Riassunto analitico
Negli ultimi decenni si è avuta una continua evoluzione dei motori a combustione interna. Questa evoluzione è stata dettata da un lato dalla volontà di incrementare la potenza specifica, dall’altro lato dalla ricerca di migliorare i rendimenti e sfruttare a pieno l’energia derivante dalla combustione. Sono stati introdotti nuovi materiali e tecnologie di produzione innovative, anche allo scopo di migliorare i consumi e le emissioni, queste ultime sempre più limitate dalle normative. Come conseguenza dei targets appena descritti, le nuove generazioni di motori sono soggette a carichi termici e meccanici maggiori su componenti sempre più piccoli e leggeri. Il processo di ottimizzazione dei motori a combustione interna è quindi volto alla minimizzazione del peso, mantenendo però un’adeguata affidabilità unita a performance in linea con le richieste del mercato. I sistema di scarico, ed in particolare i collettori di scarico, sono componenti cruciali nei motori a combustione interna. Essi sono di solito realizzati con geometrie complesse, le quali rappresentano un giusto compromesso tra ottimizzazione di peso e dimensioni ed efficienze fluidodinamiche adeguate. I carichi meccanici più gravosi che agiscono sui collettori di scarico sono dovuti al carico termico a cui questi sono soggetti e l’introduzione della sovralimentazione meccanica mediante turbo-compressore ha reso questi carichi ancora più severi. I carichi termo-meccanici appena menzionati sono causa di plasticizzazione locale del materiale che comporta danneggiamento per fatica a basso numero di cicli, fenomeno che entra in gioco ad ogni ciclo di riscaldamento e raffreddamento del sistema di scarico. L’obiettivo del lavoro di tesi è stato quello di realizzare un’analisi termo-strutturale agli elementi finiti di un collettore di scarico di un motore ad elevate prestazioni, andando ad indagare lo stato di sollecitazione per un ciclo rappresentativo della condizione di esercizio del componente, prestando particolare attenzione ai gradienti termici che si sviluppano nei transitori. Il collettore di scarico in esame appartiene ad un prototipo relativo al progetto di un nuovo motore benzina sovralimentato. L’attività di tesi è stata svolta all’interno di HPE COXA S.R.L., azienda specializzata nei settori automotive, motorsport, automazione, aerospazio e difesa. La società nasce dall’acquisizione di COXA da parte di HPE. HPE è stata fondata nel 1998 da Piero Ferrari, la COXA invece, nata nel 1985, si occupa di produzione ad alta precisione di prototipi e componentistica di nicchia.
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