Diante do nível de emissões extremamente rigoroso exigido pela legislação ambiental, todos os aspectos que afetam a combustão no motor devem ser controlados e explorados. Sendo o \"Swirl\" (turbilhonamento do ar na câmara de combustão) um fenômeno que afeta a combustão, este trabalho tem por objetivo estudar experimentalmente o seu efeito nas emissões de poluentes e consumo de combustível em um motor com sistema de injeção COMMON RAIL. Para tanto, foram fundidos cabeçotes com diferentes valores de Swirl, para analisar o desempenho do motor. Os quatro conjuntos de amostras confeccionadas apresentam valores de Swirl maximizados, minimizados e próximos ao padrão. Os testes em bancada contemplaram curvas de plena carga, ciclos ESC e um ciclo ESC diferenciado onde filtros foram usados para coletar o material particulado em cada ponto do ciclo. Além disso, testes foram feitos alterando-se o início da injeção, antecipando e atrasando-o. As emissões analisadas foram monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), hidrocarbonetos (HC) e material particulado (MP), sendo adicionados comentários sobre os resultados obtidos. Os procedimentos adotados para a seleção de peças, medições e realização dos testes, bem como os resultados apresentados estão descritos no decorrer deste trabalho. / Owing to the extremely stringent level of emissions required by environmental legislation, all aspects affecting combustion in the engine must be controlled and explored. Since the Swirl is a phenomenon that affects combustion, this work aims to study experimentally its effect in the pollutant emissions and fuel consumption in an engine with COMMON RAIL injection system. For this purpose, cylinder heads with different Swirl values were casted to analyze the performance of the engine. The four sets of samples have maximized, minimized and near-standard Swirl values. The bench tests comprised full load curves, ESC cycles and a differentiated ESC cycle where filters were used to collect the particulate matter at each point in the cycle. Besides that, tests were done by altering the start of injection, anticipating and delaying it.The emissions analyzed were carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC) and particulate matter (PM), adding comments on the obtained results. The adopted procedures for the selection of parts, measurements and conducting tests, as well as the presented results are described in the course of this work.

O presente trabalho destina-se a resumir o processo de desenvolvimento de automóveis, mostrando os vários itens que influenciam na velocidade deste desenvolvimento, e propor uma base de raciocínio para se diminuir o tempo total para o projeto. / The present volume is destined to summarize the development process of automobiles, showing the many items responsible for speed up this development, and make a proposal for a thinking basis to shorten development time.

Diante do nível de emissões extremamente rigoroso exigido pela legislação ambiental, todos os aspectos que afetam a combustão no motor devem ser controlados e explorados. Sendo o \"Swirl\" (turbilhonamento do ar na câmara de combustão) um fenômeno que afeta a combustão, este trabalho tem por objetivo estudar experimentalmente o seu efeito nas emissões de poluentes e consumo de combustível em um motor com sistema de injeção COMMON RAIL. Para tanto, foram fundidos cabeçotes com diferentes valores de Swirl, para analisar o desempenho do motor. Os quatro conjuntos de amostras confeccionadas apresentam valores de Swirl maximizados, minimizados e próximos ao padrão. Os testes em bancada contemplaram curvas de plena carga, ciclos ESC e um ciclo ESC diferenciado onde filtros foram usados para coletar o material particulado em cada ponto do ciclo. Além disso, testes foram feitos alterando-se o início da injeção, antecipando e atrasando-o. As emissões analisadas foram monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), hidrocarbonetos (HC) e material particulado (MP), sendo adicionados comentários sobre os resultados obtidos. Os procedimentos adotados para a seleção de peças, medições e realização dos testes, bem como os resultados apresentados estão descritos no decorrer deste trabalho. / Owing to the extremely stringent level of emissions required by environmental legislation, all aspects affecting combustion in the engine must be controlled and explored. Since the Swirl is a phenomenon that affects combustion, this work aims to study experimentally its effect in the pollutant emissions and fuel consumption in an engine with COMMON RAIL injection system. For this purpose, cylinder heads with different Swirl values were casted to analyze the performance of the engine. The four sets of samples have maximized, minimized and near-standard Swirl values. The bench tests comprised full load curves, ESC cycles and a differentiated ESC cycle where filters were used to collect the particulate matter at each point in the cycle. Besides that, tests were done by altering the start of injection, anticipating and delaying it.The emissions analyzed were carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC) and particulate matter (PM), adding comments on the obtained results. The adopted procedures for the selection of parts, measurements and conducting tests, as well as the presented results are described in the course of this work.

O presente trabalho destina-se a resumir o processo de desenvolvimento de automóveis, mostrando os vários itens que influenciam na velocidade deste desenvolvimento, e propor uma base de raciocínio para se diminuir o tempo total para o projeto. / The present volume is destined to summarize the development process of automobiles, showing the many items responsible for speed up this development, and make a proposal for a thinking basis to shorten development time.

Esse estudo procura integrar as áreas de termodinâmica, transferência de calor e aerodinâmica no desenvolvimento de veículos de alto desempenho. É proposta uma ferramenta computacional que auxilie a análise de alternativas de trocadores de calor compactos, parte integrante do sistema de arrefecimento veicular. O aplicativo desenvolvido, denominado TROCALC, tem dois modos de uso: para colaborar no projeto de um trocador de calor ou para avaliar o desempenho de um trocador existente. Estruturado por um conjunto de equações e parâmetros com base na metodologia de Kays e London (1984), no primeiro modo esse aplicativo fornece alternativas de trocadores a partir dos dados de rejeição de calor por parte do motor e dos valores de vazão e temperatura dos fluidos envolvidos. Para o modo de avaliação de desempenho, além dos dados de entrada já mencionados, é necessário o detalhamento da geometria de superfície do trocador para calcular a quantidade de calor que o radiador é capaz de remover do sistema e comparar com o valor de fluxo de calor rejeitado pelo motor. É adotado um estudo de caso que considerou um veículo de competição da Fórmula SAE para investigar a eficácia do aplicativo TROCALC na análise de desempenho e na definição de novas alternativas para o trocador de calor dedicado àquele automóvel. Foram realizados ensaios em laboratório com a medição de valores para a rejeição de calor, vazão em massa de ar e perda de pressão no trocador existente. Os resultados validaram a ferramenta computacional e oferecem uma redução de 37% nas dimensões do trocador. Por fim é feita uma análise aerodinâmica para o conjunto duto-trocador de calor, que é uma solução típica utilizada em veículos de competição, integrando este conjunto à geometria da carenagem do veículo. Quatro alternativas, incluindo nova geometria para a carenagem do duto-trocador são investigadas do ponto de vista aerodinâmico com o auxílio de programa de dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Nesta investigação, o objetivo é melhorar o comportamento de parâmetros relacionados ao escoamento de ar junto do sistema duto-trocador de calor, mantendo um bom comportamento para o arrasto total do veículo. / This study looks for the integration of thermodynamics, heat transfer and aerodynamics in the high-performance vehicles development. A computational tool that facilitates the compact heat exchanges analysis, part of the vehicle cooling system, is proposed. The application denominated TROCALC has two different modes of use: one for compact heat exchanger design and another one to evaluate existent heat exchangers performance. This program, which is structured by a set of equations and parameters based on the Kays and London (1984) methodology, provides heat exchangers alternatives through the input of the engine heat rejection, fluids temperature and mass flow (air and coolant). The tool is also capable of providing a performance analysis of an existent compact heat exchanger. In this case, besides of the inputs already mentioned, it is necessary to inform the surface geometry data of the actual heat exchanger to calculate the heat rejection capacity and compare to the established value of the engine. The case study of the Formula SAE is proposed in order to investigate the efficiency of TROCALC in performance analysis and definition of new alternatives for the Formula SAEs dedicated heat exchanger. Laboratory tests were performed in order to achieve experimentally the heat rejection, mass flow (air side) and pressure drop values in the current heat exchanger. The results validated the computational tool and offered a reduction of 37% in the heat exchangers dimensions. At last, aerodynamic analyses are performed for the duct-compact heat exchanger system, a typical solution adopted in race cars that is the integration of this set to the vehicles bodywork. Four alternatives are researched from the aerodynamic perspective with the computational fluid dynamics program support (CFD), including a new geometry for the duct. In this research, the aim is the improvement of parameters behavior related to the air flow around the duct-compact heat exchanger system, keeping a good behavior to the total drag of the vehicle.

