Este trabalho tem como principal objetivo mostrar os efeitos do uso de gasolina adulterada em motores de pequena cilindrada em seus desempenhos e durabilidades. Para tanto, foram realizados ensaios comparativos em três motores carburados de aplicação em motocicletas, de mesmas séries. Estes motores consumiram gasolina C, padrão brasileiro de combustível para motores de ignição por faísca, e misturas desta gasolina com etanol hidratado carburante e solvente C-9. Os resultados mostram alterações de desempenho, nas concentrações de gases poluentes produzidos e nos níveis de deterioração. / This work has as main aim to show the effects of the use of the out of specification fuels in performance and durability of the low volumetric displacement engines. So, it was carried out comparative tests in three similar engines, equipped with carburetors as fuel metering arrangement, applied in motorcycles. These engines worked with standard gasoline C, Brazilian reference fuel to spark ignition engines and blends containing hydrated ethanol and C-9 solvent. The results show changes in performance, in the pollutant gases concentration productions and deterioration levels.

Trata do fenômeno da detonação nos motores de combustão interna. Discute os fatores de influência na ocorrência e intensidade de detonação e alguns métodos para sua quantificação. Descreve uma metodologia de quantificação baseada na análise espectral do sinal de pressão da câmara de combustão. A intensidade da detonação é tomada como uma medida da energia das componentes freqüênciais do sinal situadas em uma faixa de freqüências característica deste fenômeno. Inclui os testes preliminares realizados, os fundamentos matemáticos da amostragem e análise espectral utilizada e a importância destes na interpretação dos resultados. Apresenta os resultados obtidos para três velocidades de operação (2000 rpm, 3000 rpm e 4000 rpm) e três condições de avanço de ignição do motor (avanço de fábrica, ignição avançada em 6 graus e atrasada em 4 graus), totalizando 270 ciclos analisados. Comenta as vantagens deste método, que utiliza a pressão da câmara de combustão em vez de sinais de acelerômetros, comumente empregados em sistemas de controle de detonação de motores de ignição por centelha. / This work deals with knock in internal combustion engines. The influence factors on knock occurrence and intensity and some quantification methods are discussed. A knock quantification methodology based on spectral analysis of the combustion chamber pressure signal is described, Knock intensity is taken as a measurement of the energy in the frequential components of the signal inside a frequency range characteristic of the phenomenon. It is presented the preliminary tests, the mathematical background of sampling and spectral analysis and their importance in result analysis. It is reported the results for three speeds (2000 rpm, 3000 rpm and 4000 rpm) and tree ignition advance conditions (factory default, ignition advanced in 6 degrees and delayed in 4 degrees), totaling 270 analyzed cycles. The advantages of this method, which employs the combustion chamber pressure, is also commented, over those which use accelerometer signals, commonly employed in knock controI systems of spark ignited engines.

