Focusing on reducing the air consumption of an air flotation rail system, a flowrate-amplified flotation element was recently developed. This new flotation element ulitises the rotational flow to intake extra air via an intake hole, and thus, effectively improves the flotation height. Compared to a conventional flotation element, the flowrate-amplified flotation element can reduce air consumption by approximately 50% for the same load and flotation height. To gain an understanding of the flow phenomenon in the flowrate-amplified flotation element, experiments and CFD simulations are conducted in this study. Based on the results, we found that the flowrate-amplified flotation element could take a part of the kinetic energy of the rotating air to suck in extra air. The intake hole greatly affects the pressure field and velocity field of the flotation element. Additionally, the effects of the variant gap height and supplied flow rate were also discussed. The results indicate that the pressure distribution decreases as the gap height increases and increases as the supplied flow rate increases.

Focusing on reducing the air consumption of an air flotation rail system, a flowrate-amplified flotation element was recently developed. This new flotation element ulitises the rotational flow to intake extra air via an intake hole, and thus, effectively improves the flotation height. Compared to a conventional flotation element, the flowrate-amplified flotation element can reduce air consumption by approximately 50% for the same load and flotation height. To gain an understanding of the flow phenomenon in the flowrate-amplified flotation element, experiments and CFD simulations are conducted in this study. Based on the results, we found that the flowrate-amplified flotation element could take a part of the kinetic energy of the rotating air to suck in extra air. The intake hole greatly affects the pressure field and velocity field of the flotation element. Additionally, the effects of the variant gap height and supplied flow rate were also discussed. The results indicate that the pressure distribution decreases as the gap height increases and increases as the supplied flow rate increases.

The air intake manifold is an integral part of modern internal combustion engines. Currently manufactured in glass fibre reinforced PA66, inquiries have been raised regarding a change of material to glass fibre reinforced PP. A new engine project is the purpose for which this proposed material is evaluated. The thermochemical environment in the air intake system puts high demands on the material. Ageing treatments and tensile testing was conducted on samples of the new material, as well as on the currently used PA66 to evaluate mechanical response of each material to treatments made to simulate the air intake environment. Furthermore, understanding of the chemical setup is lacking and needs to be studied. Experiments was performed to study the chemistry of the intake environment. Results indicated that PP can retain sufficient mechanical rigidity and strength when subjected to parameters made to simulate the air intake. Moreover, results regarding the chemical environment in the air intake system provided limited information.

Este estudo pretende avaliar, através de simulações em Computational Fluid Dynamics (CFD), o comportamento do ar frio no interior da câmara de combustão com foco no movimento denominado Swirl. Testes computacionais no cabeçote de um motor de ignição por compressão foram realizados nos quais deslocamentos hipotéticos dos dutos de admissão foram impostos. Posteriormente foram realizadas análises na alteração do número de Swirl e comparados com o comportamento padrão esperado pelo cabeçote. Os resultados indicaram que o Swirl é sensivelmente alterado dependendo do sentido de deslocamento bem como que deslocamentos no eixo cartesiano x são mais impactantes do que deslocamentos no eixo y. Observou-se também, que diferenças expressivas no comportamento do ar ocorrem após a abertura de 73,33% da válvula de admissão. Nas conclusões são apresentados os efeitos causados pelo deslocamento dos dutos de admissão, pontos fortes e fracos deste trabalho e uma breve lista de possíveis desdobramentos desse estudo. / This research evaluates, by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation, the cold air behaviour inside the combustion chamber with focus on a movement named Swirl. Virtual tests were performed on an ignition compression engine overhead where hypothetical shifts on the air intake ducts were imposed. After that analysis were done in the Swirl changes and compared with expected pattern. The results indicated that Swirl is significantly changed depending on the direction of displacement as well as displacements on Cartesian axle x are more expressive than displacements on axle y. It was also observed more expressive changes in air behaviour after valve lifting of 73,33%. In the conclusions are presented the effects caused by displacement on the air intake ducts, strengths and weakness of this research and a list of possible research deployment.

