Orientador: Luiz Fernando Milanez / Tese (doutorado) - Universidade Estadualde Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:00:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gallo_WaldyrLuizRibeiro_D.pdf: 10096394 bytes, checksum: 60f28bc39e1024f26557a905746f7351 (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de simulação para motores de ignição por centelha que inclui a transmissão de calor instantânea. o processo de combustão com duração finita bem como os processos de admissão e escape. O modelo desenvolvido realiza os cálculos de propriedades termodinâmicas - incluindo a exergia -de cada parcela do fluido operante (ar, combustivel, residuos de combustão, produtos de combustão) e suas misturas. Além das caracteristicas comuns aos modelos termodinâmicos de simulação, a determinação da irreversibilidade instantânea, das eficiências exergéticas de cada processo e uma análise ,exergética global para o ciclo estão incluidas. Com base no método de simulação desenvolvido são apresentadas as análises de Primeira e Segunda Leis para um estudo paramétrico que inclui os efeitos de rotação. qualidade da mistura, carga, sincronismo de válvulas e parâmetros da combustão. As caracteristicas especificas de um motor a álcool são comparadas às de uma ver são à gasolina do mesmo motor também com base na análise exergética, com especial ênfase quanto à destruição de exergia no processo de combustão / Abstract: In this work a model is developed to simulate the heat transfer, combustion, admission and exhaust processes in spark-ignition internal combustion engines. The model obtained is able to evaluate the thermodynamic properties - including the exergy - of each portion of the working fluid (air, fuel, combustion products and residues). Usual characteristics obtained from thermodynamics models of simulation are presented. Also included are the determination of the instantaneos irreversibility , the exergetic efficiency for each process and an overall exergetic analysis. First and second law analysis are presented, based on the effects of engine speed, air/fuel ratio, engine load, valve events and combustion parameters are discussed. Particular characteristics of an alcohol engine are compared to the gasoline version of the same engine also based on exergetic analysis, with special attention to the exergy destruction in the combustion process / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: João Zangrandi Filho / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barboza / Resumo: A ciência que rege o funcionamento dos motores de combustão interna, tanto os de ignição por faísca, quanto os de ignição por compressão, já está consolidada a mais de um século, entretanto a tecnologia de projeto e construção de motores no Brasil é praticamente toda importada da Europa ou dos Estados Unidos. Reconhecendo a realidade nacional foi usinado, a partir de um tarugo cilíndrico de ferro fundido cinzento, o cabeçote para um motor a gasolina, monocilíndrico de 400 cc e refrigerado a ar, de acordo com a capacidade operacional da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, UNESP. O projeto foi referenciado em motores estacionários e automotivos consagrados pela indústria, bem como em literatura científica. Após a usinagem o cabeçote foi montado com as válvulas e os componentes relacionados, evidenciando assim a possibilidade de desenvolvimento de tecnologia nacional quanto a projeto e fabricação de motores de combustão interna / Abstract: The technology related to internal combustion engine, both the spark ignition system and the compression ignition one, is already established since one century ago, but the technology referring to the design and manufacture of this kind of engine in Brazil is imported mainly from United State and Europe. Taking into account our reality, starting from a cylindrical gray cast iron sample, the cylinder head of single cylinder air cooled engine, which stand for a 400 [cc] displacement, was machined according to the machining capacity of a group of machines belonging to this University. The present work was based on small and mobile engines that are well known in the Brazilian industry as well as on the technological literature. Finally, after being machined, the cylinder head was assembled together with the valves and related parts / Mestre

