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Euro V - A Evolução de Novos Materiais no Projeto de Motores Diesel e suas
implicações
Celso Argachoy06/Junho/2011
MWM Produ-=ct Line
High Speed Medium Duty Heavy Duty
I6 – 12.4L
475hp2300Nm
I6 – 7.2L
325hp1300Nm
I6 – 9.3L
387hp1750Nm
I4 – 4.8L
207hp850Nm
- Linha de Produtos para Aplicação Automotiva
158hp550Nm
I4 – 3.2L
Em 58 anos, a MWM INTERNATIONAL (empresa do grupo Navistar), produziu mais de 3,7 milhõesde motores Diesel para aplicações agrícolas, industriais, marítimas e principalmente veiculares:
CFD
Fluent
Desempenhode Veículos
GT-Drive
Fase Inicial da Seleção de Materiais: O “Motor Virtual”
Otimização GeométricaOptstruct
MulticorposAdams
AnáliseEstrutural
Nastran, Marc& NX
CooperaçãoTécnica com
Universidades
Simulação 1Ddo Motor
GT-Power
Combustão
Kiva
• Redução do“Time-to-Market”
• Soluções nãotriviais
• Desenvolvimentode “Know-How”
Seleção de Materiais: Algumas Condições de Contorno
Condições de contorno na seleção de materiais para motores Diesel:
Sustentabilidade• Legislações de emissões• Baixo consumo de combustível, preservandoa dirigibilidade (redução de peso e atrito)
• Combustíveis alternativos• Análise acústica• Reciclabilidade
Durabilidade• Intervalos de manutenção e seus requisitos
• Ambientes agressivos
Custos• Desenvolvimento de processos• Fornecimento & produção globalizados
Condições de Contorno para seleção de materiais:
SustentabilidadeDurabilidadeCustos
Sustentabilidade: IMDS – “International Material Data System”
Algumas ações já para Euro Vno projeto de motores Diesel:
• Todos os elementos de fixação usam proteção organo-metálica ao invésde cromo hexavalente.
• Todos os revestimentos em tubos, suportes , conexões, etc. livresde cromo hexavalente
• Buchas e casquilhos sem chumbo• Soldas de componentes eletrônicos livres de chumbo (a partir de Janeiro/2016)
Diretiva Européia 2000/EC/53:
• Gerenciamento de aspectos ambientais relevantesdos diferentes componentes do motor
• Reciclagem/re-utilização de componentesao final da vida útil dos veículos
Biela em Aço Forjado Biela Sinterizada
Sustentabilidade: Peças Sinterizadas
Arquitetura proposta:
• Mancais do bloco do motor em material sinterizado (desde 2005)• Em futuras aplicações, estuda-se o uso de bielas e outros componentes
sinterizados para redução de peso
Sustentabilidade: Plasma Spray em cilindros e camisas
Objetivos para futuras legislações de emissões:
• Redução do atrito• Redução de desgaste• Resistência a Corrosão pela ação dosprodutos da combustão oriundos daRecirculação dos Gases de Escape (EGR)
Benefícios:
• Menor consumo de combustível• Redução no consumo de lubrificante• Permite taxas mais elevadas de EGR• Menor sensibilidade ao enxofre
Obs.: Pode ser utilizado na remanufatura do motor Con
sum
o de
óle
o (g
/kW
h)
Tempo de Teste (h)
Durabilidade: Bloco em Ferro Fundido Vermicular (CGI)
Arquitetura proposta:
• Pressão de combustão de até 200 bar(considerando Euro VI)
• Redução de peso (espessura mínima de parede deaproximadamente 3,8 mm, usando CGI 450)
• Bloco reforçado para aplicações agrícolas
Atualmente utilizado nos motoresMaxxForce de 11 e 13 litros
Propriedades Fofo Cinzento
Fofo Vermicular
Fator
Tensão ruptura (MPa) 250 450 1,8
Módulo de Elasticidade (GPa) 105 150 1,40
Tensão de Fadiga (MPa) 100 150 2,2
Condutividade Térmica (W/m.K) 50 37 0,8
Testes iniciais com cabeçote em HPI para o motor MaxxForce de 3.2 l
Durabilidade: Cabeçote em HPI (“High Performance Iron”)
Propriedades Fofo Cinzento
HPI(Teksid)
Condutividade Térmica (W/m.K) 50 50
Dureza (HB) 200 a 250 230 a 250
Tensão de Fadiga (MPa) 100 180
Ciclos de Fadiga Térmica(de 50ºC a 600ºC)
10,5 x 103 19 x 103
Arquitetura proposta:
• Pressão de combustão de até 200 bar(considerando Euro VI)
• Redução de peso• Bom comportamento térmico
Durabilidade: Camisa com Estrutura Bainítica e Roleteamento
Bainita(estrutura em agulhas)
Microestrutura do ferro fundido bainítico (ataque com 3% Nital, 350x)
Limite de Fatiga da Camisa (MPa)
Matriz Metálica Raio não roleteado Raio roleteado
Perlita 298 410Bainita 422 517
Aumento da resistência da camisa de cilindro alterando a estrutura do ferrofundido de perlítica para bainítica e introduzindo o processo de roleteamento
Dispositivo para avaliação da tensão residual no raio rolado por difração de raios X
100 MPa 40 MPa
Resfriamento em água Resfriamento em polímero
A tensão residual diminuiu de 100 MPa para 40 MPa na região crítica.
Cabeçote em Alumínio: Estudos do meio de resfriamento no tratamentotérmico, buscando reduzir o gradiente térmico durante o resfriamento e assim diminuir a tensão residual das peças.
Custos: Desenvolvimento de Processos
LisleHead Quarter
Melrose ParkMaxxForce DT, 9 & 10
HuntsvilleMaxxForce 7, 11, 13 & 15
IndianapolisPPT
South CarolinaPPT
Jesus MariaDiesel systems & parts
Santo Amaro229, 10, Acteon & BigBore
CanoasMS, HS, Sprint & NGD
India (Mahindra JV)MaxxForce 3.2, 4.8 & 7.2
China (JAC JV)MaxxForce 3.2, 4.8 , 7.2, 9.3, 13, 15 & JAC 2.8
Custos: Fornecimento e Fabricação em Todo Mundo
Fornecimento/fabricação globalizados esempre com qualidade
Obrigado!
Euro V - A Evolução de Novos Materiais no Projeto de Motores Diesel e suas implicações
Celso Argachoy
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