Este trabalho apresenta um estudo para a qualificação do sensor de detonação como elemento de realimentação para o sistema de controle eletrônico de motores de combustão interna. A metodologia proposta consiste no uso do sensor de detonação, previamente instalado pelo fabricante do motor com a finalidade de eliminar o indesejável efeito da combustão espontânea, para amostrar as vibrações mecânicas produzidas pelo motor em funcionamento. Tal vibração, resultado de massas em movimento e da oscilação natural do sistema excitado pela combustão, produz uma figura espectral na faixa de freqüências do som audível. O método proposto contempla ainda as variações espectrais das vibrações de um mesmo motor operando com diferentes misturas combustíveis. / This dissertation analyses the suitability of using the knock sensor as a feedback element for the electronic control of internal combustion engines. The proposed approach consists of using the knock sensor, originally installed by the engine maker in order to eliminate the spontaneous combustion effect, to sample the mechanical vibration produced by the engine. This vibration, which results from the moving parts and the natural oscillation of the system in combustion, produces an output in the range of audible sound. This research contemplates using the spectral variation of that sound to estimate information about an engine operating with different fuel blends.

Desde o seu surgimento o motor de combustão interna é a alternativa de fornecimento de potência mais utilizada no mundo em veículos de passeio e transporte de cargas. De fato, observa-se no dia-a-dia uma forte dependência da utilização de motores e, atualmente, os estudos visando o seu aumento de eficiência e a diminuição de emissões poluentes estão cada vez mais intensos. Com os grandes avanços ocorridos na disponibilização de computadores, existe uma tendência contínua para a utilização de técnicas computacionais auxiliando no projeto de motores. No entanto, o maior desafio é simular o escoamento altamente tridimensional, turbulento e transiente, com o uso de modelos de turbulência e combustão, que tenham bom compromisso com a física envolvida. Neste âmbito, o presente trabalho tem o objetivo de desenvolver uma validação de metodologias numérica e experimental, para avaliar o comportamento dinâmico e reativo do escoamento em motores de combustão interna. A simulação é aplicada a um motor Honda GX35, que possui vasto uso comercial em roçadeiras, motocicletas de baixo custo e, atualmente, em Veículos Autônomos Não Tripulados (VANT), dentre outros. A análise tem como base soluções numéricas pelo método dos volumes finitos, usando o programa comercial Star-cd/es-ice. Para resolver o escoamento turbulento o modelo adotado foi o k-ω SST, com aproximação para baixo Reynolds e tratamento de parede híbrido. O modelo de combustão ECFM-3Z foi empregado para resolver o escoamento reativo. O combustível utilizado foi metano em mistura estequiométrica. Os resultados numéricos são confrontados com resultados experimentais, com o objetivo de examinar o estado da arte dessas metodologias. Valores transientes de pressão no interior do cilindro, vazão mássica de ar, fração mássica queimada, em relação ao eixo de manivelas e os produtos da combustão são confrontados A presença de recirculações na admissão e no cilindro foram detectadas e discutidas. As evoluções da pressão interna no cilindro e da vazão mássica de ar resultantes da simulação numérica apresentaram um bom comportamento, quando confrontado com dados experimentais. Os resultados da fração mássica de combustível queimado revelam características importantes de funcionamento do motor. / Since its inception, the internal combustion engine is the alternative of delivering power most used worldwide in passenger vehicles and transportation. Indeed, it is observed in day-to-day a strong dependency on the use of engines, and currently studies aiming at its increased efficiency and reduced emissions are becoming more intense. With the great advances in the availability of computers, there is a continuing trend towards the use of computational techniques aiding in the engine designs. However, the main challenge is to simulate the highly three-dimensional, transient and turbulent flows with the turbulence and combustion models, which have good compromise with the involved physics. In this context, this work aims to develop a validation of numerical and experimental methods for evaluating the dynamic and reactive behavior of the flow in internal combustion engines. The simulation is applied to a Honda GX35 engine, which has commercial application in brushcutters, motorcycles of low cost, Unmanned Autonomous Vehicles (UAV), among others. The analysis is based on numerical solutions by the finite volume method, using the commercial software Star-CD / esice. To solve the turbulent flow the model adopted was the k-ω SST, in its Low Reynolds approach with hybrid treatment near the walls The ECFM-3Z combustion model was employed to solve the reactive flow. The fuel used was methane in the stoichiometric mixture. The numerical results are compared with experimental ones, in order to examine the state of art of these methodologies. Transient values of cylinder inside pressure, mass air flow, mass fraction of the fuel burned, in relation to the crankshaft angle and the combustion products are confronted The presence of recirculation in the intake duct and cylinder were detected and discussed. The evolutions of the internal cylinder pressure and mass flow rate of air showed a good behavior, when confronted with experimental data. The results of the burned mass fraction reveal important characteristics of engine operation.