Made available in DSpace on 2015-12-10T14:23:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-05-22. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:28:07Z : No. of bitstreams: 1 000851961.pdf: 3205202 bytes, checksum: 73985fdd9569247c7616296abb03327b (MD5) / A ciência que rege o funcionamento dos motores de combustão interna, tanto os de ignição por faísca, quanto os de ignição por compressão, já está consolidada a mais de um século, entretanto a tecnologia de projeto e construção de motores no Brasil é praticamente toda importada da Europa ou dos Estados Unidos. Reconhecendo a realidade nacional foi usinado, a partir de um tarugo cilíndrico de ferro fundido cinzento, o cabeçote para um motor a gasolina, monocilíndrico de 400 cc e refrigerado a ar, de acordo com a capacidade operacional da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, UNESP. O projeto foi referenciado em motores estacionários e automotivos consagrados pela indústria, bem como em literatura científica. Após a usinagem o cabeçote foi montado com as válvulas e os componentes relacionados, evidenciando assim a possibilidade de desenvolvimento de tecnologia nacional quanto a projeto e fabricação de motores de combustão interna / The technology related to internal combustion engine, both the spark ignition system and the compression ignition one, is already established since one century ago, but the technology referring to the design and manufacture of this kind of engine in Brazil is imported mainly from United State and Europe. Taking into account our reality, starting from a cylindrical gray cast iron sample, the cylinder head of single cylinder air cooled engine, which stand for a 400 [cc] displacement, was machined according to the machining capacity of a group of machines belonging to this University. The present work was based on small and mobile engines that are well known in the Brazilian industry as well as on the technological literature. Finally, after being machined, the cylinder head was assembled together with the valves and related parts

O gás natural vem ganhando espaço na matriz energética mundial, com crescente participação no setor de transportes. Sua utilização em motores de combustão interna traz vantagens quanto à emissão de gases nocivos e à redução do nível de ruído, em comparação ao combustível diesel. Tradicionalmente, o gás é injetado no coletor de admissão, porém existem pesquisas e até mesmo aplicações comerciais de sistemas com injeção direta de combustível gasoso na câmara de combustão. Entre os ganhos potenciais da injeção direta destacam-se o desempenho (pela elevação da eficiência volumétrica do motor) e a possibilidade de estratificação da mistura, que permite reduzir as perdas por bombeamento em cargas parciais. Este trabalho explora as características de um sistema de injeção direta de gás natural para o regime de máxima potência de um motor monocilíndrico de pesquisa de ignição por centelha (ciclo Otto) em avanço ótimo, até o surgimento de detonação leve. São comparados os parâmetros de desempenho, combustão e emissões para diferentes níveis de diluição por ar, na velocidade de 1800 rotações por minuto e com razão volumétrica de compressão constante (13:1). Foram medidas pressões médias efetivas indicadas de 1,15, 1,30 e 1,55 MPa para fatores lambda de 1,00, 1,30 e 1,50 e eficiências indicadas de conversão de energia de 41, 44 e 45% respectivamente. As várias estratégias de injeção estudadas produziram diferentes efeitos no processo de combustão, porém com pouca influência sobre a eficiência de conversão. Observou-se uma pequena tendência de aumento da eficiência volumétrica (cerca de 1%) quando o início da injeção é atrasado em 40 do virabrequim com relação aos casos de referência. Deficiências no processo de homogeneização da mistura para operação em plena carga foram evidenciadas pelo aumento da emissão de CO em regiões próximas à estequiometria, indicando que este sistema de injeção pode estar subdimensionado para esta aplicação.

Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos no desenvolvimento de uma unidade de controle para motores de combustão interna (UCM). A unidade foi desenvolvida com o intuito de facilitar os estudos de motores, por ser um sistema flexível e acessível. Para cálculos de rotinas de controle e acionamento de atuadores são utilizados, respectivamente, um microcontrolador e um FPGA, sendo que ambos são componentes de fácil obtenção e utilizados em placas de prototipagem encontradas no mercado (Arduino Due e Xula 2). O uso de um FPGA para executar o comando de atuadores se deve à alta velocidade de processamento, processamento paralelo e grande quantidade de portas digitais disponíveis, o que permite facilidade na expansão do sistema para comandos de múltiplos atuadores e o sincronismo desses com o sistema mecânico. O microcontrolador fica encarregado de executar as rotinas de cálculos que não exigem exato sincronismo, como rotinas de controle e comunicação com periféricos. A planta escolhida para ensaios da UCM é um motor ciclo Otto a álcool de 4 cilindros e 1.6 litros, com injeção multiponto. Ensaios foram realizados com o protótipo final e englobaram somente o controle do sistema de ignição do motor devido à facilidade de controle utilizando-se somente um parâmetro de entrada (velocidade) e devido ao controle de quantidade de combustível ser similar e utilizar as mesmas partes de código que o sistema de ignição. / In this work is presented the development of a flexible and accessible engine control unit for research purposes. For the calculations of the control routines and to drive the actuators synchronously, are used respectively, a microcontroller and an FPGA. The integrated circuits selected are easily accessible and are used in common prototyping boards found on the market (Arduino Due and Xula 2). The use of an FPGA to control the activation of the actuators is due the high speed, parallel processing and the large number of IOs, which allows the easy expansion of the system to drive more actuators, synchronized or not, with the mechanical system. The microcontroller calculates the routines that dont need an exact synchronism of the electronic system with the mechanical system, like control routines and communication tasks. The selected mechanical system for tests is a 1.6 Liter Otto engine with multipoint fuel injection and is powered with ethanol. Tests were conducted using the final board prototype only for the ignition system, because of the easy of control using a few parameters, and because ignition FPGAs code is almost the same used to drive fuel injection actuators.