Desde a sua invenção, o motor a combustão interna sofreu significantes evoluções, como redução do consumo de combustível, aumento da sua potência e durabilidade a um menor custo. Outros setores também evoluíram, como a busca por alternativas de combustível, tendo como exemplo o etanol hidratado combustível, que trouxe vantagens tais como maior desempenho e menor emissão de poluentes, porém com solicitações mecânicas, térmicas e termomecânicas mais severas. Sua menor lubricidade, quando comparada a da gasolina tipo C também intensificou o desgaste no par tribológico válvula e sede de válvula. Neste trabalho foram analisados diversos pares de válvulas e sedes de válvulas provenientes de quatro motores pós teste, sendo dois deles de mesma especificação técnica e submetidos às mesmas condições de ensaio, variando somente o combustível utilizado (etanol hidratado combustível e gasolina comum tipo C). A topografia da superfície de contato foi avaliada através de exames das superfícies com lupa estereoscópica, microscópio eletrônico de varredura e perfilômetro óptico a fim de identificar os danos encontrados. Ao término das análises foi realizada a comparação dos danos encontrados entre a superfície de contato das válvulas e sedes do motor que operou com etanol hidratado combustível e gasolina comum tipo C, de forma a evidenciar as diferenças proporcionadas pelos combustíveis. Este trabalho faz parte do \"Consórcio de P&D e Desafios Tribológicos em Motores Flex-Fuel\" patrocinado pela FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) com participação da indústria automotiva, para identificar os modos de desgaste atuantes. / Since its invention the internal combustion engine presented significant improvements like lower fuel consumption, higher power and durability increase at reduced costs. Other industries sectors did also improve as the search for new alternative fuels such as hydrated ethanol fuel which brought advantages like higher performance with lower pollutant emissions, although with it came more severe mechanical, thermal and thermo-mechanic stresses. Ethanol lower lubricity when compared to type C gasolines did also increase the valve/ valve seat insert wear. This study presents the results of contact surface analysis of several pairs valve/ valve seat insert from four engines after test being two of them of same technical specification and submitted to the same test cycle with only difference their fuel (hydrated ethanol and regular type C gasoline). The contact surface topography was evaluated through surface exams using optical microscopy, scanning electron microscope and non-contact profiler, to evaluate damages. At the end of analysis, a comparison between valves and valve seats from the engines that operated with hydrated ethanol and regular type C gasoline in order to put in evidence the damage difference provided by the fuels. This study is part of \"Consórcio de P&D e Desafios Tribológicos em Motores Flex-Fuel\", sponsored by FAPESP (\"Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo\") with participation of automotive industries, to characterize the existent wear.

O controle da mistura ar/combustível é muito importante para o correto funcionamento dos motores à combustão interna ciclo Otto. A relação entre o ar e o combustível influencia diretamente no funcionamento do motor, na emissão de poluentes e no consumo de combustível. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um controle da mistura ar/combustível a partir do estudo de modelos de malha fechada deste sistema. Esse controle tem por objetivo manter a mistura o mais próxima possível do ponto estequiométrico, a fim de otimizar a taxa de conversão de gases poluentes pelo catalisador, e utiliza um sensor de oxigênio, conhecido como sonda lambda, para realizar a realimentação do sistema, indicando se a mistura está no ponto estequiométrico. Este trabalho também apresenta o desenvolvimento de um compensador em malha fechada para controlar a mistura a/c (ar/combustível) em outros pontos, além do estequiométrico, através do uso de uma sonda lambda de banda larga. / The control of the air/fuel mixture is very important for the correct operation of Otto cycle internal combustion engines. The relationship between the air and the fuel directly influences the engine operation, pollutant emissions and fuel consumption. This work presents the development of an air/fuel ratio controller, based on the study of closed loop systems. This control aims to keep the A/F mixture as close as possible of the stoichiometric point, in order to optimize the conversion rate of pollutant gases by the catalytic converter, and uses an oxygen sensor, known as lambda probe to perform the feedback to the system, indicating whether the mixture is at the stoichiometric point or not. This work also presents the development of a closed loop controller for the air fuel ratio at values other than the stoichiometric one, by using a wide band lambda sensor.