D. Tech. Mechanical Engineering. / Discusses how to reduce the negative impacts of petroleum oil based fuels in reciprocating engines on the environment through the use of oxygenated (alcohol) blends, while not deteriorating engine performance. The specific objectives are as follows: To evaluate the performance characteristics of n-butanol-diesel blends: B5, B10 and B20, in a direct-injection turbo-charged diesel engine and to compare findings with a study that was carried out by others (Sayin, 2010). To compare the performance, combustion and emission characteristics of dual alcohol-gasoline with single alcohol-gasoline blends fired in a naturally-aspirated (NA) spark ignition (SI) engine. To compare the combustion and emission characteristics of dual alcohol (methanol-n-butanol-gasoline) blends with single alcohol (methanol-gasoline) blends in a single-cylinder SI engine. To evaluate the combustion and regulated emission characteristics of DF and n-butanol/diesel blends (B5, B10, and B20 where B5 represents 5 % shared volume of n-butanol to 95 % diesel fuel) fired in a high load turbo-charged diesel engine and to compare the findings with a study that was conducted by Raslavicius & Bazaras, (2010).

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-01T11:40:21Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3748711 bytes, checksum: 8f8364b8fc3278aa92d66b7d0e9a2400 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-01T11:40:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3748711 bytes, checksum: 8f8364b8fc3278aa92d66b7d0e9a2400 (MD5) Previous issue date: 2015-11-04 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The cost of the kWh at the peak hour in Brazil may be up to nine times higher than the one at normal hours. This fact has served as motivation for industries, shopping malls, hotels, and so on, to utilize electrical generators. These generator sets generally comprise Diesel engines. The problem is that the exhaust gases from these engines are very harmful to health. On the other hand, Natural Gas, thanks to its high calorific power and its low emissions, is considered a clean-burning alternative fuel. Therefore, the Diesel engines converted to Otto cycle may considerably reduce the environmental pollution. Such a conversion, however, may have in turbocharged engines backpressure effects that increase the temperature of the turbine, reducing the energy efficiency of the engine. The present study analyzes the result and consequences of the replacement of the original manifold by another with smoother curves, as well as the cooling effect on the engine performance of the turbine of a Perkins turbocharged model 1104C-44TAG2, converted to the Otto cycle. First, tests were made running the engine with its original manifold without any cooling, and then, having the turbine cooled with room air. After the replacement of the manifold, new teste were performed. Initially, without cooling the turbine or the manifold. Then, after the replacement of the manifold, other tests ventilating the turbine and the manifold were made. In each test, one has registered: the maximum operation power; temperature of the exhaust gases and the engine consumption in terms of the backpressure due to the manifold. All the tests were performed with the aid of a hydraulic dynamometer. It was noted that the use of the new manifold allowed the reduction on the backpressure. Concerning the maximum power registration there was no difference in terms of the original or the new manifold, because what had limited the power was the temperature on the turbine, which was set at 660 oC. Therefore, whenever the temperature reached this limit, the engine was deliberated stopped. This fact also explains why the ventilation has allowed higher engine powers. The new manifold resulted in fuel reductions. / O valor do kWh, no horário de pico, no Brasil, pode ser até nove vezes maior do que aquele cobrado, fora do dito período, estimulando a indústria, shopping centers, hotéis, etc. a fazerem uso de grupos geradores. Tais grupos são, em geral, compostos por