Orientador: Maurício Araújo Zanardi / Coorientador: José Antônio Perrella Balestieri / Coorientador: Andreas Kempf / Banca: Alex Mendonça Bimbato / Banca: Márcio Teixeura Mendonça / Resumo: O motor de combustão interna é a principal fonte de energia de automóveis, sendo de grande importância para o setor de energia no mundo. Com o aparecimento de problemas relacionados com a emissão exagerada de poluentes e gases de efeito estufa, o desenvolvimento de modelos que corretamente descrevem os fenômenos físicos que ocorrem no interior da câmara de combustão de motores tornou-se relevante. Assim, na primeira parte deste trabalho a biblioteca de modelos de fonte aberta de dinâmica de fluidos computacional (CFD) OpenFOAM com módulos desenvolvidos na Universidade de Duisburg-Essen foi utilizada para investigar o efeito do volume das fendas no desenvolvimento da combustão em motores convencionais com ignição por centelha. As simulações de grandes escalas (LES, large eddy simulation) realizadas foram validadas com visualizações de câmeras de alta velocidade obtidas do motor óptico de Duisburg, que mostraram a presença de uma frente luminosa no interior da fenda anular que poderia ser associada a uma chama se propagando. Os resultados apresentados mostraram boa concordância qualitativa com os dados experimentais, o que permitiu concluir que no caso do motor de Duisburg, a chama é realmente capaz de penetrar no volume da fenda. Em seguida, um estudo sobre sprays combustíveis foi realizado, por se tratar de uma tendência muito promissora em motores modernos. Atenção especial foi dada aos fenômenos de conservação de momento, ruptura, evaporação e mistura do caso de teste "Spray G" da rede de combustão em motores (ECN, engine combustion network). Os processos de ruptura e evaporação foram investigados e simulados, sendo os resultados interpretados de acordo com os modelos utilizados. O comprimento de penetração foi validado com experimentos e uma boa concordância foi atingida. Finalmente, um estudo de sensibilidade da malha foi realizado e seus resultados apresentados e discutidos / Abstract: The internal combustion engine is the major energy source of automobiles and is of large importance for the energy sector worldwide. As problems related to exaggerated pollutant and greenhouse gases emissions emerged, the development of models to correctly describe the physical phenomena taking place inside the combustion chamber of engines became relevant. Thus, in the first part of this work the open source CFD library OpenFOAM with modules developed at the University of Duisburg-Essen was used to investigate the effect of the crevice volume on the performance of the combustion in port fuel injection spark ignition engines. The LES (large eddy simulation) simulations were validated against high speed flame visualization obtained from the Duisburg optical engine, which showed the presence of a luminous front inside the top land crevice that could be a wrinkled flame. The presented results showed good qualitative agreement with the experimental data, which allowed the conclusion that in the case of the Duisburg engine, the flame indeed penetrates into the crevice volume. Furthermore, a study on fuel sprays was performed, since this is a very promising trend related to modern engines. Special attention was given to the phenomena of momentum exchange, droplet breakup, evaporation and mixture from the test case "Spray G" provided by the Engine Combustion Network (ECN). The processes of droplet breakup and evaporation were investigated and simulated, being the results interpreted according to the models used. The penetration length was validated against experiments and good agreement was obtained. Finally, a mesh sensitivity study was performed and the results presented and discussed / Mestre

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Estágio realizado na University of Maryland, Baltimore County e orientado pelo Doutor Christian von Kerczek / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

A informação relativa ao orientador foi retirada do SIFEUP / Estágio realizado na Chalmers University of Tecnology, Göteborg, Sweden / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008