Orientadora: Profa. Dra. Maria J.J.S. Ponte / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia - PIPE. Defesa: Curitiba, 07/07/2009 / Bibliografia: fls. 146-150 / Área de concentraçao: Engenharia e ciencia dos materiais / Resumo: Este trabalho trata do estudo de atomizadores mecânicos–centrífugos utilizados em sistemas de injeção eletrônica de combustíveis para motores de combustão interna. Foram estudados injetores para motores do tipo à centelha, que operam segundo o ciclo termodinâmico OTTO. Através de uma abordagem teórico-experimental estudouse o fenômeno da atomização responsável pela geração do spray em njetores. O mecanismo de formação de sprays caracteriza-se pela turbulência, quebra das forças de tensão superficial, formação de filmes instáveis, ligamentos, gotas e finalmente gotículas. À luz da mecânica de fluidos aplicada e da observação dos fenômenos envolvidos em cada fase da atomização, buscaram-se correlações e modelos matemáticos de predição das principais características do spray, especialmente o diâmetro estatístico das gotículas e seu campo de velocidades. A disponibilização dessas ferramentas matemáticas é contribuição efetiva não somente à melhoria desses dispositivos, mas também à simulação da vaporização do líquido e formação da mistura carburada em motores. A literatura afirma a relação entre o desempenho do sistema de injeção com a economia de combustível e a redução de emissões poluentes. A abordagem se prima pela exploração da experimentação científica em que foram utilizadas técnicas qualitativas e quantitativas de medição do tamanho de gotículas e sua velocidade. Além de técnicas otográficas sofisticadas como a de alta velocidade, empregaram-se métodos de medição ópticos avançados a raios Laser como a velocimetria por efeito Doppler (LDV) e medição do diâmetro por diferença de fase (PDPA). O planejamento de experimentos, bem como o tratamento de resultados, valeu-se do uso de métodos estatísticos de planejamento fatorial e regressão nãolinear. Finalmente apresentam-se as orrelações como ferramentas de engenharia para projeto e melhoria de injetores. Observou-se que nas correlações para o campo de velocidades os parâmetros adimensionais mais importantes são espectivamente os números de Euler, de Weber e Reynolds, nesta ordem. Finalmente apresenta-se uma análise da influência de cada parâmetro e a aplicabilidade das correlações propostas. / Abstract: Among all modern human activities with impact on the environment the most important is the fuel based transportation. Regulatory guidelines for greenhouse gases "GHG" emissions and vehicle efficiency have come up in many countries after the Kyoto protocol agreement. Because of fuel availability, price rise and emission control the goal of having a more efficient engine has became a must worldwide over the last ten years. In such a scenario alternative fuels like ethanol have returned on discussion again because of its successful use. In internal combustion engines a better atomized spray is one of the key features to chieve an efficient fuel-and-air mixture in the cylinder inlet. The injection system should keep a good spray pattern and overall performance. In conventional spark engines the spray is commonly generated by injectors with pressure or pressure-swirl atomizers in the fuel outlet. The present work focus on pressure-swirl atomizers used in modern electronic fuel injection systems for spark engines. By means of a heoretical-experimental approach, applied fluid mechanics and a statistically based testing programme the atomization process in injectors is studied. This work seeks a predictive mathematical statement for the relationship between the upstream liquid properties and the operating conditions with the spray main characteristics such as the droplet size and velocity field. Such an experimental approach demands injector’s selection, test rig design and construction, spray sizing methods, research and adjustment. The experimental approach is based upon two spray evaluation techniques: a qualitative evaluation, such as high speed photography and a non-intrusive quantitative method by Laser Doppler Velocimetry (LDV) for the spray velocity field and the Phase Doppler Particle Analyser (PDPA) for droplet sizing. Finally the predicting models are presented as an engineering tool for the design and development of fuel injectors because their importance for fuel consumption and emission control.

Orientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 08/12/2014 / Inclui referências : f. 224-228 / Área de concentração: Sistemas eletrônicos / Resumo: A criação de normas de emissões de gases veiculares cada vez mais restritivas, a necessidade de redução de consumo de combustíveis, requisitos rigorosos de segurança e a busca para atender as demandas de clientes cada vez mais exigentes, fizeram com que a complexidade dos softwares automotivos crescesse exponencialmente ao longo dos últimos anos, o que acarretou em um aumento significante no número de parâmetros a serem calibrados. Consequentemente, o processo de calibração demandará mais esforço e tempo para que os motores automotivos possam atender aos requisitos do projeto. Neste sentido, algoritmos de otimização baseados na evolução diferencial são uma ferramenta útil na realização de calibração automática dos parâmetros dos softwares de motores automotivos devido a sua eficiência na busca de soluções adequadas para problemas complexos de otimização. Portanto, o objetivo principal desta dissertação é o desenvolvimento de uma nova versão de um algoritmo baseado na evolução diferencial para solução de problemas mono-objetivo sujeito apenas a restrições laterais e a aplicação deste algoritmo na realização de calibração automática de algumas funções de softwares utilizados para o controle e funcionamento de motores automotivos. Nesta dissertação são apresentadas duas versões de um algoritmo desenvolvido baseando-se nas idéias da evolução diferencial, o qual foi denominado de Evolução Diferencial Híbrida Auto Adaptativa, ou em inglês, Hybrid Self Adaptive Differential Evolution. O desenvolvimento das duas abordagens apresentadas neste trabalho teve como objetivo a implementação de um algoritmo capaz de ter um bom equilíbrio entre o exploration e exploitation, o que é importante para aumentar a precisão de um algoritmo meta-heurístico populacional, e que também fosse capaz de adaptar os seus valores de parâmetros de controle durante o processo de otimização, o que é crucial para aumentar a velocidade de convergência e reduzir o risco de estagnação da população durante o processo de otimização. Para avaliar o desempenho e eficiência dos algoritmos propostos, as duas versões, juntamente com alguns algoritmos estado da arte referentes a variantes do algoritmo de evolução diferencial, foram aplicados a três estudos de casos formado por conjuntos de funções propostos para o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Congress on Evolutionary Computation de 2005, 2011 e 2013 e seus resultados foram comparados. Para analisar os resultados obtidos em cada um dos estudos de caso, e, assim, analisar o desempenho dos algoritmos propostos, foram utilizados os testes não paramétricos de Mann-Whitney e o teste post hoc de Friedman. Os resultados experimentais obtidos mostram que, analisando-se de uma maneira global, as duas versões do algoritmo de Evolução Diferencial Híbrida Auto Adaptativa apresentam um excelente desempenho, demonstrando, deste modo, sua eficácia e eficiência. Uma vez avaliados seus desempenhos, as duas abordagens foram aplicadas na realização da calibração automática de um modelo responsável por calcular a pressão de combustível no rail em motores diesel com sistema common rail e na realização da calibração automática de um modelo responsável por calcular a pressão do ar no coletor de admissão em motores a gasolina. Os resultados obtidos demonstram a factibilidade e a eficiência da utilização dos algoritmos de otimização propostos nesta dissertação na realização de calibração automática. Palavras-chave: Evolução diferencial. Otimização mono-objetivo. Metaheurísticas. Calibração de motores automotivos. Calibração automática. / Abstract: The growing demand for improving fuel economy and performance, tighter emissions standards, strict vehicle safety regulations and higher requests for driving comfort have led to an exponential increase of the automotive software complexity over the past few years, which resulted in an increase in the number of control parameters to be calibrated. As a consequence, the calibration process will require a higher effort and a significant amount of time will be spent to achieve an optimized calibration to meet all the project requirements. In this sense, optimization algorithms based on differential evolution are an useful tool to perform automatic calibration of the control parameters due to its ability to find appropriate solutions to complex optimization problems. Therefore, the main objective of this thesis is the development of a new version of an algorithm based on differential evolution for solving bound-constrained single-objective optimization problems and the application of this algorithm to perform automatic calibration of some software functions used by the automotive engine management systems. In this thesis it is presented two version of an algorithm, so-called Hybrid Self Adaptive Differential Evolution, which was developed based on the