Défi bien chronométré

Aug 20, 2023

Spin-off de l'entreprise de groupes motopropulseurs de GM-Fiat, Punch Torino est un centre d'ingénierie de R&D de premier plan pour les moteurs à combustion interne et les systèmes de propulsion. Faisant désormais partie du groupe belge Punch, la société continue de soutenir GM et un nombre croissant de fabricants et de startups dans divers projets technologiques comprenant des moteurs à essence, diesel et à hydrogène.

Punch Torino construit une variété de prototypes de moteurs pour ses clients et développe et teste de nouveaux composants pour les conceptions de moteurs existantes. Au cours du processus de construction, les ingénieurs doivent installer une chaîne de distribution qui relie le vilebrequin du moteur à une paire d'arbres à cames. Lorsqu'ils tournent, les lobes sur toute leur longueur ouvrent et ferment les soupapes de chaque cylindre pour laisser entrer le carburant et l'air au bon moment.

Lors du serrage du pignon de chaîne de distribution, les arbres à cames doivent être maintenus complètement immobiles dans une position définie pour garantir la parfaite synchronisation du système de distribution lorsque le moteur tourne. Si les arbres à cames ne sont pas verrouillés en place, les soupapes peuvent s'ouvrir et se fermer au mauvais moment, endommageant ou détruisant le moteur.

Pour empêcher les arbres à cames de bouger, les ingénieurs de Punch Torino ont conçu des outils de blocage d'arbre à cames en forme de fourche, construits à partir de filament Markforged Onyx avec renfort en fibre. Les outils de blocage d'arbre à cames sont actuellement construits à l'aide d'un Markforged X7 utilisant de l'Onyx avec renfort en fibre de carbone.

Pendant le processus de serrage, les outils doivent résister à un couple allant jusqu'à 120 newtons-mètres et ne doivent permettre aucun degré de rotation. Valerio Ametrano, ingénieur principal de pré-production chez Punch, estime que chacun prend environ 18 heures à imprimer.

Si un outil de verrouillage se brise pendant ce processus de serrage critique, le couple sur l'arbre à cames le fera tourner hors de sa position. L'équipe devra alors desserrer ou retirer la chaîne de distribution, sécuriser à nouveau les arbres à cames et recommencer le processus de serrage.

Bien que l'impression 3D ait accéléré le processus d'origine, attendre qu'un nouvel outil de verrouillage soit imprimé en 3D pourrait retarder l'équipe d'un jour ou plus, surtout si cela lui faisait manquer une fenêtre de construction pour un nouveau moteur.

Au cours du processus de conception du moteur, les ingénieurs apportent souvent de légères modifications de conception aux composants du moteur, en particulier au cours des premières étapes du développement du moteur. À chaque fois, l’équipe doit peaufiner la conception des outils de blocage d’arbre à cames et en imprimer de nouveaux. Souvent, l’équipe d’ingénierie peut tester plusieurs conceptions d’arbres à cames en même temps. Chacun nécessite une conception d’outil légèrement différente.

Dans le passé, le processus de conception d'outils de verrouillage d'arbre à cames nécessitait de nombreux essais et erreurs : il n'existait pas de moyen précis de prédire si un outil serait suffisamment rigide et solide pour résister aux charges de couple qui lui étaient imposées. Les ingénieurs n'avaient aucun moyen de savoir si une modification de conception de l'outil de verrouillage pouvait compromettre son intégrité structurelle. Même si l'analyse FEA n'est pas conçue pour les pièces imprimées en 3D, l'équipe a dû faire de nombreuses hypothèses et approximations pour concevoir des gabarits répondant à toutes leurs exigences. exigences.

L'équipe de Punch Torino affirme avoir réussi à surmonter ce problème grâce à l'utilisation de la simulation de Markforged. Avant de l'utiliser, une nouvelle configuration d'arbre à cames pourrait nécessiter l'impression et le test de jusqu'à 8 modèles de gabarits pour obtenir la bonne configuration, rappelle Ametrano.

Par exemple, un changement de géométrie ou de dimensions (lobe, longueur, diamètre, etc.) de l'arbre à cames peut avoir nécessité une forme de fourche légèrement différente pour le maintenir en place. Pourtant, la conception révisée de l'outil de verrouillage n'était pas tout à fait conforme à la forme de l'arbre et permettait une rotation trop importante de l'arbre à cames. Cela pourrait entraîner l'impression de plusieurs itérations d'outils jusqu'à ce qu'ils atterrissent sur une configuration qui fonctionne.

Après avoir commencé à utiliser Simulation pour Markforged, ils ont pu réduire le nombre moyen d'itérations de conception d'outils de verrouillage de 8 à trois, du moins au début. Selon Ametrano, lorsque l'équipe a commencé à apprendre à utiliser le nouvel outil de simulation, elle a procédé à quelques essais et erreurs pour caractériser correctement les conditions aux limites, le module de force et la déformation auxquels l'outil de verrouillage était exposé. Maintenant qu'ils disposent de ces données, ils peuvent généralement simuler et imprimer un outil de verrouillage typique en une seule itération, souligne-t-il.