Orientador: Rogério Gonçalves dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T21:02:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavaglieri_MarceloRenato_M.pdf: 17998120 bytes, checksum: 987df39d379a639bae4123aeab57a9d6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Com o intuito de otimizar o Motor de Combustão Interna e encontrar aplicações que o utilizem de forma racional e eficiente, nessa dissertação estuda-se o comportamento dinâmico da pressão na cavidade dos Coletores de admissão, já que o escoamento através dele acontece de forma pulsada, devido ao movimento do pistão e modulado pelo abrir e fechar das válvulas de admissão e escapamento. Sendo o Coletor de Admissão parte desse circuito, ele consequentemente impõe uma impedância a esse escoamento intermitente, podendo ser mais ou menos acentuada, devido suas formas construtivas. Para essa avaliação busca-se um fator ou um coeficiente que quantifique como as ondas de pressão interagem com a cavidade do Coletor de Admissão, de forma metódica e confiável, para que os resultados possam ser usados como ferramenta prática de desenvolvimento desse componente. Podendo assim, os Coletores de Admissão serem ajustados adequadamente à aplicação e não apenas nos quesitos de regimes permanentes tradicionais como perda de carga e desbalanceamento no fornecimento de ar. Nessa dissertação é apresentado um aparato para medir experimentalmente a curva do Coeficiente de Transmissão de onda de pressão, seus detalhes construtivos, de configuração e operação para a obtenção de curvas de boa qualidade. É mostrado também um método para validação do aparato e por fim a comparação do Coeficiente de Transmissão com a curva de desempenho desses componentes quando instalados em um Motor de Combustão Interna. Comprovando dessa maneira, a relação entre as características dinâmicas da cavidade e sua influência no desempenho do Motor de Combustão Interna e mais, demonstrando que o método experimental de medir o Coeficiente de Transmissão é uma forma eficaz e coerente de se quantificar a influência desse componente no processo de admissão / Abstract: In order to optimize the Internal Combustion Engine and find out applications that use it rationally and efficiently, in this dissertation it is studied the dynamic behavior of the intake manifolds cavity pressure, since the flow through it happens in a pulsed manner, due to the movement of the piston and modulated by opening and closing the intake and exhaust valves. Being the intake manifold part of this circuit, it imposes impedance to the flow that may be more or less pronounced, due to its constructive design. For this evaluation it is made an experimental determination of the Transmission Coefficient of pressure waves through the Intake Manifold, methodically and reliably, so the results can be used as a practical tool for developing these components. The Intake Manifold may thus be properly adjusted to the application needs and not just in the categories of traditional patterns like permanent loss and imbalance of air supply. This dissertation presents an experimental apparatus to measure the curve of the wave pressure Transmission Coefficient, its construction details, configuration and operation to get good quality curves. It is also shown a method to calibrate the apparatus and finally, the comparison of the Transmission Coefficient with the performance curve of measured Intake Manifolds when installed on an Internal Combustion Engine. Providing this way, the correlation between the dynamic characteristics of the cavity and its influence on the Internal Combustion Engine¿s performance and demonstrating that the experimental method to measure the Transmission Coefficient is an effective and consistent way to quantify the influence of the Intake Manifold in admission process / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T13:13:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bosso_AndreLuizAparecido_M.pdf: 7894502 bytes, checksum: 2052586d161cac58f608acb2945fbd48 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver um sistema alternativo para impulsionar o pistão em um motor de combustão interna que aciona um gerador de energia elétrica operando a uma rotação fixa. O sistema biela-manivela é substituído por um sistema eixo-cremalheira-engrenagem, que é capaz de realizar a inversão de movimento do pistão no ponto morto superior e no ponto morto inferior, sem que ocorra uma inversão de velocidade instantânea nesses pontos. Para garantir a eficiência desse sistema, análises cinemática e dinâmica são realizadas utilizando a modelagem de múltiplos corpos rígidos e a modelagem geométrica. Uma análise termodinâmica é realizada com o auxílio de um modelo de simulação computacional desenvolvido para um motor de combustão interna, com ignição por centelha e movido a etanol. O programa inclui a combustão com duração finita, transferência de calor instantânea e processos de admissão e escape, porém não considera