differential evolution ideas. The aim of the development of these two approaches presented on this thesis was to create an algorithm with a good balance between exploration and exploitation, which is important to increase the accuracy and efficiency of a population-based stochastic algorithm, and which is able to adapt its control parameters values over the optimization process, which is also crucial to increase the speed convergence and reduce the risk of search stagnation. To verify the performance of the proposed approaches, the two versions, along with some state-of-arts differential evolution algorithms, were tested over three case studies, composed of sets of benchmark functions proposed for the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Congress on Evolutionary Computation of 2005, 2011 and 2013, and their results were compared. To evaluate the results obtained in each of the case study, and thus analyze the performance of the proposed algorithms, the non-parametric tests of Mann-Whitney and Friedman were used. An overall analysis of experimental results shows that the two versions of the Hybrid Self Adaptive Differential Evolution algorithm have an exceptional performance, which demonstrates the effectiveness and efficiency of the proposed algorithms. After evaluating their performance, both approaches have been employed to perform, firstly, an automatic calibration of a model responsible for estimation of the fuel rail pressure on a common rail diesel engine and then to perform an automatic calibration of a model responsible for estimation of the air pressure in the intake manifold on a gasoline engine. The results demonstrate the feasibility and efficiency of the proposed algorithms to perform automatic calibration. Key words: Differential evolution. Single-objective optimization. Metaheuristics. Automotive engine calibration. Automatic calibration

Orientador: João Carlos de Menezes / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação e Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T19:47:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nahas_LeandroLafiandre_M.pdf: 2528374 bytes, checksum: 557f889189fdbae7ea36996fe0893714 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este projeto originou-se quando a família de motores objeto deste estudo foi introduzida no mercado e já os primeiros lotes de motores produzidos apresentaram esta falha, vulgarmente conhecida como degola da camisa. Esta falha compreende a trinca e propagação por todo o perímetro da camisa de cilindro e consequentemente a descida da camisa para a parte inferior do bloco do motor. Durante a descida, a camisa choca-se com elementos girantes do motor e vem por sua vez colapsar por completo. Este trabalho tem como base a extrapolação dos limites especificados em projeto da camisa de cilindro do tipo seca. Veremos que mínimas variações dimensionais no projeto da camisa de cilindro podem ter consequências gravíssimas para o conjunto. Analisaremos um caso real onde a mínima variação no projeto foi fatal para o componente e suas conseqüências, catastróficas para o motor. Para a determinação da causa raiz e consequentemente a solução do problema, foi utilizada a metodologia ¿Six Sigma¿. / Abstract: This project has been started as a consequence of repeated failures reported by users of a family of diesel engines introduced in the Brazilian market. The reported imperfections were investigated and in all cases a failure of the engine sleeve could be observed as the main cause of the engines breakdown. Cracks propagations have been in the region of the flange of cylinder sleeves. As the cracks propagate at the inner region of the flanged of the sleeve, where high stresses can be anticipated, a rupture of the flange, separating this part from the sleeve, used to occur. This occurrence is vulgarly named as the "decapitation of the sleeve". As a consequence of this phenomenon, the sleeve descends to the lower part of the engine block crashing against the moving parts of the engine, causing a complete collapse of the internal parts of the engine. The present work reports all phases of the investigation which revealed the main cause of the failures. In order to accomplish this research, the "Six Sigma" method has been employed as a supporting methodology. / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica

Orientador: Amauri Hassui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RossiNeto_Eneas_M.pdf: 13972971 bytes, checksum: 1c7b89f4fdc28248118cde9b4b90db25 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho procurou-se estudar e desenvolver um processo inédito de usinagem para ser implementado na manufatura dos cilindros automotivos, componentes muito importantes utilizados nos motores de automóveis que possuem bloco de alumínio. São poucos e conhecidos os fabricantes do segmento automotivo que fabricam este produto, sendo que, até então, todos utilizavam operação de mandrilamento para usinagem do diâmetro interno da camisa. Entre outras vantagens, este trabalho propõe aumentar a produtividade de maneira significativa, atendendo todas as especificações técnicas do produto. A operação de mandrilamento foi substituída por torneamento interno, utilizando um centro de torneamento com sistema de carga e descarga integrado, ferramentas de corte e dispositivos de fixação especiais e estratégias de usinagem diferenciadas. As camisas para cilindro são fabricadas de ferro fundido cinzento centrifugado, um material extremamente abrasivo que requer cuidados na sua manufatura. Após o desenvolvimento completo do processo e prévios ensaios de usinagem para definição das premissas, utilizou-se uma metodologia objetiva para otimização do processo proposto, realizada no ambiente fabril, considerando todas as variáveis encontradas nas condições reais de produção. Os resultados obtidos mostraram que os insertos de metal duro com cobertura apresentaram um melhor desempenho que os insertos de cerâmica à base de nitreto de silício e de óxido de alumínio na aplicação em estudo, sendo constatado também as melhores condições de corte para o torneamento interno de cilindros automotivos de ferro fundido cinzento centrifugado / Abstract: This investigation describes and shows an unprecedented machining process to be used for manufacturing cylinder liners, which are very important parts used in aluminum engine blocks for automobiles. There are few known companies that manufacture this kind of component, and until now, all of them use a boring process to machine the internal diameter of the cylinder liner. Among other advantages, this investigation intends to increase significantly productivity, while respecting all technical specifications of the product. The boring process was replaced by internal turning, which uses a turning center with load/unload system, special cutting tools and clamp devices, as well as audacious machining strategies. The cylinder liners are made from centrifuged gray cast iron, an extreme abrasive material that needs special care during its machining process. After the complete development of the process and tryouts to define the preliminary data, it has been used an objective methodology to optimize the proposed process, developed on the shop floor, considering all the variables found in real production conditions. The investigation results shown the carbide inserts had better performance than the silicon nitride and aluminum oxide ceramic inserts in this studied application, evidencing the best cutting conditions to internal turning for cylinder liners made of centrifuged gray cast iron / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marco Lucio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T01:38:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alegre_GuilhermeHenriqueMayer_M.pdf: 18594368 bytes, checksum: a22730b477e886d2870d148716ff563c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Legislações mais severas em relação ao consumo de combustível e a redução na emissão de gases estão fazendo com que os motores de combustão interna operem com pressões de combustão cada vez mais elevadas. Como consequencia destas restrições, os mancais são afetados diretamente. Este trabalho tem como principal objetivo estudar a viabilidade do uso de mancais ativos para o aumento do desempenho dos mancais de motores de combustão interna, principalmente na redução de atrito e desgaste. Um conjunto de simulações numéricas em mancais hidrodinâmicos foi realizada para avaliar a influencia no comportamento do filme de oleo a partir da variação da pressão de injeção de lubrificante e sua posição angular em relação ao mancal. Um segundo conjunto de simulações avaliou a influencia no comportamento do filme de oleo de uma descontinuidade e sua posição angular. Essa descontinuidade pode ser considerada um perfilamento na superficie do alojamento do mancal. Uma terceira e quarta series de simulações avaliaram a influencia da magnitude do carregamento e o seu modo, dinamico ou estatico, no comportamento do filme de oleo de mancais com descontinuidade em seu alojamento. Por fim, a partir dos dados gerados nas simulações e nos princípios sobre mancais ativos, foi possível avaliar a viabilidade técnica do uso destes tipos de mancais em motores de combustão interna, propondo-se uma configuração básica de um novo mancal ativo. / Abstract: Severe legislative requirements on fuel consumption and reduction of exhaust emissions require that the internal combustion engines operate with higher combustion pressures. As a result of these restrictions, the bearings are directly affected. The main objective of this work is the feasibility study on using active bearings to increase the performance of internal combustion engines bearings, primarily to reduce friction and wear. Numerical simulations of a hydrodynamic bearing were performed to evaluate the behavior of the oil film due to the variation of the oil pressure injection and its angular position in relation to the bearing. A second set of simulations evaluated the behavior of the oil film due to a discontinuity on the bearing shell and its angular position. This discontinuity can be considered a profile on the bearing shell surface. A third and fourth series of simulations evaluated the behavior of the oil film on a bearing shell with discontinuity, influenced by the magnitude of the load and its dynamic or static mode. Finally, from the data generated in simulations and on active bearing principles, it was possible to evaluate the technical feasibility of using these types of bearings in internal combustion engines. A basic configuration for a new active bearing was proposed. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Alberto Adade Filho / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torrigo_Eduardo_M.pdf: 4407726 bytes, checksum: 787c00ebb1a9971b6c1cf1d6b78d7180 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Tendo em vista a melhora da qualidade do ar, são impostos limites de emissões de poluentes aos motores diesel, obrigando a busca de soluções capazes de reduzir essas emissões. O motor movido a diesel tem como emissão crítica de poluentes os óxidos de nitrogênio e a emissão de material particulado. Toda a química de formação de poluentes está interligada ao processo de combustão, que é diretamente influenciado pelas concentrações de reagentes admitidos no cilindro. A recirculação controlada de gases de escape para a admissão é uma técnica de redução de emissões de óxidos de nitrogênio comumente aplicada ao motor diesel. Motores instalados em veículos estão sujeitos a variações de regime de operação devido à dinâmica veicular, como por exemplo acelerações ou troca de marchas, que produzem alterações na pressão e no fluxo de gases modificando a proporção da mistura de ar limpo e recirculante admitida no cilindro do motor. O sistema de controle dos gases, portanto, é elemento importante no controle das emissões de poluentes. O objeto deste estudo é o projeto e análise de configurações de controle aplicadas ao sistema de ar de um motor diesel. Foram escolhidos os controladores PID descentralizado, atualmente utilizado na indústria, e o regulador linear quadrático com integrador. Para aumentar a representatividade do estudo, é identificado um conjunto de modelos dinâmicos entrada-saída do sistema de ar de um motor diesel para uso no projeto e na simulação dos sistemas de controle. Por intermédio de uma mesma abordagem algorítmica de projeto e utilizando uma função custo de controle ótimo, projetos dessas diferentes alternativas de controle são efetuados e o desempenho dos controladores e suas características são comparados. Os resultados indicam que a configuração multivariável reduz interferências no controle devido ao acoplamento entre as variáveis e também o tempo necessário à acomodação do sistema de ar, mas tem implicações práticas a serem consideradas. Essas características de resposta e desempenho têm impacto na emissão de poluentes, como elaborado no trabalho. Os aspectos práticos de implementação e de confiabilidade também são discutidos / Abstract: Diesel engine technology has been driven by stringent regulation. To fulfill this demand emission control systems are constantly improving The diesel-powered engines are major pollutant sources of nitrogen oxides and particulate matter. All the chemistry of pollutants formation is linked to the combustion, which is directly influenced by concentrations of reagents admitted to the cylinder. The controlled recirculation of exhaust gases to intake chamber is a commonly applied technique to reduce nitrogen oxides emissions of the diesel engines. Engines installed in vehicles are subject to variations in operation due to the vehicle dynamics, such as accelerations or gear shifting, that produce changes in pressures and gases flow, affecting the clean air and recirculated gas mixture proportion admitted to the engine cylinder. The control of the gases therefore plays an important role in pollutant emissions reduction. The goal of this study is the design and analysis of decentralized and multivariable control systems applied to the air management of a diesel engine. To enhance the study representativeness, it is identified a set of dynamic models of the air system of a diesel engine to use in design and of control simulation. The optimal control condition is determined by cost functions reduction. Two different control structure and tuning alternatives are studied and the controller performance and their characteristics are compared. The results indicate that the multivariable proposal (LQR controller with integral action) reduces interferences in the control due to the coupling between variables, it also reduces the settling time of all controlled variables, however the implementation aspects must be evaluated more deeply. The impacts on emissions caused by controller response characteristics and performance are discussed in the work. Reliability and implementation aspects are also discussed / Mestrado / Eletrônica / Mestre em Engenharia Automobilistica