O CAN possui diversas características intrínsecas que o fazem mais apropriado para aplicações automotivas. Neste trabalho serão destacadas algumas dessas características aplicadas a sistemas que exigem um nível muito alto de confiabilidade, através de dois estudos de casos, um para analisar as características gerais do funcionamento da rede CAN, numa arquitetura eletrônica distribuída de um veículo em diversas configurações, cuja taxa de ocupação do barramento é alterado através da modificação do tempo de transmissão de algumas mensagens, e outro estudo para verificar o comportamento de um sistema de controle em malha fechada sobre a rede, focando no impacto do atraso temporal da rede. / The CAN has several inherent characteristics that are more appropriate for automotive applications. In this work will be highlighted some of those characteristics applied to systems that require a very high level of reliability. It is presented two case studies, one to analyze the general characteristics of operation of the CAN network in a electronic distributed architecture of a vehicle for various configurations, whose busload is amended by modifying the time of transmission of some messages, and another study to verify the behavior of a control system in closed loop on the network, focusing on the impact of the delay time in the network.

O presente trabalho propõe a execução de ensaios de medição do número de swirl em bancada de fluxo em regime permanente, com a utilização de um dispositivo modular e dutos de admissão do cabeçote de um motor diesel produzidos via prototipagem rápida (PR). A medição do número de swirl com dutos produzidos via PR, traz como principais vantagens: reprodutibilidade dos ensaios, facilidade de simular e mensurar o número de swirl dos potenciais desvios no processo de fundição ou usinagem, além da redução no tempo para o desenvolvimento de novas geometrias dos dutos de admissão. O trabalho é experimental e uma unidade do cabeçote estudado foi encaminhado para o laboratório da EPUSP e o número de swirl medido para posterior comparação dos dados. Após a fase inicial de aquisição de dados e ajustes no projeto do dispositivo, essa unidade do cabeçote foi seccionada e digitalizada para que a geometria interna fosse reproduzida via prototipagem rápida. Os dutos de admissão foram montados no dispositivo modular para a realização dos testes em bancada. Todos os testes foram realizados no mesmo equipamento e com o mesmo sistema de controle, com o intuito de reduzir o número de variáveis externas na aquisição de dados. Quando realizou-se a comparação das médias dos resultados do número de swirl do cabeçote e do dispositivo modular com o uso de prototipagem rápida não foram encontradas diferenças estatisticamente significantes. O método proposto representou o escoamento de ar da admissão do modelo de cabeçote analisado. / The present work proposes to execute steady state bench test, swirl number measurements, using a modular device and cylinder head intake ports from a diesel engine manufactured via rapid prototype (RP) techniques. Swirl number measurements with intake ports produced by RP, bring as main advantages: Tests reproducibility, easy to measure the swirl number variances in consequence of potential casting or machining process deviations besides of time reduction to the development of new intake ports geometry. The research is experimental and one sample of the investigated cylinder head was sent to the laboratory and the swirl number was measured for later results comparison. After the early development phase of data acquisition and design improvements, this cylinder head sample was then sectioned and digitalized as to know to have the same internal geometry in the intake ports produced via rapid prototype. The intake ports were assembled in the modular device to perform bench tests. All tests were performed in the same rig and with the same control system with aiming to reduce the external variables during data acquisition. When the mean results analysis was performed in order to compare the results between cylinder head and modular device using rapid prototype, no statistically significant changes were found. The proposed method represented the investigated cylinder head´s intake air flow.

