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: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T22:05:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_NerivaldoRodriguesda_M.pdf: 4894128 bytes, checksum: 69ef45ea8aa8986f3f2bb33a0866b270 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho buscou-se desenvolver um método para a determinação da potência indicada em motores de combustão interna e medição da pressão de combustão com um osciloscópio. Para isto é necessário conhecer a curva de pressão de combustão do cilindro em função d posição angular do virabrequim e os dados da geometria do mecanismo biela-manivela. Utilizou-se a pressão de combustão do cilindro para calcular o trabalho transferido pelo gás ao pistão do motor. A pressão de combustão foi medida com um transdutor de pressão piezoelétrico. O efeito piezoelétrico é devido ao fenômeno que ocorre com o cristal de quartzo que quando submetido a uma pressão gera uma carga elétrica. Essa carga é convertida em um sinal de tensão linear e proporcional. Este sinal pode ser analisado por um osciloscópio ou ser condicionado por um sistema de aquisição de dados. Obtidos os dados, estes foram analisados através dos diagramas Log P-Log v, para verificar sua qualidade e se representavam o fenômeno físico medido. A curva da pressão do cilindro versus volume calculado foram plotadas, gerando os diagramas P-v. A área do diagrama P-v durante o tempo de compressão e expansão, que corresponde ao trabalho indicado liquido, foi determinada por integração numérica. A pressão média indicada calculada foi comparada com o valor obtido com o indicador de pressão Indiset 620 da AVL e apresentou resultado satisfatório. Os demais resultados obtidos foram analisados e comparados com os dados da revisão da literatura e apresentaram uma boa concordância. As tecnologias disponíveis para medição da pressão de combustão e os métodos para avaliação da performance são de maior importância para o estudo do processo da combustão, visando o desenvolvimento de motores com alta potência, baixo consumo de combustíveis e baixas emissões tóxicas dos gases de escapamento / Abstract: In this thesis, we were looking for a method to determinate the indicated power in a combustion engine and measurement of combustion pressure using an oscilloscope. To achieve that, it was necessary to know the curve of combustion pressure for each cylinder according to the crankshaft 's angular position and geometric data of connecting rod and crank shaft¿s mechanism. We used the cylinder¿s combustion pressure to calculate the work transferred by the gas to the engine¿s piston. The combustion pressure was measured by a piezoelectric pressure transducer. The piezoelectric effect occurs when a crystal of quartz, that under a certain pressure, generates an electrical signal. This signal is converted to a proportional and linear signal that can be analyzed by an oscilloscope or a data acquisition system. Once we obtained the data, we analyzed it thru a Log P-Log v diagram, verifying its quality and if it represents the measured physical effect. The curve of cylinder¿s pressure versus calculated area was plotted, generating the P-v diagrams. The diagram P-v area, during a certain time of compression and expansion, which correspond to the work indicated, was originated of a numerical integration. The indicated and calculated average pressure was compared to the value obtained from an AVL¿s Indiset 620 pressure indicator, showing satisfactory results. All the other results obtained were analyzed and compared to literature¿s revision data showing a good concordance. The available technologies to measure the combustion pressure and the methods to check performance, are very important to study the combustion process, aiming the development of higher power engines, lower consumption of fuel and lower toxic gas emission / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Teófilo Miguel de Souza / Banca: Ivone Ávila / Banca: Osíris Canciglieri Júnior / Resumo: Com a crescente demanda na matriz energética global e a constante preocupação com o uso e a escassez de combustíveis fósseis,o estudo por alternativas de combustíveis mais limpos, baratos, de fácilobtenção e que conservem o meio ambiente tornou-se uma questão de interesse geral.No Brasil, o etanol à base de cana-de-açúcar é uma boa alternativa para a substituição da gasolina, visto que o país possui um território apto para ocultivo dessa cultura, mão-de-obra especializadae condições climáticas adequadas,além de ter baixas emissões de gases de efeito estufa. Para a realização deste trabalho foi utilizado um motor de ciclo Otto a gasolina, com quatro cilindros sem adaptações. Avaliou-se o desempenho do sistema, potência,tensãoe consumo específico do combustível utilizando misturas de gasolina e etanol nas seguintes proporções: E0, E5, E10, E15, E20, E30, E35, E40, E45, E50, E55, E60, E65,E70, E75, E80, E85, E90, E95 e E100. Com a crescente demanda na redução de gases nocivos ao meio ambiente, analisou-se também a quantidade de gases de exaustão expelidos pelo motor(NOx e CO2), observando uma redução na quantidade do CO2 expelido em função do aumento da concentração de etanol na mistura. Em contrapartida, a quantidade de NOx aumentou devido ao fato de a temperatura na câmera de combustão ser maior para o