TESI DI LAUREA

in

Laboratorio Cad

Studio e ottimizzazione di un sistema di iniezione common rail per un

motore navale ad alte prestazioni

CANDIDATO RELATORE

Luca Ribuoli Prof. Ing. Luca Piancastelli

Argomento della mia tesi sono lo studio di fattibilità e il successivo disegno di alcune modifiche da effettuare alla testata del motore marino ad altissime prestazioni Seatek 950 Plus, volte a migliorarne le prestazioni e ottimizzarne la combustione.

La modifica pensata per tale unità consiste nell’installazione di un iniettore aggiuntivo common railBosch per ciascun cilindro.

La richiesta dell’azienda è quella di mantenere invariate le fusioni in ghisa di basamento e testata del motore.

La strategia da utilizzare per far posto ai due iniettori sarà quella di spostare i due alberi a camme realizzando opportuni alloggiamenti in posizione laterale rispetto alla configurazione originale, e realizzare quattro bilancieri tramite i quali le camme muovano le punterie.

Premessa

Configurazione originale

Per ciascun cilindro si ha doppio albero a camme in testa che comanda direttamente le punterie a bicchiere delle 4 valvole.

E’ presente l’alloggiamento per un solo iniettore in posizione centrale.

Nuovo schema distribuzione

•Due iniettori con interasse di montaggio da specifiche fornite.•Alberi a camme posizionati lateralmente su nuovi supporti.•Bilancieri di rinvio camme – punterie.•Fusioni mantenute originali

Modifiche blocco in ghisa

Operazioni eseguite esclusivamente per asportazione di truciolo:•Foratura per i nuovi alloggiamenti degli iniettori•Inserimento con interferenza di tampone in alluminio per chiudere il foro centrale del vecchio iniettore

Viste superiore e inferiore del blocco testata in ghisa modificato

Modifiche castelletto superiore

Modifiche esclusivamente per asportazione di truciolo:•Scavo centrale per alloggiamento supporto iniettori•Fori filettati per bloccaggio supporto iniettori•Fresate laterali per alloggiamento nuovi supporti alberi a camme

Nuovo supporto iniettori

Visti i ridotti spazi a disposizione nella nuova configurazione, e il rischio di interferenza tra apparato di alimentazione e punterie, ho realizzato un nuovo supporto iniettori per facilitare il montaggio e assicurare il posizionamento corretto dei due.

Assemblaggio iniettori-castelletto

Video montaggio iniettori sul castelletto

Nuovi supporti alberi a camme

Realizzati in alluminio sfruttano le sedi per le teste delle viti sul blocco in ghisa originale per il posizionamento.Presentano nella parte inferiore una nervatura di grosse dimensioni che minimizza le sollecitazioni flettenti, mentre nella parte superiore sono realizzate la sede per l’albero a camme e il supporto per perno bilancieri e relativi cuscinetti.

Bilanciere

I bilancieri, realizzati in acciaio legato, presentano nella parte anteriore un puntalino regolabile mediante sistema vite e controdado, e nella parte posteriore una rotella (acciaio).

Questa permette di ridurre gli attriti tra camme e cedente ed è accoppiata al bilanciere, tra due rasamenti, mediante un perno (acciaio), fissato assialmente tramite spallamento e seeger.

Nella progettazione del bilanciere ho cercato di:•Diminuirne la dimensione longitudinale per ridurre le sollecitazioni flettenti•Compattare il bilanciere posizionando i cuscinetti sul supporto (fisso) e non sul cedente per ridurre le masse in movimento•Garantire una rigidezza del pezzo sufficiente a far rispettare la legge di moto delle camme.

Assemblaggio bilanciere

Video di assemblaggio di uno dei bilancieri

Analisi FEM bilanciereDopo aver calcolato le forze agenti sul bilanciere, utilizzando il software SimulationXpress di SolidWorks ho verificato spostamenti e sollecitazioni subite dal bilanciere stesso.

Analisi spostamenti subiti dal bilanciere

Per quanto riguarda le sollecitazioni i bilancieri resistono ampiamente anche agli sforzi affaticanti.Gli spostamenti oscillano tra 0.8 e 1 decimo di mm, valore accettabile considerando che le alzate delle valvole sono dell’ordine del cm e che nella simulazione sono state considerate forze di picco molto distanti dagli altri valori di funzionamento

Analisi sollecitazioni nel bilanciere

Montaggio bilancieri

I bilancieri vengono montati su di un perno (acciaio) tra distanziale, a battuta

sullo spallamento dell’albero, e un seeger sull’estremità dell’albero stesso.

L’albero ruota all’interno del supporto guidato da due cuscinetti a sfere, tenuti in

Posizione mediante distanziale e seeger.

Trasparenza del montaggio dei cuscinetti

Trasparenza del montaggio bilancieri

Bilancieri montati sul supporto laterale

Il coperchio

Realizzato in alluminio integra al suo interno i condotti per la lubrificazione e i cavallotti

di bloccaggio degli alberi a camme

In giallo sono rappresentate le zone a contatto con l’olio; da notare i fori per il collegamento degli iniettori

La lubrificazionePer lubrificare le sedi degli alberi a camme si utilizza il sistema originale: essi

galleggiano su un film di olio in pressione che fuoriesce da fori praticati radialmente su di

Essi; per lubrificare bilancieri e cuscinetti ho invece installato 4 spruzzatori a due fori (in blu)

che ricevono l’olio in pressione mediante tubi dalla parte inferiore della testa.

Vista con sezione del nuovo circuito di lubrificazione relativo a due cilindri

Conclusioni

L’installazione dei due iniettori è riuscita rispettando tutte le richieste e le specifiche

fornite, gli obbiettivi sono stati dunque raggiunti.

Durante la progettazione ho cercato di curare il più possibile:

• Soddisfazione specifiche – richieste aziendali (interasse iniettori, fusioni originali)

• Contenimento dei costi di produzione (stesso componente usato più volte)

• Raggiungimento delle massime prestazioni (masse ridotte, compattezza)

• Facilità di montaggio (spazi adeguati di manovra e fasteners di pochi tipi)

Anche pesi e ingombri della testa modificata si sono rivelati adatti alla futura

destinazione del motore.

Seguono immagini della testa completa.

Video del montaggio completo testata (un solo cilindro)

Testata completa, vista isometrica (un solo cilindro)

Testa completa senza coperchio (un solo cilindro)

Testata completa, vista ¾ anteriore (sei cilindri)

Testata completa, vista ¾ posteriore (sei cilindri)