motores a diesel e gerador elétrico. O lado negativo destes motores advém da larga poluição ambiental que produzem. Por sua vez, o Gás Natural, graças ao seu elevado poder calorífico e pela baixa contaminação, quando queimado, é considerado um combustível nobre, alternativo ao diesel. Assim, o uso de motores Diesel turbinados, convertidos para o ciclo Otto, pode reduzir significativamente a poluição ambiental. Nessa conversão, um dos aspectos observados é a influência da contrapressão causada pelo sistema de exaustão dos gases de escape, que contribui para o aumento da temperatura da turbina do motor convertido. O presente trabalho analisa os efeitos da substituição do coletor de escape original por outro, de curvas mais suaves, como também o resfriamento da turbina, no desempenho de um motor Perkins turboalimentado, modelo 1104C-44TAG2, ottolizado para gás natural. Os testes foram realizados com os dois coletores de escape, em operações com e sem refrigeração (por ventilação) da turbina e do coletor. A cada teste, eram avaliados: a potência máxima de operação, a temperatura dos gases de escape e o consumo do motor, em função da contrapressão do sistema de exaustão. Tais testes foram realizados, com o auxílio de um dinamômetro hidráulico, e os resultados mostraram que, de fato, houve uma redução da contrapressão, com a substituição do coletor. No entanto, o motor Perkins ottolizado respondeu, de forma semelhante, para os dois coletores, no que diz respeito à potência máxima alcançada, variando somente devido aos efeitos provocados com e sem resfriamento da turbina e do coletor. Deve-se observar, todavia, que a limitação no valor da potência deveu-se às temperaturas alcançadas pela turbina, de aproximadamente 660 °C. Assim, com resfriamento da turbina, o motor atingiu potências mais elevadas. Verificou-se, ainda, que a modificação do coletor contribuiu para a redução do consumo do motor.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-05T13:09:41Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2393348 bytes, checksum: eb5e15f967b00de08e5ce2781413ffd5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-05T13:09:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2393348 bytes, checksum: eb5e15f967b00de08e5ce2781413ffd5 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Seeking to meet the electricity demand in Brazil, power plants, industries and businesses showed an increase in consumption of natural gas by 17.5% between 2013 and 2014 (RESENHA ENERGÉTICA BRASILEIRA, 2015). Most of these facilities use generators for electricity through natural gas. Such groups are formed generally by a Diesel engine coupled to an electric generator. The engines of these groups may be classified as aspirated or turbocharged. It is known, moreover, that the gaseous emissions generated by the Diesel engine, make replaced by clean fuels such as natural gas, an attractive alternative. Converstion of Diesel engines for the Otto cycle, may be an option for generating electricity from natural gas, mainly because it is a low cost compared to the price of gas gensets technology. However, in turbocharged engines converted to natural gas, are identified during operations, temperatures higher than those allowed in the turbine, limiting thus the possibility of reaching the rated power of these motors. The use, however, a heat exchanger gives rise to a Diesel engine converted to Otto cycle work without restriction in all its power domain. This paper examines the issues related to the choice of a heat exchanger, construction, installation and the results of its operation in a motor Perkins turbocharged converted to Otto cycle for natural gas. In performance tests, we used a hydraulic dynamometer, with a maximum of 500 hp capacity. All tests were performed with the rotation set at 1800 RPM, for all powers of labor, including the original maximum power that had diesel, stand-by time of 153 cv (112.4 kW). The maximum thermal efficieny of the engine was 39.1 % for 153 cv power. The NOx and CO levels, were, respectively, 348 ppm and 3.48 % when the engine is