O projeto do coletor de admissão é essencial para alcançar o melhor desempenho de um motor de combustão interna, e, portanto diversos parâmetros devem ser considerados durante o desenvolvimento do mesmo. Por exemplo, uma distribuição de ar não uniforme conduz a uma eficiência volumétrica não uniforme no cilindro, perda de potência e aumento do consumo de combustível. Por outro lado, as variações de pressão no coletor de admissão, devido aos efeitos pulsantes no escoamento do ar podem substancialmente aumentar ou reduzir o desempenho do motor. Atualmente, no Brasil, a maior parte dos coletores de admissão é fabricada a partir do nylon com fibra de vidro, pois proporciona redução de peso, redução de atrito nos dutos e geometrias internas complexas. Porém, novos fatores se tornam importante como redução de integridade estrutural e atender a requisitos de pressão de estouro. Este trabalho apresenta as principais etapas de desenvolvimento de um coletor de admissão plástico soldado por vibração. Primeiramente as principais dimensões do coletor são definidas a partir da simulação unidimensional. A partir disso, o modelo tridimensional é construído levando em consideração o espaço disponível no compartimento do motor e aspectos que permitam a injeção e solda das partes. Em seguida, a geometria interna do coletor é otimizada visando diminuir as perdas de carga aumentando a eficiência volumétrica. A integridade estrutural do coletor e solda deve ser analisada a fim de atender os requisitos do cliente. Ao confirmar o desenho do coletor de admissão através de testes com peças protótipos, se inicia a fabricação dos ferramentais de produção. / Intake manifold project is essential to achieve the best internal combustion engine performance, and, therefore, several parameters should be considered during it development. For instance, an uneven air distribution lead to uneven cylinder volumetric efficiency, power loss and increased fuel consumption. On the other hand, pressures variations within intake manifold due to air flow transient effects could substantially increase or decrease the engine performance. Nowadays, in Brazil, the majority of the intake manifolds are fabricated from nylon with glass fiber which provides weight reduction, wall friction reduction and complex internal geometries. However, new factors become important like structural integrity reduction and withstand to burst pressure. This work presents the mainly development stages of a plastic intake manifold vibration welded. First, the basic intake manifold dimensions are defined through one-dimensional simulation. From this, three-dimensional model is built considering the engine compartment space available and aspects which allows injection and welding process of manifold shells. Then, intake manifold internal geometry is optimized to minimize air flow losses, increasing the volumetric efficiency. Intake manifold structural integrity and welding quality should de evaluated to withstand customer requirements. Confirming the intake manifold drawing through tests with prototype parts, production tooling is started.

Durante o processo de admissão do ar em motores de combustão interna, nota-se que sua aspiração não é ideal, ou seja, o volume do cilindro não é completamente ocupado, devido à variação de sua massa específica e perdas de carga ao longo do sistema de alimentação. Conseqüentemente, a eficiência volumétrica no cilindro atinge valores ínfimos de desempenho, o que afeta diretamente a potência do motor. O trabalho consiste em um estudo numérico e experimental do sistema de admissão de um motor de combustão interna. A solução numérica foi obtida por um código comercial que resolve as equações de transporte, baseada nos princípios de conservação de massa, quantidade de movimento e energia, pelo método de discretização de volumes finitos. Os resultados numéricos foram validados através dos resultados obtidos em uma bancada experimental, que possibilitou medidas de vazão mássica, pressão e temperatura do ar admitido. A bancada é formada por um motor de combustão interna acionado por um motor elétrico e o estudo foi realizado sem a presença de combustível e por conseqüência sem a ocorrência de combustão. Através da utilização do software, demonstrou-se que foi possível construir um coletor inédito que proporcionou ao motor estudado um aumento de eficiência volumétrica de 6% a 3.500 rpm. / During the process of intake air in the internal combustion engine it has been noted that air flow is not ideal, i.e., the cylinder volume is not completely occupied concerning the variation of specific mass and the charge loss along the feed system. Consequently, the volumetric efficiency in the cylinder reaches low values of performance, affecting the engine power. The aims of this work were a numerical and experimental study of the intake manifold in an internal combustion engine. The numerical solution is obtained through a commercial code which solves the transport equations, according to the continuity, momentum and energy principles by the method of finite volume discretization. Numerical data were validated by the experimental results set-up, enabling the mass flow, pressure and temperature measures of the intake air. The flow bench is composed by an internal combustion engine turned on by an electric engine. The study was developed without fuel and combustion. Regarding the software, it was possible to build an original intake manifold which provides to engine studied an increase in the volumetric efficiency of 6% at 3,500 rpm.