A válvula borboleta é o atuador principal do sistema de admissão de ar no motor a combustão interna ciclo Otto (MCI), determinando a massa de ar admitida para o sistema de gerenciamento eletrônico do motor (ECU) realizar os cálculos de controle da injeção eletrônica de combustível, e o momento de lançamento da centelha para o sistema de ignição eletrônica, atuando também no regime de funcionamento do MCI. Este trabalho explora o controle da válvula borboleta eletrônica automotiva, onde foram estudados diversos modelos de controle para a válvula borboleta. O controle visa responder a ECU que demanda um determinado ângulo de abertura da válvula borboleta, para o melhor funcionamento e gestão do MCI para cada região de operação do motor, sendo este ângulo de abertura determinado pela própria ECU. O principal objetivo do trabalho é buscar um melhor desempenho do controle da válvula borboleta, para responder com exatidão ao comando da ECU e, consequentemente, um desempenho ótimo do motor de combustão interna. Adicionalmente, o trabalho promove avanços parciais para o desenvolvimento de uma unidade eletrônica de gerenciamento do motor. / The throttle is the main actuator of the air intake system in an internal combustion engine Otto cycle (MCI), determining the mass of air admitted to the system of electronic engine management (ECU) in the calculations of the electronic injection control fuel, and the timing of the spark to launch the electronic ignition system, also working in the regime of operation of the MCI. This work explores the control of automotive electronic throttle valve, where many control for throttle valve was studied. The control ECU aims to answer that demand a certain opening angle of the throttle valve, to improve the functioning and management of MCI for each region of operation of the engine, and this opening angle determined by the ECU itself. The main objective is to seek a better control performance throttle valve to respond accurately to the command of the ECU and hence optimum performance of the internal combustion engine. In addition, the work promotes partial advances in the development of an electronic engine management unit.

A válvula borboleta é o atuador principal do sistema de admissão de ar no motor a combustão interna ciclo Otto (MCI), determinando a massa de ar admitida para o sistema de gerenciamento eletrônico do motor (ECU) realizar os cálculos de controle da injeção eletrônica de combustível, e o momento de lançamento da centelha para o sistema de ignição eletrônica, atuando também no regime de funcionamento do MCI. Este trabalho explora o controle da válvula borboleta eletrônica automotiva, onde foram estudados diversos modelos de controle para a válvula borboleta. O controle visa responder a ECU que demanda um determinado ângulo de abertura da válvula borboleta, para o melhor funcionamento e gestão do MCI para cada região de operação do motor, sendo este ângulo de abertura determinado pela própria ECU. O principal objetivo do trabalho é buscar um melhor desempenho do controle da válvula borboleta, para responder com exatidão ao comando da ECU e, consequentemente, um desempenho ótimo do motor de combustão interna. Adicionalmente, o trabalho promove avanços parciais para o desenvolvimento de uma unidade eletrônica de gerenciamento do motor. / The throttle is the main actuator of the air intake system in an internal combustion engine Otto cycle (MCI), determining the mass of air admitted to the system of electronic engine management (ECU) in the calculations of the electronic injection control fuel, and the timing of the spark to launch the electronic ignition system, also working in the regime of operation of the MCI. This work explores the control of automotive electronic throttle valve, where many control for throttle valve was studied. The control ECU aims to answer that demand a certain opening angle of the throttle valve, to improve the functioning and management of MCI for each region of operation of the engine, and this opening angle determined by the ECU itself. The main objective is to seek a better control performance throttle valve to respond accurately to the command of the ECU and hence optimum performance of the internal combustion engine. In addition, the work promotes partial advances in the development of an electronic engine management unit.