etanol. Como resultado observou-se que o motor-gerador fornece aproximadamente 800W de potência,o que é suficiente para permitir o funcionamento de geladeira, televisão e lâmpadas elétricas, em uma casa de pequeno porte / Abstract: Due to the growing demand in the global energy mix and the constant concern about the use andthe scarcity of fossil fuels, the study of cleaner, cheaper, easy-obtaining and environment-friendlyalternative fuels has become a matter of general interest. InBrazil, the sugar-cane-based ethanol is a good alternativefor the use of gasoline, since the country hasa land fit forcultivation of this crop, skilled labor and suitable climatic conditions, and have low emissions of greenhouse gases. In this study it wasused a four-cylinder Otto-cycle engine powered by gasoline with no adjustments. It was evaluated the system performance, power, voltage, and specific fuel consumption using mixtures of gasoline and ethanol in the following proportions: E0, E5, E10, E15, E20, E30, E35, E40, E45, E50, E55, E60, E65, E70, E75, E80,E85,E90, E95 e E100. The amount of harmful exhaust gases expelled by the engine (CO2and NOx), was also analyzed, and it was observed a reduction in the amount of CO2 expelled by the enginedue tothe increase of ethanol concentration in the mixture. In contrast, the amount of NOx increased due to thefact that the temperature in the combustion chamber ishigher for ethanol. Asa result it was observed that the motor-generator provides800W of power, which is enough to allow the operation of refrigerator, television and electric bulbs in a small home / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-01-20Bitstream added on 2014-06-13T19:39:25Z : No. of bitstreams: 1 000734026.pdf: 2507837 bytes, checksum: 9051489fd3dfe386c9cd71d2fffdc5fa (MD5) / Com a crescente demanda na matriz energética global e a constante preocupação com o uso e a escassez de combustíveis fósseis,o estudo por alternativas de combustíveis mais limpos, baratos, de fácilobtenção e que conservem o meio ambiente tornou-se uma questão de interesse geral.No Brasil, o etanol à base de cana-de-açúcar é uma boa alternativa para a substituição da gasolina, visto que o país possui um território apto para ocultivo dessa cultura, mão-de-obra especializadae condições climáticas adequadas,além de ter baixas emissões de gases de efeito estufa. Para a realização deste trabalho foi utilizado um motor de ciclo Otto a gasolina, com quatro cilindros sem adaptações. Avaliou-se o desempenho do sistema, potência,tensãoe consumo específico do combustível utilizando misturas de gasolina e etanol nas seguintes proporções: E0, E5, E10, E15, E20, E30, E35, E40, E45, E50, E55, E60, E65,E70, E75, E80, E85, E90, E95 e E100. Com a crescente demanda na redução de gases nocivos ao meio ambiente, analisou-se também a quantidade de gases de exaustão expelidos pelo motor(NOx e CO2), observando uma redução na quantidade do CO2 expelido em função do aumento da concentração de etanol na mistura. Em contrapartida, a quantidade de NOx aumentou devido ao fato de a temperatura na câmera de combustão ser maior para o etanol. Como resultado observou-se que o motor-gerador fornece aproximadamente 800W de potência,o que é suficiente para permitir o funcionamento de geladeira, televisão e lâmpadas elétricas, em uma casa de pequeno porte / Due to the growing demand in the global energy mix and the constant concern about the use andthe scarcity of fossil fuels, the study of cleaner, cheaper, easy-obtaining and environment-friendlyalternative fuels has become a matter of general interest. InBrazil, the sugar-cane-based ethanol is a good alternativefor the use of gasoline, since the country hasa land fit forcultivation of this crop, skilled labor and suitable climatic conditions, and have low emissions of greenhouse gases. In this study it wasused a four-cylinder Otto-cycle engine powered by gasoline with no adjustments. It was evaluated the system performance, power, voltage, and specific fuel consumption using mixtures of gasoline and ethanol in the following proportions: E0, E5, E10, E15, E20, E30, E35, E40, E45, E50, E55, E60, E65, E70, E75, E80,E85,E90, E95 e E100. The amount of harmful exhaust gases expelled by the engine (CO2and NOx), was also analyzed, and it was observed a reduction in the amount of CO2 expelled by the enginedue tothe increase of ethanol concentration in the mixture. In contrast, the amount of NOx increased due to thefact that the temperature in the combustion chamber ishigher for ethanol. Asa result it was observed that the motor-generator provides800W of power, which is enough to allow the operation of refrigerator, television and electric bulbs in a small home