operated at power of 153 cv. The effectiveness of the introduced heat exchanger ranged between 33 and 33.7 %. / Buscando suprir a demanda de energia elétrica no Brasil, as termelétricas, indústrias e estabelecimentos comerciais apresentaram um aumento no consumo de gás natural de 17,5% entre 2013 e 2014 (RESENHA ENERGÉTICA BRASILEIRA, 2015). A maioria dessas instalações utilizam grupos geradores para obter energia elétrica. Tais grupos são formados, geralmente, por um motor Diesel acoplado a um gerador elétrico. Os motores desses grupos, podem ser classificados como aspirados ou turboalimentados. Sabe-se, por outro lado, que os níveis de emissões gasosas geradas pela combustão do diesel, torna sua substituição por combustíveis não poluentes, como o gás natural, uma alternativa atrativa. A conversão dos motores Diesel para o ciclo Otto (Ottolização), pode ser uma opção para a geração de energia elétrica a partir do gás natural, sobretudo, por ser uma tecnologia de baixo custo frente aos preços dos grupos geradores a gás. No entanto, nos motores turboalimentados convertidos para gás natural, são identificadas, durante suas operações, temperaturas superiores àquelas permitidas na turbina, limitando, desta forma, a possibilidade de se chegar às potências nominais desses motores. O uso, todavia, de um trocador de calor dá margem para que um motor Diesel ottolizado funcione, sem restrições, em todo seu domínio de potência. Este trabalho examina os aspectos relacionados à escolha de um trocador de calor, sua construção, instalação e os resultados de seu funcionamento em um motor Perkins turboalimentado Ottolizado para gás natural. Nos testes de desempenho, utilizou-se um dinamômetro hidráulico, com capacidade máxima de 500 cv. Todos os ensaios foram feitos com a rotação fixada em 1800 RPM, para todas as potências de trabalho, inclusive a potência máxima original que se tinha com diesel, em stand-by, de 153 cv (112,4 kW). O máximo rendimento térmico do motor foi de 39,1 % para a potência de 153 cv. Os níveis de NOx e de CO, ficaram, respectivamente, em 348 ppm e 3,48 % quando o motor operava na potência de 153 cv. A efetividade do trocador de calor introduzido variou de 33 a 33,7 %.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5488981 bytes, checksum: bc22a73599584c867e933138268f4187 (MD5) Previous issue date: 2014-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A large number of national companies has been using diesel gensets as an alternative to the electricity supplied by the local utility. Therefore, generators are used as an emergency power system or during peak hours. Peak hour in Brazil is between 5 to 10 p. m. As we know diesel engines contribute to the large increase in environmental pollution, since the diesel exhaust may contain fine particles associated with negative health effect, toxic air contaminants, as NOx and SOx. On the other hand, Natural gas is considered as a suitable choice rather than the use of diesel, because it possesses high calorific power, clean burning, and proper octane level for Otto cycle engine. The present work deals with the performance analysis of a Perkins engine turbocharged, diesel, model 1104C-44TA, converted into an Otto cycle engine to run on natural gas, also identifying the limiting factors of power in these types of engines. Giving the importance of the compression rate on the Diesel to Otto cycle conversion, the evaluation of the Perkins processed engine happened under the influence of three different rates: 7.6:1; 8.7:1 and 12.3:1. For each compressed rate, and stoichiometric mixture, the task was to choose the spark advance to guarantee best performances to the engine. All tests were performed with a hydraulic dynamometer. The results showed that, the best combination of those parameters are not sufficient to ensure the highest performance of a diesel converted engine. There was a consubstantial rise in temperature of the exhaust gases and on the turbine walls, due to the increase in the exhaust gases volume, compared to that of the burnt gases withdrawn from the original