFTERCOOLER

PROP

GOVERNOR

PAD

EXHAUST

OIL SUMP

OIL

COOLER

LIFTING

EYE

SPARK

PLUG

ENGINE

MOUNTS

FUEL

PUMP

UPPERDECK

PRESSURE

REFERENCE LINE

THROTTLE

& FUEL

CONTROL

TURBOCHARGER

ASSEMBLY

MAGNETO

OVERALL ENGINE DIMENSIONS INCHES

HEIGHT 26.41

WIDTH 34.04

LENGTH 60.84

WEIGHT = 598 lbs

TM

CO N T IN EN T A L M O T O RS

Continental GTSIO-520-N

Peso a secco: 236 Kg

Altezza: 610 mm

Larghezza: 925 mm

Lunghezza: 982 mm

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)