Riassunto analitico
La presente tesi di laurea riguarda le attività svolte per la validazione di una nuova guarnizione testa per un motore Diesel industriale. Le attività sono state svolte presso lo stabilimento di Kohler Engines sito a Reggio Emilia, dove il sottoscritto ha svolto un tirocinio formativo di sei mesi presso il dipartimento di Ricerca e Sviluppo.
Il motore su cui si è deciso di validare una nuova guarnizione testa è il motore KDI 3404 conforme ai requisiti sulle emissioni Stage V. L’azienda ha deciso di utilizzare una nuova guarnizione rispetto a quella attualmente di produzione e pertanto sono state necessarie delle prove e delle verifiche funzionali per verificarne il comportamento in termini di affidabilità e prestazioni e se la nuova guarnizione è in grado di assolvere alle specifiche funzioni per cui viene utilizzata.
Il compito principale di una guarnizione è di impedire il trafilamento dei gas della combustione dai cilindri. I gas, qualora dovessero trafilare dalla guarnizione, possono o entrare all’interno del circuito di raffreddamento: in questo caso, essi portano alla formazione di sacche di gas che penalizzano il comportamento in termini di raffreddamento delle parti meccaniche.
Per la validazione sono stati utilizzati tre cicli di lavoro. Il ciclo a carichi impulsivi è utilizzato per valutare gli effetti delle dilatazioni termiche dovute agli effetti dell’apertura e chiusura della valvola termostatica. Il ciclo Termoshock è un ciclo in cui vengono estremizzate le dilatazioni termiche e i movimenti relativi tra guarnizione e testa dovute alla grande differenza di temperatura del liquido in ingresso motore, che varia da un minimo inferiore ai -10°C ad un massimo superiore ai 100°C. Il ciclo di Durata serve a valutare gli effetti del picco di pressione dopo la combustione sui componenti e l’effetto del cosiddetto “Colpo di calore” che consiste nello spegnimento improvviso del motore con conseguente arresto della pompa del refrigerante.
Per il monitoraggio e la verifica della funzionalità e dello stato della guarnizione sono state svolte varie prove prima, durante e dopo i cicli di lavoro. La prova di pressatura motore è una prova statica finalizzata a stimare il valore di pressione limite all’interno del cilindro e consiste nel riempire ogni cilindro con dell’azoto. Il test con carte Fuji è una prova statica il cui obiettivo è quello di valutare le pressioni di contatto tra testa e guarnizione e tra basamento e guarnizione e per cui è necessario avvalersi di una particolare carta, detta carta Fuji. L’obiettivo del test di Leak Rate è di quantificare l’andamento nel tempo della portata di gas espulsi dalla vaschetta di espansione. La verifica visiva ed ispezione dei componenti consiste nello smontaggio del motore e nella ispezione dei componenti, in modo tale da constatarne lo stato e se sono presenti rotture o danneggiamenti. Infine, il test di verifica planarità è una prova statica il cui obiettivo è quello di verificare che le superfici di accoppiamento con la guarnizione rientrino all’interno di determinate tolleranze di progetto.
Questa tesi riporta i risultati delle prove e il confronto con i risultati ottenuti dalla guarnizione di attuale produzione, in modo da verificare se la nuova guarnizione possa sostituire il componente attuale e se i risultati delle verifiche e prove funzionali siano equiparabili o migliorativi.
Le prove con il ciclo a carichi impulsivi e con il ciclo Termoshock sono giunte al termine delle ore totali previste ed è possibile confrontare i risultati ottenuti dalla guarnizione validante con quella di attuale produzione mentre la prova con il ciclo di Durata è, al momento della redazione del documento, in fase di avanzamento. In base ai risultati di quest’ultima prova, sarà possibile affermare se la nuova guarnizione da validare può sostituire la guarnizione attuale.
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