Euro V - A Evolução de Novos Materiais no Projeto de Motores Diesel e suas implicações. Celso Argachoy 06/Junho/2011

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1 Euro V - A Evolução de Novos Materiais no Projeto de Motores Diesel e suas implicações Celso Argachoy 06/Junho/2011

2 MWM Produ-=ct Line - Linha de Produtos para Aplicação Automotiva Em 58 anos, a MWM INTERNATIONAL (empresa do grupo Navistar), produziu mais de 3,7 milhões de motores Diesel para aplicações agrícolas, industriais, marítimas e principalmente veiculares: High Speed Medium Duty Heavy Duty 158hp 550Nm 207hp 850Nm 325hp 1300Nm 387hp 1750Nm 475hp 2300Nm I4 3.2L I4 4.8L I6 7.2L I6 9.3L I6 12.4L

3 Fase Inicial da Seleção de Materiais: O Motor Virtual Desempenho de Veículos Simulação 1D do Motor GT-Power Redução do Time-to-Market Combustão Kiva GT-Drive Análise Estrutural Nastran, Marc & NX Soluções não triviais Desenvolvimento de Know-How Multicorpos CFD Adams Fluent Otimização Geométrica Optstruct Cooperação Técnica com Universidades

4 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, preservando a dirigibilidade (redução de peso e atrito) Combustíveis alternativos Análise acústica Reciclabilidade Condições de Contorno para seleção de materiais: Sustentabilidade Durabilidade Custos Durabilidade Intervalos de manutenção e seus requisitos Ambientes agressivos Custos Desenvolvimento de processos Fornecimento & produção globalizados

5 Sustentabilidade: IMDS International Material Data System Diretiva Européia 2000/EC/53: Gerenciamento de aspectos ambientais relevantes dos diferentes componentes do motor Reciclagem/re-utilização de componentes ao final da vida útil dos veículos Algumas ações já para Euro V no projeto de motores Diesel: Todos os elementos de fixação usam proteção organo-metálica ao invés de cromo hexavalente. Todos os revestimentos em tubos, suportes, conexões, etc. livres de cromo hexavalente Buchas e casquilhos sem chumbo Soldas de componentes eletrônicos livres de chumbo (a partir de Janeiro/2016)

6 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 Biela em Aço Forjado Biela Sinterizada

7 Sustentabilidade: Plasma Spray em cilindros e camisas Objetivos para futuras legislações de emissões: Redução do atrito Redução de desgaste Resistência a Corrosão pela ação dos produtos da combustão oriundos da Recirculação 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 Consumo de óleo (g/kwh) Tempo de Teste (h)

8 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 de aproximadamente 3,8 mm, usando CGI 450) Bloco reforçado para aplicações agrícolas Atualmente utilizado nos motores MaxxForce de 11 e 13 litros Propriedades Fofo Cinzento Fofo Vermicular Fator Tensão ruptura (MPa) ,8 Módulo de Elasticidade (GPa) ,40 Tensão de Fadiga (MPa) ,2 Condutividade Térmica (W/m.K) ,8

9 Durabilidade: Cabeçote em HPI ( High Performance Iron ) Arquitetura proposta: Pressão de combustão de até 200 bar (considerando Euro VI) Redução de peso Bom comportamento térmico Testes iniciais com cabeçote em HPI para o motor MaxxForce de 3.2 l Propriedades Fofo Cinzento HPI (Teksid) Condutividade Térmica (W/m.K) Dureza (HB) 200 a a 250 Tensão de Fadiga (MPa) Ciclos de Fadiga Térmica (de 50ºC a 600ºC) 10,5 x x 10 3

10 Durabilidade: Camisa com Estrutura Bainítica e Roleteamento Aumento da resistência da camisa de cilindro alterando a estrutura do ferro fundido de perlítica para bainítica e introduzindo o processo de roleteamento Bainita (estrutura em agulhas) Microestrutura do ferro fundido bainítico (ataque com 3% Nital, 350x) Dispositivo para avaliação da tensão residual no raio rolado por difração de raios X Limite de Fatiga da Camisa (MPa) Matriz Metálica Raio não roleteado Raio roleteado Perlita Bainita

11 Custos: Desenvolvimento de Processos Cabeçote em Alumínio: Estudos do meio de resfriamento no tratamento térmico, buscando reduzir o gradiente térmico durante o resfriamento e assim diminuir a tensão residual das peças. 100 MPa 40 MPa Resfriamento em água Resfriamento em polímero A tensão residual diminuiu de 100 MPa para 40 MPa na região crítica.

12 Custos: Fornecimento e Fabricação em Todo Mundo Huntsville MaxxForce 7, 11, 13 & 15 Lisle Head Quarter Melrose Park MaxxForce DT, 9 & 10 China (JAC JV) MaxxForce 3.2, 4.8, 7.2, 9.3, 13, 15 & JAC 2.8 South Carolina PPT Jesus Maria Diesel systems & parts Indianapolis PPT Santo Amaro 229, 10, Acteon & BigBore Canoas MS, HS, Sprint & NGD India (Mahindra JV) MaxxForce 3.2, 4.8 & 7.2 Fornecimento/fabricação globalizados e sempre com qualidade

13 Obrigado! Euro V - A Evolução de Novos Materiais no Projeto de Motores Diesel e suas implicações Celso Argachoy