O projeto do coletor de admissão é essencial para alcançar o melhor desempenho de um motor de combustão interna, e, portanto diversos parâmetros devem ser considerados durante o desenvolvimento do mesmo. Por exemplo, uma distribuição de ar não uniforme conduz a uma eficiência volumétrica não uniforme no cilindro, perda de potência e aumento do consumo de combustível. Por outro lado, as variações de pressão no coletor de admissão, devido aos efeitos pulsantes no escoamento do ar podem substancialmente aumentar ou reduzir o desempenho do motor. Atualmente, no Brasil, a maior parte dos coletores de admissão é fabricada a partir do nylon com fibra de vidro, pois proporciona redução de peso, redução de atrito nos dutos e geometrias internas complexas. Porém, novos fatores se tornam importante como redução de integridade estrutural e atender a requisitos de pressão de estouro. Este trabalho apresenta as principais etapas de desenvolvimento de um coletor de admissão plástico soldado por vibração. Primeiramente as principais dimensões do coletor são definidas a partir da simulação unidimensional. A partir disso, o modelo tridimensional é construído levando em consideração o espaço disponível no compartimento do motor e aspectos que permitam a injeção e solda das partes. Em seguida, a geometria interna do coletor é otimizada visando diminuir as perdas de carga aumentando a eficiência volumétrica. A integridade estrutural do coletor e solda deve ser analisada a fim de atender os requisitos do cliente. Ao confirmar o desenho do coletor de admissão através de testes com peças protótipos, se inicia a fabricação dos ferramentais de produção. / Intake manifold project is essential to achieve the best internal combustion engine performance, and, therefore, several parameters should be considered during it development. For instance, an uneven air distribution lead to uneven cylinder volumetric efficiency, power loss and increased fuel consumption. On the other hand, pressures variations within intake manifold due to air flow transient effects could substantially increase or decrease the engine performance. Nowadays, in Brazil, the majority of the intake manifolds are fabricated from nylon with glass fiber which provides weight reduction, wall friction reduction and complex internal geometries. However, new factors become important like structural integrity reduction and withstand to burst pressure. This work presents the mainly development stages of a plastic intake manifold vibration welded. First, the basic intake manifold dimensions are defined through one-dimensional simulation. From this, three-dimensional model is built considering the engine compartment space available and aspects which allows injection and welding process of manifold shells. Then, intake manifold internal geometry is optimized to minimize air flow losses, increasing the volumetric efficiency. Intake manifold structural integrity and welding quality should de evaluated to withstand customer requirements. Confirming the intake manifold drawing through tests with prototype parts, production tooling is started.

Durante o processo de admissão do ar em motores de combustão interna, nota-se que sua aspiração não é ideal, ou seja, o volume do cilindro não é completamente ocupado, devido à variação de sua massa específica e perdas de carga ao longo do sistema de alimentação. Conseqüentemente, a eficiência volumétrica no cilindro atinge valores ínfimos de desempenho, o que afeta diretamente a potência do motor. O trabalho consiste em um estudo numérico e experimental do sistema de admissão de um motor de combustão interna. A solução numérica foi obtida por um código comercial que resolve as equações de transporte, baseada nos princípios de conservação de massa, quantidade de movimento e energia, pelo método de discretização de volumes finitos. Os resultados numéricos foram validados através dos resultados obtidos em uma bancada experimental, que possibilitou medidas de vazão mássica, pressão e temperatura do ar admitido. A bancada é formada por um motor de combustão interna acionado por um motor elétrico e o estudo foi realizado sem a presença de combustível e por conseqüência sem a ocorrência de combustão. Através da utilização do software, demonstrou-se que foi possível construir um coletor inédito que proporcionou ao motor estudado um aumento de eficiência volumétrica de 6% a 3.500 rpm. / During the process of intake air in the internal combustion engine it has been noted that air flow is not ideal, i.e., the cylinder volume is not completely occupied concerning the variation of specific mass and the charge loss along the feed system. Consequently, the volumetric efficiency in the cylinder reaches low values of performance, affecting the engine power. The aims of this work were a numerical and experimental study of the intake manifold in an internal combustion engine. The numerical solution is obtained through a commercial code which solves the transport equations, according to the continuity, momentum and energy principles by the method of finite volume discretization. Numerical data were validated by the experimental results set-up, enabling the mass flow, pressure and temperature measures of the intake air. The flow bench is composed by an internal combustion engine turned on by an electric engine. The study was developed without fuel and combustion. Regarding the software, it was possible to build an original intake manifold which provides to engine studied an increase in the volumetric efficiency of 6% at 3,500 rpm.