o equilíbrio químico e a dissociação. Com os resultados obtidos é possível construir as curvas características do motor estudado e determinar sua melhor rotação de operação / Abstract: The main focus of this work is to develop an alternative system to drive the piston in an internal combustion engine which drives an electric power generator operating at a fixed speed. The connecting rod-crankshaft system is replaced by an axle-rack-gear system that is capable of performing the inversion of the piston movement in the top and the bottom dead center, without occurring an inversion of the instantaneous velocity in these points. In order to ensure the efficiency of this system, kinematic and dynamic analyzes are performed using rigid body and geometric modeling. A thermodynamic analysis is performed using a computer simulation model developed for a conventional ethanol-powered internal combustion engine with spark ignition. The program includes combustion with finite duration, instantaneous heat transfer and intake and exhaust processes, but does not consider the chemical equilibrium and dissociation. With the results it is possible to obtain the typical curves of the engine studied and determine its best operating speed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Pablo Siqueira Meirelles, Douglas Eduardo Zampieri / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T23:03:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_AlexandreSchalch_D.pdf: 4157689 bytes, checksum: a667c356ec83b5bb7af3834db18db144 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a aplicação da técnica conhecida como Hardware-in-the-Loop (HIL), para a avaliação do comportamento dinâmico de dois sistemas mecânicos não-lineares e assim verificar o desempenho da técnica nestes casos. O primeiro estudo consiste na avaliação de um componente, no caso uma engrenagem bi-partida, sujeito a contatos dinâmicos e impactos os quais são difíceis de serem modelados matematicamente. O segundo caso estudado consiste na avaliação de um amortecedor de vibrações torcionais do tipo elastomérico utilizado em motores de combustão interna, o qual apresenta não-linearidades de material, cujas propriedades variam em função da temperatura da borracha. Bancadas de testes distintas foram elaboradas para a avaliação dos dois componentes, tendo como entrada sinais de torques ou deslocamentos angulares gerados em tempo real por um código desenvolvido em ambiente MATLAB/SIMULINK e compilados para a simulação dos componentes através de uma placa controladora dSPACE. Nos estudos de HIL da engrenagem bi-partida, compararam-se os sinais de deslocamento angular medidos em um motor Diesel e na bancada de testes. Como conclusão verificou-se que os sinais obtidos na bancada foram muito próximos aos observados no motor. Já no caso do amortecedor, foram medidas as amplitudes das vibrações no cubo e anel do damper. Os deslocamentos angulares do cubo e anel foram comparados às amplitudes reais medidas em um motor no dinamômetro e, ao término do trabalho, verificou-se que as amplitudes obtidas do ensaio de HIL apresentaram boa correlação com os valores medidos no motor, alcançando-se dessa forma os objetivos propostos para esse trabalho / Abstract: The objective of this work is to apply the technique known as Hardware-in-the-Loop (HIL), to assess the dynamic behavior of two non-linear mechanical systems and to verify the performance of the technique in these cases. The first study is the evaluation of a component, in this case a pre-tensioned gear, subjected to dynamic contacts and impacts which are difficult to be modeled mathematically. The second study is to evaluate an elastomeric torsional vibration damper (TVD) used in internal combustion engines, which has non-linear material properties that depend on the rubber temperature. Different test benches were developed for the evaluation of these two components, with the input signals of torques or angular displacements in real time, generated by a code developed in MATLAB / SIMULINK and compiled for the simulation of the components via dSPACE controller board. In the study of the pre-tensioned gear, we compared the signals of angular displacements in a Diesel engine with the test bench values. In conclusion it was found that the signals from the tests were very similar to those observed in the engine. In the case of the damper, were measured the amplitude of vibration at the hub and ring of the TVD. The angular displacements of the hub and ring were compared to actual measurements on an engine in the dynamometer. At the end of this work, it was found that the obtained amplitudes from the HIL test showed good correlation with the values measured in the engine, achieving that way the proposed goals of this work / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T21:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_GustavoSantos_M.pdf: 9836422 bytes, checksum: 5dd85af9a9e496c3601a34fb639cb6dd (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho desenvolveu um novo conceito de dispositivo mecânico capaz de variar a taxa de compressão dos cilindros de um motor a combustão interna para estudar as possibilidades de novos projetos para a indústria automotiva e apresentar as possíveis melhorias atingidas com essa tecnologia. O modelo desenvolvido foi submetido a simulações computacionais para avaliar sua cinemática e dinâmica através das teorias de múltiplos corpos rígidos e da modelagem geométrica. Foi implementado um modelo simplificado robusto zero dimensional para tornar as análises mais simples utilizando os conceitos de termodinâmica envolvidos no motor. Foi considerado transferência de calor instantânea, processo de queima finita pela curva de Wiebe e os fluxos de massa envolvidos nos processos de admissão e exaustão dos cilindros. Não foram implementados os processos de dissociação e equilíbrio químico e um modelo que prevê detonação. Os resultados cinemáticos e dinâmicos foram validados em softwares comerciais de renome e apresentaram ótima semelhança. Os resultados termodinâmicos possibilitaram comprovar a eficácia da adoção da variação da taxa de compressão quando se necessita aumentar a eficiência térmica dos motores, melhorar os índices de consumo e desempenho. Os resultados permitiram também o desenvolvimento de novas curvas fundamentais para análises mais sofisticadas e calibrações mais específicas do motor / Abstract: This work developed a new concept of a mechanical device able to vary the compression ratio of an internal combustion engine cylinder to study the possibilities of new projects for the automotive industry and present the possible improvements achieved with this technology. The developed model was subjected to computer simulations to evaluate its kinematics and dynamics through the theories of multiple rigid bodies and geometric modeling. A robust zero dimensional simplified model to make simpler analysis using thermodynamic concepts involved in engines was implemented. Was considered instantaneous heat transfer, finite burning process by Wiebe curve and the mass flows involved in the admissions and exhaust process from the cylinders. The dissociation and chemical balance processes and a model that predicts knocking have not been implemented. The kinematic and dynamic results were validated in leading commercial software and showed excellent accuracy. The thermodynamic results allowed prove the efficacy of adopting varying the compression ratio when it needs to increase the thermal efficiency of the engine, improve the rates of consumption and performance. Results also enabled the development of new fundamental curves for more sophisticated analysis and more specific engine calibrations / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Robson Pederiva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T21:11:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chagas_ClodoaldoBorges_M.pdf: 26402874 bytes, checksum: d4bfb8b718bb540f2313823b84724082 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Os sistemas de transmissão por correntes são umas das principais formas de se transmitir torque e potência entre eixos paralelos. A confiabilidade dos sistemas de transmissão por corrente na sincronização do eixo de manivelas e do eixo de comando de válvulas nas aplicações automotivas tem permitido seu emprego durante toda a vida útil do motor. A aparente vantagem no uso dos sistemas de corrente esconde algumas características indesejáveis inerentes a esse tipo de transmissão. Alguns fenômenos físicos como a "Ação Poligonal" a qual faz com que ocorra flutuação da razão entre as velocidades angulares do eixo movido e motriz, mesmo quando o eixo motriz está em velocidade angular constante, puderam ser modelados por meio da analise cinemática e validados experimentalmente em situações "quasi-estáticas". As guias de corrente são inicialmente elementos cuja principal função é atenuar as vibrações transversais da corrente. No entanto, o estudo desenvolvido constatou a guia como sendo um importante mecanismo cuja posição e geometria podem minimizar a flutuação da razão entre as velocidades angulares. Outro importante aspecto aponta a necessidade da existência de elementos com a capacidade de permitir um auto ajuste de posicionamento durante o ciclo de engate de um elo de corrente. Compreender o carregamento aplicado pela corrente sobre a guia tensora torna possível predizer o estado de tensão deste componente bem como o coeficiente de atrito entre corrente e guia. A interação dos resultados teóricos e experimentais puderam ser introduzidos em um software comercial de elementos finitos para determinação do estado de tensão da guia. Os resultados da extensometria aplicada na guia de corrente foi confrontada aos resultados deste software a fim de obter a validação dos modelos desenvolvidos no presente trabalho. O estudo dos modelos matemáticos em paralelo aos experimentos guiam o desenvolvimento do presente trabalho / Abstract: The chain transmission systems are among the most important ways to transfer power and torque between parallel axes. The reliability of the chain transmission systems for synchronizing the crank shaft and command shaft in the automotive engines allows that this type of transmission system can be employed during the whole life of the passenger car engine. This apparent advantage in the use of the chains hides some undesirable characteristics which are inherent to this kind of discrete system. Some physical phenomena such as cinematic analysis of the "Polygonal Action" which makes the ration between angular velocity of driven and driving axis fluctuate during a chain link engagement, even when the velocity of the driving shaft is at constant angular velocity. This fluctuation was modeled and experimental tests were carried out to validate the model for "quasi-static" situations. The chain guide and chain blades are initially elements which the main function is to hold the transversal vibration of the chain. The present study identified the chain guide profile and assembly position as an important helping component to minimize the fluctuation of angular velocity ratio between sprockets. Another important feature of the transmission system picks up the necessity of at least one of the system components has to be able to self-adjust during the engagement cycle. The comprehension of the contact forces which loads the chain blade by the chain becomes possible understanding the stress state of this component and determine the friction coefficient between chain and blade. The interaction of theoretical and experimental results were introduced as incomes at commercial finite element software to determine the stress state of this component. The measurements of the extensometers were compared to the commercial software to validate the mathematical models and simplification adopted in the present work. The mathematical model in parallel to the experimental procedures drive the development of the present work / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Antônio Perrella Balestieri / Abstract: Direct injection spark ignition (DISI) engines aim at reducing specific fuel consumption and achieving the strict emission standards in state of the art internal combustion engines. Therefore, in this work the goal is to develop code for simulations of the internal flow in DISI engines, as well as the phenomenon of fuel spray injection into the combustion chamber using a Lagrangian-Eulerian approach for representing the multiphase flow, and Large-eddy Simulations (LES) for modeling the turbulence of the continuum medium by means of the open-source CFD library OpenFOAM. In order to validate the obtained results and the developed models, experimental data from the Darmstadt optical engine, and the non-reactive “Spray G” gasoline injection case, along with the reactive “Spray A” case from the Engine Combustion Network (ECN) will be employed. Finally, a novel open-source solver will be proposed to simulate the Darmstadt optical engine in motored and fired operation under stratified mixture condition, using data compiled by the Darmstadt Engine Workshop (DEW) for validation. Moreover, a deep learning framework is presented to train an artificial neural network (ANN) with the engine LES data generated in this work, in order to make predictions of the small scale turbulence behavior. / Resumo: Motores de ignição a centelha com injeção direta (direct injection spark ignition engines, DISI engines) visam reduzir o consumo específico de combustível e respeitar os restritos níveis de emissão em motores de combustão interna de última geração. Assim, pretende-se com este trabalho desenvolver código para simulação do escoamento interno em motores DISI, assim como os fenômenos de injeção de combustível no interior da câmara de combustão utilizando uma abordagem Lagrangeana-Euleriana para representação do escoamento multifásico e Simulação de Grandes Escalas (Large-eddy simulation, LES) para a modelagem da turbulência no meio contínuo, por intermédio da biblioteca CFD de código aberto OpenFOAM. De modo a validar os resultados e os modelos desenvolvidos, dados experimentais serão utilizados, obtidos do motor óptico de Darmstadt, e do caso de teste de injeção de gasolina não-reativo “Spray G”, juntamente com o caso reativo “Spray A” da Rede de Combustão em Motores (Engine Combustion Network, ECN). Enfim, um novo código aberto será proposto para simular o motor óptico de Darmstadt em condições de escoamento a frio (sem combustão) e com combustão em condição de mistura estratificada, usando dados compilados pelo Workshop do Motor de Darmstadt (Darmstadt Engine Workshop, DEW) para validação. Além disso, uma abordagem de aprendizado profundo (deep learning) será apresentada para treinar uma rede neural artificial (artificial neural network, ANN) com dados de simulação LES de moto... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor