STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UNA TESTATA CON

INIETTORE COMMON RAIL PER IL VD007

CandidatoMarco Nanni

RelatoreProf. Ing. Luca Piancastelli

Università degli Studi di BolognaFACOLTA’ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICAElaborato Finale di Laurea

inDISEGNO TECNICO INDUSTRIALE

Sessione II

Anno Accademico 2006/2007

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Obbiettivo della tesi

Proseguimento del lavoro dell’ Ing. Amoroso che ha eseguito il dimensionamento della testa per il VD007

Studio e ottimizzazione della testata modificando il sistema di alimentazione da iniettore pompa a common rail

Riprogettazione di massima degli organi interessati a variazioni strutturali

Ricerca della soluzione col miglior rapporto potenza/peso

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Caratteristiche del VD007

Cilindrata 20,49 litri Motore 12 cilindri a V di 90° Potenza teorica 2200 CV Rapporto di compressione pari a 15,5 Iniezione con iniettore pompa Doppia camera di combustione per cilindro Velocità massima di rotazione dell’albero motore

pari a 5000 rpm

Il VD007 è un motore alternativo a ciclo diesel per uso aeronautico di elevata potenza

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Sistema di alimentazione common rail al posto di iniettore pompa VW-AUDI

Completa flessibilità della gestione della pressione di iniezione indipendentemente dal regime del motore e dal carico

Possibilità di effettuare iniezioni multiple per ogni ciclo

Capacità di operare a velocità motore elevate (fino a 6000 giri/min)

Possibilità di controllare elettronicamente i principali parametri di iniezione, ottimizzando così il funzionamento del motore

Riduzione numero parti

I vantaggi offerti dal common rail sono:

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Materiali utilizzati

ALBERO A CAMME e BILANCIERI

COPERCHIO

A357-T61, lega di alluminio e silicio Buone caratteristiche di resistenza meccanica Ben si presta ai processi di colata in schiuma

(lost foam casting)

Materiale polimerico, PEEK modificato Buone proprietà termiche e meccaniche Insolubile al lubrificante anche alle alte

temperature Bassa densità 1,5 [kg/dm3]

Acciaio 18CrMo4 cementato Ottime caratteristiche meccaniche Eccellente resistenza all’usura

TESTATA e PARTE SUPERIORE

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Lost Foam Casting Il lost foam casting è una tecnica di

colta in schiuma con modello a perdere. La sagoma ricavata da pannelli di polistirene si ottiene unendo le varie sottoparti che la compongono con opportuni collanti

Il processo di taglio delle varie sezioni è affidato a un CNC con movimentazione combinata lungo due assi coordinati (x-y)

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Vincoli progettuali

Forma dei condotti di aspirazione e scarico

La riprogettazione della testata si è svolta considerando tre vincoli progettuali precedentemente imposti:

Numero e posizione delle valvole per cilindro

Geometrie delle camere di combustione

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Testata Profilo sagomato, obbligatorio per

ottenere le sedi degli iniettori. Si è resa necessaria una sezione così elaborata al fine di soddisfare le specifiche imposte dal sistema di alimentazione

Condotti di aspirazione

Fori passaggio prigionieri

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Testata Sono inoltre ricavate

le sedi per l’albero a camme debito alla movimentazione delle valvole

Nella parte centrale si trova il supporto per l’albero dei bilancieri

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Sistema di lubrificazione Il sistema di lubrificazione prevede

l’ arrivo dell’ olio in pressione dal basamento, attraverso un foro realizzato nella testata, fino a raggiungere l’ albero di distribuzione

Nell’attraversare la cavità della camma, il fluido fuoriesce attraverso dei piccoli fori in corrispondenza degli organi da lubrificare

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Sistema di lubrificazione L’ olio viene raccolto nella parte alta della testata. Per mezzo di tre

scarichi, raggiunge di nuovo il basamento

Canale centrale

Canali frontali

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Il sistema di raffreddamento L’ingresso del fluido nella testata avviene

dall’alto, in corrispondenza della parte più calda

L’uscita si ha attraverso quattro scavi a cupola per cilindro

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Parte superiore Funge da cavallotto per l’ albero a camme, bloccandolo nella sua

sede, ma consentendogli la rotazione attorno al proprio asse

14 fori lamati per il bloccaggio con la testata

14 fori filettati per la chiusura del coperchio

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Coperchio Evita la fuoriuscita dell’olio e protegge gli organi di distribuzione

Lo scavo interno consente la libera rotazione della camma

6 fori per passaggio tubi dell’ impianto di raffreddamento

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Montaggio della testata Realizzata in tre parti per facilitare le operazioni di

fonderia e montaggio

Testa

Parte superiore

Coperchio

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Assemblaggio Svolto il progetto dei vari particolari si è eseguito

l’assemblaggio finale del gruppo testata

Testata common rail

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Testata alleggerita Infine si è cercato di ottimizzare il lavoro alla ricerca della soluzione

più vantaggiosa in termini di peso e ingombri, sempre nel rispetto dei vincoli imposti

Testata common rail alleggerita

Parte modificata rispetto alla soluzione precedente

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Conclusioni

Le soluzioni studiate forniscono ottimi valori del rapporto Potenza/Peso

Iniettore pompa Common rail Common rail alleggerita

Peso testata 6 cilindri [kg]

54,6 47,9 46,7

Peso altri organi VD007 [kg]

260 260 260

Peso totale 12cilindri [kg]

369,2 355,8 353,4

Potenza/Peso [cv/kg]

5,8 6,1 6,2

Fra le due sarà preferibile utilizzare quella alleggerita, per il minore ingombro che ne deriva