O processo de admissão e exaustão exercem grande influência no desempenho de um motor a combustão interna. Vários têm sido os estudos para conhecimento e detalhamento do comportamento dos parâmetros que interferem nesses processos, nas últimas décadas. Este trabalho voltou-se principalmente para o ensaio experimental de um motor do ciclo Otto utilizando etanol como combustível, avaliando o desempenho deste motor utilizando três tipos distintos de comando de válvulas e dois coletores de admissão diferentes em sua geometria, além do uso da turbo - alimentação. Numa etapa complementar fez-se uma proposta inicial de simulação numérica do comportamento hidrodinâmico do escoamento na admissão, usando técnicas de CFD, através do software CFX. Os resultados experimentais permitiram apontar o melhor arranjo não só sob o ponto de vista de torque, potência e consumo específico, como também, o que apresentou menor índice de emissões para os gases CO, CO2, NOx, HC. Criou-se um farto banco de dados para subsidiar pesquisas em motores movidos a etanol, material escasso na bibliografia aberta. A simulação numérica apresentou concordância com alguns parâmetros medidos, mas merece ainda alguns ajustes no refinamento da malha, no tempo de simulação, e no número de ciclos ensaiados, para comprovação e maior confiabilidade nos resultados obtidos. / Intake and exhaust process exercise great influence in Internal Combustion Engine performance. The behaviour of parameters that interfere in this process have been studied in the last decades. The mainly goal of this work is to test experimentally a cycle Otto engine that use ethanol as fuel, evaluating its performance using three different types of the camshaft and two intake manifold of different geometry, besides the use of the turbocharger. In addition an initial proposal numeric simulation of the hydrodynamic flow behaviour in intake, using techniques of CFD with the software CFX was made. The experimental results allowed to aim the best arrangement of the torque, specific consumption and power and what presented lower index of emissions for the gases CO, CO2, NOx, HC. A full database was created to subsidize researches in engines powered ethanol. The numeric simulation presented agreement with some measured parameters, but it still deserves some fittings in the refinement of the mesh, in the time step of simulation and in the number of rehearsed cycles, for confirmation and larger reliability in the obtained results.

O processo de admissão e exaustão exercem grande influência no desempenho de um motor a combustão interna. Vários têm sido os estudos para conhecimento e detalhamento do comportamento dos parâmetros que interferem nesses processos, nas últimas décadas. Este trabalho voltou-se principalmente para o ensaio experimental de um motor do ciclo Otto utilizando etanol como combustível, avaliando o desempenho deste motor utilizando três tipos distintos de comando de válvulas e dois coletores de admissão diferentes em sua geometria, além do uso da turbo - alimentação. Numa etapa complementar fez-se uma proposta inicial de simulação numérica do comportamento hidrodinâmico do escoamento na admissão, usando técnicas de CFD, através do software CFX. Os resultados experimentais permitiram apontar o melhor arranjo não só sob o ponto de vista de torque, potência e consumo específico, como também, o que apresentou menor índice de emissões para os gases CO, CO2, NOx, HC. Criou-se um farto banco de dados para subsidiar pesquisas em motores movidos a etanol, material escasso na bibliografia aberta. A simulação numérica apresentou concordância com alguns parâmetros medidos, mas merece ainda alguns ajustes no refinamento da malha, no tempo de simulação, e no número de ciclos ensaiados, para comprovação e maior confiabilidade nos resultados obtidos. / Intake and exhaust process exercise great influence in Internal Combustion Engine performance. The behaviour of parameters that interfere in this process have been studied in the last decades. The mainly goal of this work is to test experimentally a cycle Otto engine that use ethanol as fuel, evaluating its performance using three different types of the camshaft and two intake manifold of different geometry, besides the use of the turbocharger. In addition an initial proposal numeric simulation of the hydrodynamic flow behaviour in intake, using techniques of CFD with the software CFX was made. The experimental results allowed to aim the best arrangement of the torque, specific consumption and power and what presented lower index of emissions for the gases CO, CO2, NOx, HC. A full database was created to subsidize researches in engines powered ethanol. The numeric simulation presented agreement with some measured parameters, but it still deserves some fittings in the refinement of the mesh, in the time step of simulation and in the number of rehearsed cycles, for confirmation and larger reliability in the obtained results.

