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!

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Celso Argachoy