engine, impairing the efficiency and lifespan of the engine components. It was found, by energetic analysis, the compression ratio of 8.7:1, was the most efficient, among the other two, assuring the engine its best performance. As expected, at the compression rate of 7.6:1 the exhaust gases presented the highest temperatures. At compression ratio of 12.3:1 the gas emissions of the converted engine delivered highest NOx level and the lowest level of unburned hydrocarbons at the exhaust. Keywords: Diesel Turbocharged Engine. Diesel to Otto Cycle Conversion Process. Natural Gas. Performance. Energy Balance / Um grande número de empresas nacionais faz uso de grupos geradores a diesel como opção à eletricidade fornecida pela concessionária local. O emprego de grupos geradores é comum durante as horas de pico, que no Brasil, ocorrem entre as 17 e 22 h. Tais aparatos, juntamente com os motores veiculares a diesel têm contribuído para o grande aumento da poluição ambiental, uma vez que a queima deste combustível se faz com grande emissão de particulados, de NOx e de SOx. O gás natural é considerado uma alternativa ao uso do diesel por possuir um alto poder calorífico, queima limpa, e adequada octanagem para o ciclo Otto. O presente trabalho trata da análise de desempenho de um motor Perkins turboalimentado, a diesel, modelo 1104C-44TA, convertido para funcionar apenas com gás natural, identificando ainda, os fatores limitadores de potência nestes tipos de motores. Considerando a importância da taxa de compressão no processo de ottolização, o motor convertido foi avaliado sob a influência de três diferentes taxas: 7,6:1; 8,7:1 e 12,3:1. Para tanto, foram selecionados avanços de ignição que ao interagir com a mistura próxima da estequiométrica garantisse ao funcionamento do motor as melhores condições de desempenho, para cada taxa de compressão escolhida. Os ensaios foram feitos com o auxílio de um dinamômetro hidráulico e os resultados obtidos evidenciaram que, na prática, tais parâmetros não são suficientes para se assegurar os melhores desempenhos em um motor diesel ottolizado. Foi observado um aumento consubstancial na temperatura dos gases de exaustão e na turbina, em virtude da ampliação do volume dos gases de escapamento com relação àquele observado no motor original, com prejuízos para a eficiência e a própria vida útil do motor. Verificou-se, através das análises energéticas, que a taxa de compressão de 8,7:1 permitiu ao motor seu melhor desempenho, com relação à outras experimentadas. Como esperado, o motor operando na taxa de 7,6:1 produziu as mais elevadas temperaturas dos gases de exaustão. Com respeito às emissões gasosas, o motor convertido com taxa de compressão de 12,3:1 emitiu o maior nível de NOx e o menor nível de hidrocarbonetos não queimados

A crescente demanda de diminuição das emissões e redução do consumo dos motores de combustão interna exige a melhoria dos métodos para diagnose, em tempo real, e para melhor controle do processo de combustão. Portanto, é desejável determinar a relação ar-combustível sobre uma extensa faixa de condições de operação para obter um melhor controle do motor. Este trabalho apresenta a aplicação do Método dos Momentos para obtenção de um modelo de estimação da relação ar-combustível, através do sinal de pressão no cilindro, em um motor ciclo Otto a etanol. O modelo obtido permitirá o desenvolvimento de novos sistemas de controle utilizando como estratégia a pressão no cilindro. / The increasing demands for low emission and low fuel consumption in internal combustion engines require improved methods for diagnosis, in real-time and best possible control of the combustion process. Therefore, determining air-fuel ratio over a wide range of engine operating conditions is desirable for better engine control. This work presents the Moment Method application for obtaining air-fuel ratio estimation model, by cylinder pressure sign, in Otto cycle engine powered by ethanol. The obtained model will allow the development of new control systems, for engine powered alcohol, using as strategy the cylinder pressure.

