4.1 Introduzione 4. ANALISI DEI MODI DI GUASTO EVIDENZIATI NELLE PROVE DI SVILUPPO DEL MOTORE SU BANCO E SU VEICOLO

4. ANALISI DEI MODI DI GUASTO EVIDENZIATI NELLE PROVE

DI SVILUPPO DEL MOTORE SU BANCO E SU VEICOLO

4.1 Introduzione

Per guasto si intende un’anomalia che può interessare un qualsiasi componente e che condiziona negativamente il corretto funzionamento del motore.

Durante il processo di sviluppo dei motori, almeno fino al lancio delle preserie, l’attenzione è rivolta principalmente ad anomalie legate a problematiche imputabili al progetto. La maggior parte delle anomalie dovute ai processi di lavorazione e montaggio di tipo prototipale non sono infatti rappresentative di quelle che in esercizio saranno imputabili ai processi di serie; solo dal lancio delle preserie, anche le anomalie attribuibili ai vari processi produttivi dei componenti, si evidenzieranno con le ultime prove previste dal Piano di Sperimentazione: test RDT, Audit prodotto e Field Test

L’analisi che segue è rivolta all’individuazione di relazioni che possono esistere tra i vari tipi di guasto e le modalità di accadimento al banco e su veicolo, dove per relazioni si intendono non solo correlazioni di tipo matematico, ma anche semplici criteri di massima che consentano di dimensionare o almeno ottimizzare la durata delle prove e le scelte dei test o delle mission veicolari da effettuare.

Il lavoro si è sviluppato in due step successivi:

• analisi quantitativa e qualitativa dei guasti occorsi durante lo sviluppo dei motori F1A ed F1C sia al banco che in prova su strada

• ricerca di correlazioni di tipo matematico e legami di tipo quantitativo, focalizzata su alcuni componenti e modi di guasto appositamente selezionati (trattazione nel successivo capitolo)

4.2 Analisi dei guasti

L’analisi delle anomalie è stata effettuata con l’ausilio di un data base utilizzato in Iveco per archiviare tutte le anomalie riscontrate durante la sperimentazione motore sia al banco

che su veicolo1_{. Lo strumento con il quale gli enti esecutori delle prove informano le}

Piattaforme circa l’accadimento delle anomalie sono denominate TDI (Test Design Information) e contengono informazioni utilizzate in questa analisi preliminare relative a:

• tipologia di test (banco o veicolo e la relativa denominazione del test); • ore o percorrenza di accadimento dell’anomalia;

• codifica dell’anomalia (per favorire successive ricerche); • codifica componente

• matricola motore

• descrizione dell’anomalia

Dall’analisi delle TDI effettuata periodicamente dagli enti tecnici delle Piattaforme ha

inizio il processo di Problem Solving 2_{, che si articolerà durante tutto il processo di}

sviluppo e dalla cui efficacia dipenderà in gran parte il raggiungimento dei target di qualità al lancio del prodotto.

L’analisi relativa al presente lavoro è iniziata dalla selezione delle anomalie legate esclusivamente a problematiche imputabili al progetto, tralasciando quelle relative ai processi prototipali ed ai montaggi non conformi; questa selezione è stata possibile grazie alle informazioni contenute nella banca dati del Problem Solving ed alla collaborazione degli ingegneri che hanno partecipato agli sviluppi dei motori analizzati.

Il risultato più evidente emerso dall’ analisi è che, sia per il motore F1A, sia per l’ F1C, più del 60 % delle TDI analizzate, relative ai guasti imputabili al progetto, sono state evidenziate durante le prove al banco.

1_{Per maggiori dettagli sulle modalità della sperimentazione motore al banco e su veicolo si rimanda all’}

Appendice 2

2 _{Il problem solving è un’attività sviluppata durante il processo di sviluppo motore per la gestione e la}

Gli istogrammi successivi riportano le distribuzioni delle anomalie suddivise per tipologie (da evidenziare che non potendo riportare il numero effettivo dei guasti, in quanto informazione riservata, si sono riportati i valori percentuali) .