Neste trabalho, pretendeu-se obter as características da movimentação do ar no início do tempo de admissão em um motor diesel, partindo de sua entrada no cabeçote, passando pelos pórticos de admissão e válvulas, até a câmara de combustão, utilizando dados reais da geometria e do processo de sobrealimentação de um motor diesel. Para tanto, utilizou-se da abordagem clássica da dinâmica dos fluidos para o desenvolvimento de um modelo matemático constituído por equacionamentos que representassem o consumo de ar, a rotacionalidade do movimento do ar nos pórticos e a movimentação de ar no cilindro, descrita por linhas de corrente obtidas a partir da aplicação da teoria de escoamento potencial plano. Os cálculos foram efetuados usando planilhas eletrônicas geradas em aplicativo Excel e, tanto a avaliação dos efeitos da geometria dos condutos quanto a determinação das linhas de corrente, foram realizadas usando o aplicativo gráfico Rhinoceros. Neste trabalho foram estudadas seis condições associadas a seis ângulos de virabrequim do início do tempo de admissão e que geraram seis conjuntos de linhas de corrente. Os resultados foram comparados com ensaios de PIV - particle image velocimetry e apresentaram semelhanças relevantes nos formatos e nos sentidos das linhas de corrente. Concluiu-se que o procedimento utilizado, por sua simplicidade de implementação, não é prático quando há a necessidade de alteração de uma das variáveis envolvidas. Porém, ao desenvolver o equacionamento para os casos apresentados, foi possível estudar o fenômeno em profundidade satisfatória, mesmo com as hipóteses simplificadoras utilizadas. / In this work, the aim was to obtain the air flow characteristics in the beginning of the intake stroke in a diesel engine, considering the inlet in head, its passiage by intake runners and valves, up to the combustion chamber, using values obtained from geometry and supercharging process observed in a specific diesel engine. It was used a classical fluid dynamics approach to develop a mathematical model which represent the air consumption, the rotation of the air at intake runners and the air flow within the cylinder, described by streamlines obtained by the use of potential flow theory. The calculation used Excel electronic spreadsheets and both the effects from geometry of intake runners evaluation and the streamlines generation were conducted in drawing software Rhinoceros. In this work six different conditions, associated at six crankshaft angles in the beginning of the intake stroke were studied, resulting in six streamlines set. The results were compared to a PIV test - particle image velocimetry - and relevant similarities was observed both in shapes and rotation sense of streamlines. The conclusion was that the methodology, considering its simplicity in implementation, it is not the most practical method when a modification in variables involved is necessary. However, this methodology was enough to study the phenomenon in satisfactory depth, even using the simplifying assumptions.

O indicador de desempenho de um veículo de competição é o tempo gasto para completar uma volta em um circuito. Para minimizar esse tempo o engenheiro de pista pode modificar diversos parâmetros do veículo. A identificação de qual parâmetro será modificado é feita através da percepção do piloto (análise qualitativa) e pela interpretação dos dados colhidos pelos sensores instalados no veículo (análise quantitativa) durante testes. O presente trabalho apresenta algoritmos para análise de desempenho de veículos de competição do tipo Formula em diferentes manobras (aceleração em linha reta, frenagem e curva) e para simulação de uma volta completa em um circuito fechado. Cada algoritmo possui indicadores diretos e indiretos de desempenho, auxiliando na avaliação do comportamento do veículo. A simulação em circuito fechado é dividida em três partes: (1) obtenção da geometria do circuito de forma indireta, (2) levantamento do envelope de limite de desempenho do veículo e (3) simulação de uma volta no circuito. No cálculo é utilizado um modelo matemático não-linear de veículo com seis graus de liberdade, mais quatro graus de liberdade de rotação para os conjuntos roda/pneu. Para a validação do método, o modelo matemático foi concebido com as propriedades de um veículo de Formula 3 (incluindo dados de ensaio em túnel de vento e de bancada de testes de pneus). Os resultados da simulação foram comparados com informações experimentais medidas no veículo completo, trafegando em pista, validando o modelo. Com esse modelo, os algoritmos de desempenho e indicadores apresentados são utilizados para análise de sensibilidade de um parâmetro da configuração do veículo. / The final race car performance goal is the time spent to complete a full lap in a circuit. In order to minimize this lap time engineers can modify several vehicle parameters (setup change). The choice of which parameter will be modified is done analyzing drivers opinion (qualitative analysis) and vehicle sensors data storaged during track testing (quantitative analysis). This work presents a simulation algorithm for Formula type vehicle performance evaluation for different single maneuvers (straight line acceleration, braking and cornering) and lap time simulation. Each algorithm presents its own direct and indirect performance indexes, supporting vehicle behavior evaluation. The lap time simulation algorithm is divided in three parts: (1) indirect race track geometry recreation, (2) vehicle performance envelope and (3) lap time simulation. For this calculation it is used a six degree of freedom non-linear mathematical model for vehicle sprung mass and four rational degree of freedom for the rim/tires set. For algorithm and model validation a Formula 3 vehicle mathematical model was build (including wing tunnel and tire testing data). The simulation results were compared against experimental data from a full lap in a circuit, resulting in a validated mathematical model. With this model, the single maneuver performance algorithm and their indexes were executed for a single vehicle parameter sensibility analysis.

O trabalho apresenta também um estudo de confiabilidade e estabelece uma faixa de valores para o esforço de fechamento de portas baseado na variação de algumas componentes chaves no cálculo. A curva característica que é um dos parâmetros de saída do modelo apresenta forma extremamente próxima da medição realizada em laboratório. No Brasil, a indústria automotiva é conhecida por sua grande influência e peso na economia do país, assim como em diversos outros países. O conjunto porta na concepção do veículo é de extrema importância, visto que é região do veículo com que o consumidor trava contato primeiro. Um valor de esforço elevado para realizar a abertura e fechamento das mesmas pode levar a uma imagem indesejada pela montadora do veículo. O valor do esforço necessário para fechar a porta é um item de extrema importância, pois além de influenciar a imagem do veículo e da marca, é um item do pacote de conforto e ergonomia do veículo. O evento fechamento da porta parte do instante em que a porta está na condição aberta e seus componentes se encontram em descanso. O evento é modelado matematicamente e em planilha dinâmica admitindo como parâmetros de entrada dados específicos do veículo e seus componentes, como saída têm-se o valor da energia de fechamento de portas e a parcela de cada componente envolvido. São apresentados resultados experimentais para que o modelo seja considerado válido. Com a conclusão do modelo é possível estimar a queda de energia em função da vida de alguns componentes como a fechadura e o pacote de guarnições, bem como a influência do uso de sobreinjetados autolubrificantes na fechadura. Este trabalho contribui com os profissionais de Engenharia de Produto nas áreas de Carroceria, Mecanismos e Partes Móveis com a elaboração de uma ferramenta de cálculo para uso em qualquer fase de projeto, principalmente para estimar o valor da energia de fechamento de porta no momento de sua conceituação e até na validação de veículos protótipo. / The Brazilian automotive industry is known by its great influence on the country economy, similar to several other countries. It is important to highlight the door assembly importance on the vehicle concept, as it is the first contact made to the customer. The vehicle ingress is through the side access area, established by the doors and a high door closing effort may lead to a wrong impression. The door closing effort or also known as door closing energy is an extreme importance asset, as well as influencing the image of the vehicle and the brand, it is an item of ergonomics and vehicle comfort. The automotive door closing event starts at the moment door is open and pushed to close itself. This event is math modeled and implemented as an excel dynamic calculation plan, considering as input the vehicle and components specific data, its output is the door closing effort and each components portion. It is presented a series of values so the model is considered valid. This work also presents a reliability study defining a range of experimental values for the door closing effort based on tolerances of components used in the model calculations. The characteristic curve which is one of the parameters of the model output is extremely close to the measurement performed in the laboratory. With the completion of the model is possible to estimate the energy loss due to the life of certain components such as latches and weatherstrips, and the influence of using self-lubricating over molding in the latch. This study contributes to the Product Engineering professionals in the areas of Body, Mechanisms and Body Closures, with the elaboration of a calculation tool for use in any design phase, but mostly serving to estimate the door closing effort at the moment of conception until the validation of prototype vehicles.