Orientador: Waldir Antonio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moretti_RicardoRoquetto_M.pdf: 3138518 bytes, checksum: 3ee2db245fb6caad13e782dc3c9072a2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A emissão de poluentes por veículos automotores é um dos grandes problemas ambientais enfrentados na atualidade. Para resolver o problema de emissão de poluentes à modificação da matriz energética foi o caminho adotado, e para isso realizaram-se investimentos em tecnologias para fabricação de motores com melhor eficiência térmica e capazes de operar com biocombustíveis. No Brasil etanol foi o combustível objeto de estudo para realizar a mudança na matriz energética, por ser um produto produzido em larga escala no Brasil. Durante o estudo realizou-se uma revisão bibliográfica sobre os processos de produção de etanol, biodiesel e óleos vegetais. Avaliou-se a viabilidade técnica e financeira de se utilizar uma mistura de combustível óleo diesel, biodiesel versus o desempenho da mistura óleo diesel, biodiesel e etanol anidro em um motor de ignição por compressão visando não acarretar perda de performance no motor. Para a avaliação do desempenho global do motor utilizou-se um motor ciclo diesel comercial, operando com 95% de óleo diesel e 5% biodiesel e comparou-se esse mesmo motor utilizando uma mistura de 92,15% de óleo diesel, 4,85% de biodiesel e 3% de etanol anidro / Abstract: This work investigated the feasibility of using a blend of standard Brazilian diesel (which contains 5% biodiesel) and up to 5% ethanol. We characterized the mixture as fuel and measured the performance of a diesel engine operating with a blend containing 3% anhydrous ethanol, the maximum percentage of ethanol that did not reduce the cetane number of the fuel below that specified in Brazilian legislation (ANP Resolution 42). The presence of anhydrous ethanol in the mixture did not cause a significant impact on engine performance as measured by brake power, brake torque and brake specific fuel consumption tests. The thermal efficiency of the engine used in the tests was slightly higher with standard diesel than with the diesel-biodiesel-ethanol blend / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Idehara_AnneliseYuiko_M.pdf: 2161496 bytes, checksum: 55c604cc3cef545df951f0fbb8f2af19 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a análise do fenômeno de vibração na direção longitudinal de árvore de manivelas em motores de combustão interna, o cálculo de esforços sobre o mancal e o cálculo dos deslocamentos causados pela dinâmica do virabrequim. Essa vibração é apontada como uma das causas de desgaste precoce dos componentes acoplados ao virabrequim e do próprio componente. Reduzir essa vibração contribui para o aumento da vida útil e eficiência. A formulação proposta para estudo da dinâmica da estrutura é o modelo de múltiplos graus de liberdade com massas e inércias concentradas. Para o cálculo dos esforços de reação dos mancais, a equação de Reynolds é resolvida por diferenças finitas. Além disso, o programa comercial Excite (AVL) é utilizado para aferir resultados e fazer comparações. Os resultados são apresentados para diferentes condições de operação em um virabrequim comercial. Analisa-se de forma simples o efeito da redução de massa de 5% e de 10%. Por fim, conclui-se que a árvore de manivelas simulada não apresenta desgaste por contato metal-metal. / Abstract: This paper aims to analyze the phenomenon of vibration in the longitudinal direction of the crankshaft in internal combustion engines, the calculation of loads on the bearing and the calculation of displacements caused by the dynamics of the crankshaft. This vibration is identified as a cause of premature wear of the components coupled to the crankshaft and the component itself. Reduction in this vibration contributes to increased efficiency and life service time. The proposed formulation to study the dynamics of the structure is the model of multiple degrees of freedom with concentrated masses and inertias. The Reynolds equation is solved by Finite Differences Method to calculate the supported load of the bearing. In addition, the commercial program Excite (AVL) is used to evaluete results and make comparison. The results are presented for different operating conditions in a commercial crankshaft. A simple analysis of a crankshaft mass reduction of 5% and 10% is done. Finally, a conclusion that the crankshaft does not present a metal-metal contact is done. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marco Lúcio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:50:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villalva_SergioGradella_M.pdf: 11688581 bytes, checksum: df8c433816377fee9fe37ecd07dfb3a1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O virabrequim é um dos componentes mais importantes de um motor de combustão interna. É responsável, juntamente com as bielas, por transformar o movimento de translação dos pistões em movimento rotativo, capaz de transmitir torque. Durante o funcionamento do motor, o virabrequim é submetido a cargas axiais, torcionais e de flexão, as quais resultam em regiões com níveis elevados de tensões ao longo da peça. Além disso, o virabrequim apresenta altos níveis de carga de torção devido às vibrações torcionais, que é uma das maiores causas de falhas de vibrabrequins e de outros acessórios do motor, como polias, correias, trens de engrenagem etc. Este trabalho consiste no estudo e desenvolvimento de um programa computacional, denomidado CrankLab, para cálculo analítico de tensões e coeficientes de segurança de fadiga em virabrequins, que possa ser utilizado como uma ferramenta simples para a fase inicial de concepção do virabrequim. O estudo abrange o cálculo dos esforços dinâmicos, provenientes da combustão nos cilindros do motor e das forças inerciais devido ao movimento das partes móveis do motor de combustão interna, e o cálculo das amplitudes de vibração torcional. O