Este estudo pretende avaliar, através de simulações em Computational Fluid Dynamics (CFD), o comportamento do ar frio no interior da câmara de combustão com foco no movimento denominado Swirl. Testes computacionais no cabeçote de um motor de ignição por compressão foram realizados nos quais deslocamentos hipotéticos dos dutos de admissão foram impostos. Posteriormente foram realizadas análises na alteração do número de Swirl e comparados com o comportamento padrão esperado pelo cabeçote. Os resultados indicaram que o Swirl é sensivelmente alterado dependendo do sentido de deslocamento bem como que deslocamentos no eixo cartesiano x são mais impactantes do que deslocamentos no eixo y. Observou-se também, que diferenças expressivas no comportamento do ar ocorrem após a abertura de 73,33% da válvula de admissão. Nas conclusões são apresentados os efeitos causados pelo deslocamento dos dutos de admissão, pontos fortes e fracos deste trabalho e uma breve lista de possíveis desdobramentos desse estudo. / This research evaluates, by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation, the cold air behaviour inside the combustion chamber with focus on a movement named Swirl. Virtual tests were performed on an ignition compression engine overhead where hypothetical shifts on the air intake ducts were imposed. After that analysis were done in the Swirl changes and compared with expected pattern. The results indicated that Swirl is significantly changed depending on the direction of displacement as well as displacements on Cartesian axle x are more expressive than displacements on axle y. It was also observed more expressive changes in air behaviour after valve lifting of 73,33%. In the conclusions are presented the effects caused by displacement on the air intake ducts, strengths and weakness of this research and a list of possible research deployment.

Este trabalho apresenta uma investigação das propriedades dinâmicas da válvula borboleta eletrônica do sistema de admissão de ar de um motor a combustão interna. O objetivo é utilizar um modelo matemático da válvula borboleta com todos os seus parâmetros identificados para efetuar o controle da válvula e aplica-lo em ambiente real. Tendo o modelo e os parâmetros identificados, compara-se o comportamento real de uma válvula borboleta com o comportamento simulado, utilizando os mesmos sinais de entrada, de tal forma a validar o modelo desenvolvido. Utilizando o controle Proporcional Integral, foi possível mostrar a aplicabilidade da metodologia que pode ser estendida para projetos de controle mais complexos. Com o controle PI, o modelo matemático é validado e pode ser utilizado como base para projetos de controle mais complexos. O modelo aqui desenvolvido representa satisfatoriamente a dinâmica da válvula borboleta, sendo possível utilizá-lo em outros tipos de válvula borboleta. / This work presents an investigation on the dynamic properties of the electronic air intake throttle valve of an internal combustion engine. The objective is to use a mathematical model of throttle valve with all it\'s parameters identified to effect control of the valve and apply it in a real environment. Having identified model parameters, the real performance is compared to a throttle valve with the simulated behavior using the same input signals, in order to validate the developed model. Using the Proportional Integral control, it was possible to show the applicability of the methodology that can be extended to more complex control design. The model here developed satisfactorily represents the dynamics of the throttle valve, being able to use in other types of throttle valves.

Este trabalho apresenta uma investigação das propriedades dinâmicas da válvula borboleta eletrônica do sistema de admissão de ar de um motor a combustão interna. O objetivo é utilizar um modelo matemático da válvula borboleta com todos os seus parâmetros identificados para efetuar o controle da válvula e aplica-lo em ambiente real. Tendo o modelo e os parâmetros identificados, compara-se o comportamento real de uma válvula borboleta com o comportamento simulado, utilizando os mesmos sinais de entrada, de tal forma a validar o modelo desenvolvido. Utilizando o controle Proporcional Integral, foi possível mostrar a aplicabilidade da metodologia que pode ser estendida para projetos de controle mais complexos. Com o controle PI, o modelo matemático é validado e pode ser utilizado como base para projetos de controle mais complexos. O modelo aqui desenvolvido representa satisfatoriamente a dinâmica da válvula borboleta, sendo possível utilizá-lo em outros tipos de válvula borboleta. / This work presents an investigation on the dynamic properties of the electronic air intake throttle valve of an internal combustion engine. The objective is to use a mathematical model of throttle valve with all it\'s parameters identified to effect control of the valve and apply it in a real environment. Having identified model parameters, the real performance is compared to a throttle valve with the simulated behavior using the same input signals, in order to validate the developed model. Using the Proportional Integral control, it was possible to show the applicability of the methodology that can be extended to more complex control design. The model here developed satisfactorily represents the dynamics of the throttle valve, being able to use in other types of throttle valves.

This diploma thesis is focused on CFD analysis of M-601 turboprop engine nacelle mounted on L-410 commuter aircraft. Calibrating exercise is performed at the beginning of the thesis in order to be more familiar with CFD problems. Next parts of the thesis are chronologically divided with respect to project progress, namely suitable geometrical model creation, mesh creation in order to obtain computational model, calculation using CFD methods, results evaluation and proposal of possible construction transformation at the conclusion.