Caracterização e metodologia de análise de cabeçote de motores sob cargas termomecânicas de operação em um sistema sobrealimentado

Abstract

Este trabalho apresenta uma proposta de procedimentos para avaliação de cabeçotes de motor sob cargas termomecânicas de operação, mostrando a metodologia da análise, obtenção e aplicação dos carregamentos de montagem, térmicos, de combustão e dinâmicos atuantes no cabeçote, assim como a metodologia de seleção de casos de estudo, análise de tensão e proces-samento dos critérios de falhas. O caso de estudo foi realizado com o projeto de adequação do motor E.torQ EVO 1.6l 16v nas condições normal aspirado (NA) e a proposta de sobrealimen-tação em estudo. Para a seleção dos casos de análise, foram avaliados os picos de pressão em cada câmara de combustão e os valores máximos de cargas dinâmicas nos mancais do eixo comando, para todos o ciclo de operação do motor, totalizando 17 casos de carregamento, que após remoção dos pontos redundantes foram reduzidos para 11. Essa discretização proporciona grande redução no custo computacional da análise, permitindo a simplificação dos efeitos con-tínuos e dinâmicos atuantes no motor, para cargas estáticas e discretas. Para o cálculo das ten-sões atuantes, foi utilizado o software comercial Abaqus. A fim de validar a metodologia apre-sentada, todos os carregamentos foram aplicados à versão NA, atualmente em produção, e pos-teriormente aplicada à versão turbo para validação da proposta de sobrealimentação. Para a avaliação das falhas estáticas, foi utilizado o critério de falha da teoria da tensão máxima de cisalhamento, onde foram encontrados apenas pontos de baixo risco de falha próximos aos pa-rafusos, sedes e guias, mesmo na versão turbo que possui valores de tensão sensivelmente mai-ores que na versão norma aspirada. Já na avaliação de fadiga, a versão NA apresentou coefici-entes de segurança inferiores ao critério de aprovação (1,3) em apenas três pontos da camisa d’água, contudo devido aos baixos valores de tensão alternada, não foram considerados críticos. Já na versão turbo, nove regiões apresentaram valores críticos inferiores a 1,0. Esses resultados são devidos à elevada temperatura de trabalho simulada na análise fluidodinâmica e utilizada como condição de contorno. Averiguada a criticidade implicada dessa temperatura de operação, os resultados deste trabalho abrirão caminho para criação de uma melhor estratégia de funcio-namento do turbocompressor e viabilização da construção dos protótipos para análise física.