método analítico desenvolvido considera o virabrequim como um eixo equivalente de seção circular, onde são aplicados os esforços radiais provenientes das bielas e os torques de vibração torcional, apoiado nos mancais principais. Os momentos fletores e torçores são calculados a partir da integração das equações de equilíbrio estático, considerando um modelo hiperestático, a partir dos quais são determinadas as tensões equivalentes. Ainda neste trabalho, foi realizado um estudo comparativo da aplicação de alguns tipos de absorvedores de vibrações torcionais e seus efeitos nas amplitudes de resposta, tendo como consequência a redução nas tensões no virabrequim. Dois casos foram estudados: um motor Otto de dez cilindros em V e um motor Diesel de seis cilindros em linha. Foram analisados regimes críticos de operação de cada motor: máximo torque, máxima potência e máxima rotação. Um experimento de análise modal do virabrequim de seis cilindros foi realizada de forma a validar as frequências naturais e os modos de vibração dos modelos propostos. Análises dinâmicas transientes com modelos flexíveis foram realizadas para ambos os casos, de forma a correlacionar com os resultados do modelo analítico. Os resultados de análise modal obtidos com os métodos analíticos, flexíveis e experimental foram bastante correlatos entre si, com erros menores que 5%. Os resultados de vibração torcional calculados pelo programa CrankLab também apresentaram excelente correlação com o modelo analítico do programa AVL Excite e o uso de absorvedores resultaram em considerável redução das amplitudes de vibração. Os resultados de tensões obtidos pelo CrankLab apresentaram a mesma ordem de grandeza dos obtidos pelos modelos flexíveis, com erros variando de 1% a 38%. Estes erros podem ser considerados aceitáveis uma vez que as condições de contorno e as simplificações do modelo analítico diferem bastante daquelas utilizadas nos modelos flexíveis. Tem-se como grande vantagem do programa CrankLab o menor tempo de pré processamento e cálculo, podendo ser inferior a 10% na maioria dos casos / Abstract: The crankshaft is one of the most important moving components of an internal combustion engine. It is responsible for converting the oscillating pistons movement into rotating movement by the connecting rods. During engine operation, the crankshaft is submitted to axial, bending and torsional loads, which results in high stressed regions on the component. Due to the phased cylinder combustions, the crankshaft has high levels of torsion load, being the torsional vibration one of the main causes of failures in crankshafts or engine accessories, as pulleys, belts and gears. The present thesis consists in the development of a computational program, called CrankLab, for analytical calculation of stress and fatigue safety factors on automotive crankshafts, which could be applied as a simple engineering tool during the initial crankshaft concept design phase. The study covers the determination of dynamic loads, from the combustion inside the engine cylinders and from the moving parts inertia, and the torsional vibration amplitudes calculation. The analytical method developed considers the crankshaft as an equivalent circular cross section shaft which is supported by the main bearings and where the connecting-rods radial forces and the vibration torques are applied on. The bending and torsion moments are calculated from integration of the static equilibrium equations, considering a hyperestatic model, thus the equivalent stresses can be calculated. Also in this study, a comparison was performed for some torsional vibration damper types, covering the calculation of optimum parameters of inertia, stiffness and damping, evaluating the effects on the output amplitudes within the entire engine speed range and the influence on the crankshaft stresses. The theory was applied for two different cases of study: an Otto V-type ten cylinders engine and a Diesel in-line six cylinders engine. Critical engine operation conditions were analyzed, at the speeds related to peak torque, rated power and overspeed. A modal analysis experiment was performed in order to validate the natural frequencies and modal shapes obtained by the proposed models for the six cylinders crankshaft. Moreover, transient dynamic analyses with flexible bodies were performed in order to compare with the stress results obtained from the analytical model for both cases. The modal analyses results obtained from the analytical, flexible and experimental methods were very good correlated with errors lower than 5%. The torsional vibration results calculated by CrankLab also presented excelent correlation with the analytical module of AVL Excite software. Moreover, the torsional dampers allowed considerable reduction in the vibration amplitudes. The stress results calculated by CrankLab have shown same order of magnitude of those from flexible models with errors variation between 1% and 38%. These errors can be acceptables once the boundary conditions and the analytical model simplifications are great different from those regarded in the flexible models. The most importante advantage of CrankLab is lower time spent in pre processing and calculation tasks, achieving a time saving around 10% in most cases / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica