This Master’s thesis discusses the investigation of autoignition (knock) of air-fuel mixtures in internal combustion engines (type EA 827; 1.6 and 1.4 l) under hot start conditions. Chapter Three comprehensively reviews literature on fuel characteristics; specifically boiling point, chemistry and the difference between the Research and Motor Octane Number (RON and MON). Furthermore different types of autoignition are discussed with regards to their detection and assessment in the chapter. The subsection on engine management looks at possible methods of altering and eliminating autoignition. Chapter Four details the equipment used to obtain data and measurements, as well as the signal conditioning of the spark and injector signal. Chapter Five discusses the actual results obtained during summer testing of the different methods of altering and eliminating autoignition in an internal combustion engine, as derived from the theories presented in Chapter Three. The summer tests finally verified the new application level and showed that only a reduction in the quantity of fuel injected can eliminate autoignition. However, a slight decrease in heat release does cause an increase in start time. In Chapter Six, based on the test results, a simulation model which calculates the probability of autoignition in a 1.4 l (Econo) engine during hot start conditions in Matlab/Simulink was developed. This simulation model satisfactorily verified test results.

Capes; Fundação Araucária / Este estudo consiste na avaliação do desempenho simulado de um sistema conjunto gaseificador-motor, como alternativa para a produção de potência mecânica e/ou eletricidade a partir do uso de combustíveis fósseis e renováveis. Para tal, escolheu-se um gaseificador de leito fluidizado circulante, operando com dois tipos de biomassa lignocelulósica característicos da região Sul do Brasil, além de carvão mineral e resíduos domésticos. O modelo de gaseificação selecionado baseou-se no método não-estequiométrico da minimização da energia livre de Gibbs, com modificações referentes a correlações semi-empíricas encontradas na literatura, para correção da composição encontrada de carbono não-convertido e metano na fase de pirólise. Com esse modelo, aplicado na faixa de razão de equivalência de 0,22 a 0,54, pôde-se obter a composição do gás combustível produzido no reator, bem como algumas das suas propriedades, como densidade e poder calorífico. Essas propriedades obtidas para o gás combustível puderam ser utilizadas na simulação da operação de um motor de ignição por centelha marca FIAT, com cilindrada de 2,0 L e cinco cilindros. Para o motor, optou-se por um modelo zero-dimensional não-adiabático de liberação finita de calor, de forma a avaliar seu desempenho em relação a potência, torque e consumo específico. Em posse desses parâmetros, também foi possível avaliar o rendimento global do sistema gaseificador-motor escolhido para cada tipo de combustível utilizado. A validação por comparação dos resultados obtidos a partir dos modelos adotados, quando realizada por separado no gaseificador e no motor de combustão interna, mostra que os dados experimentais da literatura se ajustam relativamente bem. A quantidade total de gás produzida pelo gaseificador abriu a possibilidade da operação simultânea com vários motores, obtendo-se uma potência máxima total ao freio de 103,3 kW para casca de arroz com o uso de 6 motores, 207,7 kW para serragem de pinus com o uso de 9 motores, 194,3 kW para carvão mineral com o uso de 8 motores, e 343,6 kW para lixo doméstico com o uso de 20 motores, sempre com os motores operando em paralelo. As curvas de torque e de consumo específico por motor seguiram a tendência esperada, obtendo-se o maior torque com o uso de carvão mineral e o menor consumo específico também com carvão. Dessa forma, obteve-se uma eficiência global máxima do sistema de potência de 14,0% para casca de arroz, 18,6% para serragem de pinus, 21,0% para carvão mineral, e 28,2% para lixo doméstico, resultados que se encontram dentro da faixa reportada em trabalhos prévios. / In this study, the simulated performance of a combined gasifier-engine system operated with fossil and renewable fuels was carried out. A circulating fluidized bed gasifier fed with two kinds of very common lignocellulosic biomass available at Southern Brazil, as well as with coal and municipal solid waste were chosen to produce the fuel gas. The gasification model was based on the non-stoichiometric method of Gibbs free energy minimization, including modifications regarding semi-empirical correlations found in literature, in order to correct the gas yield calculated for non-converted carbon and methane from pyrolysis. By applying this model with equivalence ratio varying from 0.2 to 0.54, it was possible to obtain the composition of the fuel gas, as well as some of its properties, such as density and heating value. These properties were used to simulate the operation of a 2.0 L, 5-cylinder spark-ignited FIAT engine. For this engine, a zero-dimensional, non-adiabatic, finite heat release model was chosen in order to assess its performance regarding power, torque and specific fuel consumption. From these results, it was possible to evaluate the overall performance of the gasifier-engine power system for each kind of solid fuel used. The validation by comparison of the data obtained from the gasification model, as well as from the engine model, has shown good agreement with those available in previous works. The producer gas yield was always higher than the amount of gas consumed by a single engine, making it possible to obtain maximum brake power of 103.6 kW for rice husk with 6 engines, 207.7 kW for pine sawdust with 9 engines, 194.3 kW for coal with 8 engines, and 343,6 kW for municipal solid waste with 20 engines, always in parallel setup. The consumption and torque curves have shown the expected behaviour, with both best results being obtained for coal. Therefore, the maximum overall performance of the power system was 14.0% for rice husk, 18.6% for pine sawdust, 21.0% for coal, and 28.2% for municipal solid waste, which was in agreement with results from previous studies.

Capes; Fundação Araucária / Este estudo consiste na avaliação do desempenho simulado de um sistema conjunto gaseificador-motor, como alternativa para a produção de potência mecânica e/ou eletricidade a partir do uso de combustíveis fósseis e renováveis. Para tal, escolheu-se um gaseificador de leito fluidizado circulante, operando com dois tipos de biomassa lignocelulósica característicos da região Sul do Brasil, além de carvão mineral e resíduos domésticos. O modelo de gaseificação selecionado baseou-se no método não-estequiométrico da minimização da energia livre de Gibbs, com modificações referentes a correlações semi-empíricas encontradas na literatura, para correção da composição encontrada de carbono não-convertido e metano na fase de pirólise. Com esse modelo, aplicado na faixa de razão de equivalência de 0,22 a 0,54, pôde-se obter a composição do gás combustível produzido no reator, bem como algumas das suas propriedades, como densidade e poder calorífico. Essas propriedades obtidas para o gás combustível puderam ser utilizadas na simulação da operação de um motor de ignição por centelha marca FIAT, com cilindrada de 2,0 L e cinco cilindros. Para o motor, optou-se por um modelo zero-dimensional não-adiabático de liberação finita de calor, de forma a avaliar seu desempenho em relação a potência, torque e consumo específico. Em posse desses parâmetros, também foi possível avaliar o rendimento global do sistema gaseificador-motor escolhido para cada tipo de combustível utilizado. A validação por comparação dos resultados obtidos a partir dos modelos adotados, quando realizada por separado no gaseificador e no motor de combustão interna, mostra que os dados experimentais da literatura se ajustam relativamente bem. A quantidade total de gás produzida pelo gaseificador abriu a possibilidade da operação simultânea com vários motores, obtendo-se uma potência máxima total ao freio de 103,3 kW para casca de arroz com o uso de 6 motores, 207,7 kW para serragem de pinus com o uso de 9 motores, 194,3 kW para carvão mineral com o uso de 8 motores, e 343,6 kW para lixo doméstico com o uso de 20 motores, sempre com os motores operando em paralelo. As curvas de torque e de consumo específico por motor seguiram a tendência esperada, obtendo-se o maior torque com o uso de carvão mineral e o menor consumo específico também com carvão. Dessa forma, obteve-se uma eficiência global máxima do sistema de potência de 14,0% para casca de arroz, 18,6% para serragem de pinus, 21,0% para carvão mineral, e 28,2% para lixo doméstico, resultados que se encontram dentro da faixa reportada em trabalhos prévios. / In this study, the simulated performance of a combined gasifier-engine system operated with fossil and renewable fuels was carried out. A circulating fluidized bed gasifier fed with two kinds of very common lignocellulosic biomass available at Southern Brazil, as well as with coal and municipal solid waste were chosen to produce the fuel gas. The gasification model was based on the non-stoichiometric method of Gibbs free energy minimization, including modifications regarding semi-empirical correlations found in literature, in order to correct the gas yield calculated for non-converted carbon and methane from pyrolysis. By applying this model with equivalence ratio varying from 0.2 to 0.54, it was possible to obtain the composition of the fuel gas, as well as some of its properties, such as density and heating value. These properties were used to simulate the operation of a 2.0 L, 5-cylinder spark-ignited FIAT engine. For this engine, a zero-dimensional, non-adiabatic, finite heat release model was chosen in order to assess its performance regarding power, torque and specific fuel consumption. From these results, it was possible to evaluate the overall performance of the gasifier-engine power system for each kind of solid fuel used. The validation by comparison of the data obtained from the gasification model, as well as from the engine model, has shown good agreement with those available in previous works. The producer gas yield was always higher than the amount of gas consumed by a single engine, making it possible to obtain maximum brake power of 103.6 kW for rice husk with 6 engines, 207.7 kW for pine sawdust with 9 engines, 194.3 kW for coal with 8 engines, and 343,6 kW for municipal solid waste with 20 engines, always in parallel setup. The consumption and torque curves have shown the expected behaviour, with both best results being obtained for coal. Therefore, the maximum overall performance of the power system was 14.0% for rice husk, 18.6% for pine sawdust, 21.0% for coal, and 28.2% for municipal solid waste, which was in agreement with results from previous studies.