A crescente demanda de diminuição das emissões e redução do consumo dos motores de combustão interna exige a melhoria dos métodos para diagnose, em tempo real, e para melhor controle do processo de combustão. Portanto, é desejável determinar a relação ar-combustível sobre uma extensa faixa de condições de operação para obter um melhor controle do motor. Este trabalho apresenta a aplicação do Método dos Momentos para obtenção de um modelo de estimação da relação ar-combustível, através do sinal de pressão no cilindro, em um motor ciclo Otto a etanol. O modelo obtido permitirá o desenvolvimento de novos sistemas de controle utilizando como estratégia a pressão no cilindro. / The increasing demands for low emission and low fuel consumption in internal combustion engines require improved methods for diagnosis, in real-time and best possible control of the combustion process. Therefore, determining air-fuel ratio over a wide range of engine operating conditions is desirable for better engine control. This work presents the Moment Method application for obtaining air-fuel ratio estimation model, by cylinder pressure sign, in Otto cycle engine powered by ethanol. The obtained model will allow the development of new control systems, for engine powered alcohol, using as strategy the cylinder pressure.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valter Barragan Neto.pdf: 3036136 bytes, checksum: ab88f80ccbb35090b829c391e8f0536e (MD5) Previous issue date: 2011-09-27 / General Motors do Brasil / Automotive cylinder liners are mechanical components with the function of internal coating of the cylinder automotive engines. The liners have been made of cast iron, which meets the necessary requirements. The replacement of parts made of steel/ cast iron in aluminum alloys has been made with advantages not only in reducing weight as well as fuel consumption and emission of pollutants. This work has an objective to study the possibility to apply the cylinder liners built in aluminum and silicon alloy on engines with computer aided engineering help. The finite element method consists to generate a mathematical model with computational assistance, of geometry, representing several elements that have in common the node connection, forming the finite element, defined as a mesh. For each node the partial differential equations are solved by numerical methods. This study was aided by finite element software Hyperworks, where the mesh was generated and was exported to Abaqus where were performed the processing of input data. The starting point for the simulation of aluminum liners used in internal combustion engines was to define the format of the mesh for the engine block with less refinement, was chosen a mesh with tetrahedron elements of 4 nodes of with size ranging between 1 mm and 12 mm of edge element. The liners was designed with hexahedron elements of six nodes, which by definition are more consistent and have more accurate answers to the elements tetrahedrons and with a larger refinement, about 1 mm, both elements are first order elements with no nodes on edge s midpoint . In function of the process of manufacturing the liners to be cast by centrifugation, layers of elements were created to meet the variation in the amount of the silicon liner, which in turn affects the physical properties of the liner along the thickness of the wall. With this model it was possible to show the viability of applying these liners in engine blocks of cast iron. The analysis has shown that a prototype could be build in order to test the cylinder liners application and also test the wear of the cylinder liner. / Camisas de cilindro automotivo são componentes mecânicos com a função de revestir internamente os cilindros dos motores automotivos. As camisas de cilindros têm sido feitas de ferro fundido, que atende os requisitos necessários de desgaste e rigidez. A substituição de partes feitas em aço e ferro fundido por ligas de alumínio em veículos têm vantagens não só na diminuição de peso como também no consumo de combustível e emissão de poluentes. Este trabalho teve por objetivo estudar a viabilidade da aplicação de camisas constituídas em liga de alumínio e silício em motores com o auxilio de engenharia assistida por computador. O método de modelagem em elementos finitos consiste em gerar um modelo matemático auxiliado por computador, da geometria, constituída por vários elementos que têm em comum nós de ligação formando os elementos finitos, assim definidos por malha. Para cada um dos nós são resolvidas as equações diferenciais parciais por métodos numéricos. O estudo em elementos finitos foi auxiliado pelos softwares Hyperworks, onde foi gerada a malha e exportada para o Abaqus onde foi realizado o processamento dos dados de entrada. O ponto de partida para a simulação das camisas de alumínio aplicadas em motores de combustão interna foi definir a formato da malha para o bloco com um menor refinamento, foi então escolhida uma malha com elementos tetraédricos de quatro nós de tamanho variando entre 1 mm e 12 mm de aresta de elemento. A camisa foi elaborada com elementos hexaédricos de seis nós, que por definição são mais fiéis e possuem respostas mais precisas que os elementos tetraédricos, e com um refinamento maior, cerca de 1 mm, ambos de primeira ordem sem nós intermediários nas arestas. Em função do processo de fabricação da camisa ser a fundição por centrifugação, camadas de elementos foram criadas a fim de satisfazer a variação da quantidade de silício da camisa, que por sua vez afeta as propriedades físicas da camisa ao longo da espessura da parede. Com este modelo foi possível mostrar a viabilidade da aplicação dessas camisas em motores com blocos de ferro fundido. As análises mostraram que um protótipo poderá ser construído para testar a aplicação destas camisas e testá-las quanto ao desgaste.