0,0% 2,0% 4,0% 6,0% 8,0% 10,0% 12,0% 14,0% 16,0% 22-P ERD ITE OLI O 03-R OTT URA 70-S CAR SO R EN DIM ENTO /EFF ICIE NZA 09-C RET TATU RA 23-P ERD ITE CO MB USTI BIL E 06-U SU RA 11-C AVI TAZI ON E 20-P ERD ITA AC QU A 16-IN TER FER ENZA 01-D IFET TOS ITA ' 08-G RIP PA GGIO 52-G IOC O IR REG OLA RE 04-D EFO RM AZI ONE 60-R UM OR OS ITA ' 47-D ISA LLIN EA MEN TO 25-P ERD ITE GA S S CAR ICO 40-F ISS AG GIO LEN TO 07-B LOC CA GG IO 17-S URR ISC ALD AM ENTO 05-C EDIM EN TO 26-IN FILT RAZI ON E A CQ UA 12-O VALI ZZA ZIO NE 59-M AN CATA IND ICA ZIO NE 35-S POR CO E IMPU RIT A' 55-L IVE LLO IRR EG OLA RE 10-R IGA TUR A 51-T AR ATU RA RE GIS TRA Z. IR REG OLA RE 29-IN FILT RA ZIO NE GA S S CAR ICO 42-D ISTA CC O O SFI LAM ENTO 45-T ROP PO R IGID O 44-M ONTA GG IO IR REG OLA RE 14-S GA BBIA TUR A 53-P RES SIO NE IR REG OLA RE 41-F ISS AG GIO RO TTO 24-P ERD ITE LIQ UID O 31-C ORR OSIO NE/O SSID AZI ONE /BO LLE % a n o m a li e ca lc o lat e su l t o t

distribuzione % anomalie banco distribuzione % anomalie veicolo

Grafico 4.2.1 : distribuzione percentuale delle anomalie riscontrate su banco e su veicolo riferiti al totale dei guasti di progetto segnalati per F1A

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18% 03-R OTT UR A 06-U SUR A 22-P ERD ITE OLI O 16-IN TER FER ENZA 09-C RETT ATU RA 08-G RIP PAG GIO 01-D IFE TTO SIT A' 35-S POR CO E IM PUR ITA ' 42-D ISTA CCO O S FILA MEN TO 04-D EFO RM AZI ON E 60-R UM ORO SIT A' 07-B LOC CAG GIO 20-P ERD ITE H2O 70-S CAR SO RE ND IME NTO /EFF ICIE NZA 23-P ERD ITE CO MB USTI BIL E 47-D ISA LLIN EAM ENTO 11-C AVIT AZI ON E 53-P RES SIO NE IR REG OLA RE CO NSU MO OLI O 10-R IGA TUR A 52-G IOC O IR REG OLA RE 36-A PER TUR A O CH IUS UR A D IFET TOS A 18-B RU CIA TUR A 64-V IBR AZI ON I 25-P ERD ITE GA S S CA RIC O % a n o m al ie c a lc o lat e su l to t

% anomalie banco % anomalie veicolo

Grafico 4.2.2: distribuzione percentuale delle anomalie riscontrate su banco e su veicolo riferiti al totale dei guasti di progetto segnalati per F1C

4.3 Modi di guasto

Il passo successivo è stato di approfondire l’analisi sui modi di guasto che si sono verificati al banco e su veicolo,associato ai vari componenti, allo scopo di ricercare analogie e differenze tra i risultati delle prove di sperimentazione al banco e su veicolo.

Dapprima è stato effettuato il conteggio dei modi di guasto (per F1A ed F1C) con l’ausilio di tabelle “pivot” in “Excel”; sono state generate matrici con la seguente struttura:

• nelle righe sono stati riportati gli l componenti interessati dalle anomalie • nelle colonne sono state riportatele k tipologie di guasti riscontrate

dove l’elemento generico aij della matrice l×k rappresenta il numero delle anomalie di

tipologia j-esima sul componente i-esimo.

Sostituendo a tali valori 1 se aij ≠ 0 e 0 nel caso contrario, si ottengono delle matrici

costituite da soli elementi 1 e 0 dette “matrici 01”. Tale elaborazione, eseguita sia per le anomalie riscontrate al banco che su veicolo, permette di conteggiare con una semplice sommatoria il numero dei modi di guasto evidenziati nei due tipi di prove presi in considerazione:

numero dei modi di guasto =

∑

a

Si riporta a titolo di esempio una parte della “matrice 01” :

CODIFICA COMPONENTE 01 -DIFETT O SITA' 03-R O T T U R A 04-D E FO RM A Z IO N E 0 5 -C ED IM EN T O 06-U S U R A 07 -BLO C C A G G IO 08-G R IP PA G G IO 09-CR ET TATURA 10 -RIGATURA 11-C A V ITAZIONE 1 2 -OV A L IZ ZA ZI ON E 14-S G ABB IATU R A 1 5 -F U S IO N E /S TA M P O D IFE TT OS I 010000-MOTORE 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 020000-TESTA CILINDRI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 020500-MOLLA VALVOLA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 020600-PARAOLIO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 020700-VALVOLA DI ASPIRAZIONE 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 020800-VALVOLA DI SCARICO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 020901-sede valvole 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 020902-guida valvole 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 021000-GUARNIZIONE TESTA CILINDRI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 021101-Guarnizion o-ring 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 021200-BILANCIERE-COMPLETO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

021201-Punteria 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

030300-ANELLO ELASTICO DI TENUTA 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

030500-SOVRATESTA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

030600-COPERCHIO ANTERIORE 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 030601-Guarnizione toroidale 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 030700-CATENA DISTRIBUZIONE 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

030701-Ingranaggio 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Figura 4.3.1 : esempio di “matrice 01”

Eseguendo la sottrazione tra la matrice 01 banco e la matrice 01 veicolo si ottiene la

matrice 01 banco – veicolo:

aij banco-veicolo = aijbanco – aij vaicolo ∀ i,j ;

con aijbanco-veicolo = 0 se aijbanco – aij vaicolo≤ 0

Applicando la sommatoria vista precedentemente alla matrice banco-veicolo si è ottenuto il numero dei modi di guasto tipici della sola prova banco.

Ripetendo lo stesso procedimento, ma eseguendo la sottrazione matrice 01 veicolo –

matrice 01 banco, si è ottenuto il numero dei modi di guasto tipici delle sole prove

veicolari.

Per evidenziare i modi di guasto comuni tra banco e veicolo si è reso necessario costruire

la matrice 01 costituita dai seguenti elementi aij:

aij guasti comuni = aijbanco * aij vaicolo ,∀ i,j

ed applicare la sommatoria per il conteggio delle tipologie di anomalie comuni.

I risultati di tale analisi sono sintetizzati negli schemi seguenti:

tipologia di guasto presentatasi almeno una volta sia al banco che su veicolo

20%

banco veicolo

tipologia di guasto avvenuta su banco ma mai verificatasi al veicolo

25% veicolo banco

veicolo 55% banco

tipologia di guasto avvenuta su veicolo ma mai verificatasi al banco

Figura 4.3.2: sintesi conteggio tipologie di guasto F1A

16%

banco veicolo tipologia di guasto presentatasi

almeno una volta sia al banco che su veicolo

tipologia di guasto avvenuta su banco ma mai verificatasi al veicolo

56% banco veicolo

tipologia di guasto avvenuta su veicolo ma mai verificatasi al banco

27% veicolo banco

Figura 4.3.3: sintesi conteggio tipologie di guasto F1C

Come si evince dai diagrammi di Venn precedenti, sia per il motore F1A che per l’F1C, la maggior parte dei modi di guasto sono evidenziati dalle prove al banco: questa osservazione consente di posizionare temporalmente l’inizio delle prove di delibera in durata su veicolo a valle dei primi test di durata al banco, con un motore che ha già parzialmente beneficiato delle attività di risoluzione dei problemi osservati e quindi con un

impatto positivo sui tempi di delibera finale e sui costi della prova (minori tempi morti, aumento della disponibilità dei veicoli in prova).

Ovviamente, a parte la prima fase di sviluppo, la maggior parte dei test sperimentali al banco e su veicolo vengono condotti in parallelo per cui molte anomalie si presentano, a volte contemporaneamente nel corso di entrambi i test.

I modi di guasto comuni che sono stati osservati testimoniano il fatto che le prove al banco riproducono, almeno in parte, l’utilizzo del motore sul veicolo; è comunque da sottolineare che le prove al banco iniziano prima delle prove veicolari, proprio per scremare una parte delle debolezze progettuali e non farle emergere durante le prove veicolari. L’ideale sarebbe infatti non avere guasti comuni, ciò è ovviamente difficile per problemi organizzativi.

I modi di guasto riscontrati esclusivamente durante le prove veicolari sono analizzate nel paragrafo successivo in quanto di più ampia e significativa trattazione.

4.3.1 Analisi dei modi di guasto evidenziati esclusivamente su veicolo

I modi di guasto riscontrati esclusivamente dalle prove veicolari sono stati analizzati attentamente in collaborazione con esperti dell’area Testing e Qualità per ricercare le motivazioni principali (macrocause) del fatto che tali modi di guasto non siano stati evidenziati dalle prove banco. Nella tabella seguente si riportano le principali anomalie analizzate classificate in funzione della macrocausa attribuita:

MACROCAUSA DESCRIZIONE

Malfunzionamento immobilizer: impossibilità di ripartire con il veicolo. Spia immobilizer e spia EDC accese. Debimetro: corrosione sensore filo caldo (debimetro) e

perdita di linearità

ALLESTIMENTO BANCO NON IDONEO

Comandi ausiliari: danneggiamento cuscinetto fisso

DIFFERENTE DINAMICA TERMICA

DEL BANCO RISPETTO AL VEICOLO Termostato: danneggiamento/cavitazione/malfunzionamento ALLESTIMENTO DEFINITIVO NON

RECEPITO DAL VEICOLO Blow-by: imbrattamento da scarico blow-by

EGR: rumorosità ciclica della valvola modulatrice EGR Rumorosità turbocompressore in transitorio Danneggiamento tubazioni (bricolate prototipali)

collegamento riscaldatore veicolo Rumorosità alternatore Rumorosità galoppino tendicinghia

INTERFACCIAMENTO ORGANI VEICOLARI: RUMOROSITA‘ E

VIBRAZIONI

Baruffaldi: rumorosità

Pompa Alta Pressione: irregolarità pressione per usura valvola modulatrice.

DINAMICA DI FUNZIONAMENTO VEICOLARE NON RIPRODUCIBILE

AL BANCO

Data set: incorretta definizione/programmazione delle soglie di riconoscimento della condizione di errore

CONDIZIONI ATMOSFERICHE Sensore boost temp: malfunzionamento per corrosione.

Tabella 4.3.1.1: sintesi analisi anomalie esclusive veicoli e attribuzione macrocausa

Dall’analisi dei dati presentati si desume che le anomalie segnalate si sono evidenziate solo in prove su veicolo poiché nelle attuali configurazioni hardware e software dei banchi non possono essere riprodotte alcune tipiche condizioni dell’utilizzo del motore sul veicolo correlate a:

• agenti atmosferici; • dinamiche termiche

• vibrazioni trasmesse dal veicolo al motore

• dinamica di effettivo utilizzo del motore (rumorosità o vibrazioni percepite dal conducente)

A posteriori si può affermare che non si può prescindere dall’effettuazione delle prove veicolari. Si può tuttavia cercare di ridurre ed ottimizzare la durata dei test su strada, limitandoli ad una percorrenza minima necessaria ad evidenziare la maggior parte dei modi di guasto esclusivi dell’utilizzo veicolare.

Si è quindi analizzata la percorrenza chilometrica alla quale si sono verificati i primi modi di guasto tipici dell’utilizzo veicolare. Si è tracciata la cosiddetta cumulata dei primi modi

di guasto considerandone solo l'occorrenza, ovvero il chilometraggio minimo al quale si è verificato; ad ogni primo modo di guasto si è attribuito un valore percentuale rispetto al totale e riportando in un sistema di assi cartesiani le coppie di valori descritti sono stati ottenuti gli andamenti dei grafici 4.3.1 e 4.3.2.

Tali grafici possono essere interpretati come andamento della percorrenza chilometrica (espressa in percentuale rispetto al Be10, diverso per le due tipologie di motore) alla quale si evidenzia una certa percentuale dei primi modi di guasto rispetto al totale.

Osservando i suddetti grafici si può affermare che per evidenziare almeno una volta l’85% dei modi di guasto sarebbero state sufficienti delle prove veicolari con accumulo chilometrico pari a circa il 50% del Be10 sia per la famiglia di motore F1A che per l’F1C.

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% e1 90% 100%

percorrenza % rispetto B 0F1A

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% e1 80% 90% 100% percorrenza % rispetto B 0F1C

Grafico 4.3.2: cumulata primi guasti esclusivi veicolo F1C

4.4 Analisi della significatività delle mission veicolari

Le prove su veicolo sono eseguite prevalentemente secondo tre tipologie di mission: • autostradale: il veicolo segue un percorso autostradale, quindi il motore eroga una

potenza elevata per la maggior parte dell’accumulo chilometrico, funzionando in un range di numero di giri abbastanza ristretto

• cittadino: il veicolo viene fatto circolare in città, quindi il motore funziona nella parte crescente della curva di coppia

• misto: è un percorso collinare, cittadino e autostradale, in cui il funzionamento del motore è vario

Come è facile intuire, essendo l’utilizzo del motore diverso tra una mission e un’altra, le tre tipologie di prove veicolari evidenzieranno tipologie di guasti diverse. Per ogni mission è stato eseguito il conteggio dei modi di guasto esclusivi e, come si evince dal grafico 4.4.1 il percorso “misto” risulta essere il più significativo ai fini della copertura dei modi di

guasto, infatti la gran parte dei modi di guasto evidenziati durante l’accumulo in percorso cittadino o autostradale sono evidenziati anche nel percorso misto; inoltre quest’ ultima mission consente di evidenziare un maggior numero di modi di guasto esclusivi rispetto alle altre due mission considerate. Si è anche riportata su grafico la distribuzione delle anomalie per tipologia di guasto, che conferma come nella mission mista si verifichi il maggior numero di guasti.

Grafico 4.4.1: suddivisione in percentuale delle anomalie esclusive evidenziate dalle mission veicolari 0 10 20 30 40 50 60 70 22-P ER DIT E O LIO 03-R OTT UR A 70-S CA RS O R END IME NTO /EFF ICIE NZA 23-P ER DIT E C OM BU STI BIL E 60-R UM OR OS ITA ' 01-D IFE TTO SIT A' 16-IN TER FER ENZA 04-D EFO RM AZI ON E 52-G IOC O IR RE GO LAR E 20-P ER DIT A A CQ UA 08-G RIP PAG GIO 06-U SU RA 11-C AV ITA ZIO NE 17-S UR RIS CA LD AM EN TO 40-F ISS AG GIO LE NTO 05-C ED IME NTO 09-C RETT ATU RA 55-L IVE LLO IRR EG OLA RE 35-S PO RC O E IM PU RIT A' 07-B LO CC AG GIO 51-T AR ATU RA RE GIS TR AZ. IRR EG OLA RE 47-D ISA LLIN EAM EN TO 24-P ERD ITE LIQ UID O 12-O VA LIZZ AZI ON E 45-T RO PP O R IGID O 59-M AN CA TA IND ICA ZIO NE 14-S GA BB IATU RA

AUTOSTRADA CITTA' MISTO

4.5 Conclusioni

L’ analisi sviluppata ha messo in evidenza come sia ragionevolmente ipotizzabile ridurre i tempi ed i costi di sviluppo motore, attraverso l’ ottimizzazione di due aspetti fondamentali:

1. la durata delle prove veicolari, che, come già visto nel capitolo 3, sono più onerose rispetto a quelle al banco sia dal punto di vista economico, sia da quello del tempo necessario al loro completamento.

2. la scelta delle mission veicolari più efficaci al fine dell’individuazione dei modi di guasto residui non coperti dalla sperimentazione su banco.

L’ analisi eseguita nel presente capitolo ha sottolineato, per ambedue le famiglie di motori F1A ed F1C, che la maggior parte delle problematiche evidenziate nel corso dello sviluppo sono emerse nelle prove di durata al banco; è quindi ragionevole ricorrere alle prove al banco nella prima parte dello sviluppo :

• scremare il maggior numero possibile di problemi imputabili al progetto (che come visto per i motori analizzati sono più del 60% dei totali)

• validare la durata Be10 del motore.

Le prove di durata veicolari, eseguite a valle della prima fase di test al banco, evidenzieranno quei modi di guasto esclusivi dell’ utilizzo veicolare e confermeranno e valideranno le soluzioni implementate.

L’ osservazione che si può fare, in base a quanto analizzato nel presente capitolo, è che una percorrenza chilometrica inferiore agli standard applicati per F1A ed F1C sarebbe stata sufficiente ad evidenziare quasi tutti i modi di guasto tipici dell’ utilizzo veicolare (oggi le prove su veicolo coprono ancora percorrenze pari al Be10 motore).

Ovviamente tale affermazione, basata sull’esito dell’analisi eseguita, non ha valenza statistica ed è un’ indicazione che deriva dall’ esperienza maturata durante lo sviluppo dei motori della famiglia F1.

Per quanto riguarda invece la scelta delle mission veicolari, tenuto conto dei vincoli temporali e della maggior copertura dei modi di guasto, si può affermare che i percorsi più significativi sono quello misto e, a seguire, l’autostradale, che, per ambedue i motori

analizzati, hanno evidenziato un numero di gran lunga superiore rispetto alla mission

cittadina. Questo ultimo concetto va tuttavia rivalutato per quel che riguarda gli sviluppi

dei futuri motori Euro 4 ed Euro 5; infatti le sempre più severe normative, che impongono rigorosi controlli sulle emissioni, rendono indispensabili le sperimentazioni dei veicoli su percorsi urbani in grado, rispetto le altre mission, di mettere maggiormente in luce debolezze dei sistemi di contenimento emissioni (E.G.R., filtro particolato).