Desenvolveu-se um sistema de alimentação misto para motores de ignição por compressão turboalimentados, o qual utiliza diesel injetado normalmente na câmara de combustão e etanol pós-vaporizado, injetado líquido no coletor de admissão e vaporizado pela grande disponibilidade de energia contida no ar comprimido. Foram possíveis substituições de até 55% da massa de diesel por etanol; funcionamento regular e repetitivo foi verificado, resultado da admissão de álcool na forma de vapor. Constatou-se que o rendimento térmico e as emissões de gases poluentes eram bastante influenciados pelo sistema de alimentação desenvolvido: ganhos de até 25,6% no rendimento térmico foram possíveis com reduções máximas de 81% na emissão de material particulado e 80% em NOx, pela queima mais eficiente do diesel na presença do vapor de etanol. Reduções notáveis na temperatura do ar comprimido foram atingidas, possibilitando a substituição dos \"intercoolers\". A análise teórica da implantação do sistema desenvolvido, numa frota de veículos de transporte coletivo da região metropolitana de São Paulo, indicou viabilidade econômica e ambiental. / It was developed a supplementary fueling system for turbocharged compression ignition, which uses diesel injected usually in the combustion chamber and post-vaporized ethanol, that is injected in the liquid state inside the intake manifold and vaporized by the energy in the compressed air. It was possible to replace up to 55% of the diesel mass by ethanol; regular and repetitive operation was verified, result of the alcohol induction in the vapor state. It was verified that engine\'s efficiency and pollutant gases emissions were quite influenced by the fueling system developed: improvements of up to 25,6% in the efficiency were possible, with maximum reductions of 81% in particulate matter and 80% in NOx, as a result of a more efficient diesel oxidation in presence of ethanol vapor. Notable reductions in the compressed air temperature were reached, making possible the substitution of the \"intercoolers\". The theoretical analysis to implantation of the developed system, on vehicles of public transportation in the metropolitan area of São Paulo, indicated economical and environmental viability.

Desenvolveu-se um sistema de alimentação misto para motores de ignição por compressão turboalimentados, o qual utiliza diesel injetado normalmente na câmara de combustão e etanol pós-vaporizado, injetado líquido no coletor de admissão e vaporizado pela grande disponibilidade de energia contida no ar comprimido. Foram possíveis substituições de até 55% da massa de diesel por etanol; funcionamento regular e repetitivo foi verificado, resultado da admissão de álcool na forma de vapor. Constatou-se que o rendimento térmico e as emissões de gases poluentes eram bastante influenciados pelo sistema de alimentação desenvolvido: ganhos de até 25,6% no rendimento térmico foram possíveis com reduções máximas de 81% na emissão de material particulado e 80% em NOx, pela queima mais eficiente do diesel na presença do vapor de etanol. Reduções notáveis na temperatura do ar comprimido foram atingidas, possibilitando a substituição dos \"intercoolers\". A análise teórica da implantação do sistema desenvolvido, numa frota de veículos de transporte coletivo da região metropolitana de São Paulo, indicou viabilidade econômica e ambiental. / It was developed a supplementary fueling system for turbocharged compression ignition, which uses diesel injected usually in the combustion chamber and post-vaporized ethanol, that is injected in the liquid state inside the intake manifold and vaporized by the energy in the compressed air. It was possible to replace up to 55% of the diesel mass by ethanol; regular and repetitive operation was verified, result of the alcohol induction in the vapor state. It was verified that engine\'s efficiency and pollutant gases emissions were quite influenced by the fueling system developed: improvements of up to 25,6% in the efficiency were possible, with maximum reductions of 81% in particulate matter and 80% in NOx, as a result of a more efficient diesel oxidation in presence of ethanol vapor. Notable reductions in the compressed air temperature were reached, making possible the substitution of the \"intercoolers\". The theoretical analysis to implantation of the developed system, on vehicles of public transportation in the metropolitan area of São Paulo, indicated economical and environmental viability.