Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B8WHK4
Type: Dissertação de Mestrado
Title: Estudo numérico da influência do enquadramento de válvulas e da recirculação dos gases de exaustão no escoamento de ar, na formação da mistura e na combustão de um motor de ignição por centelha
Authors: Fabio de Castro Radicchi
First Advisor: Ramon Molina Valle
Abstract: Os motores de combustão interna têm se tornado cada vez mais compactos, tendendo a trabalhar sob elevadas pressões de trabalho, o que aumenta a demanda pela utilização conjunta de diferentes tecnologias, como os sistemas VVT e o EGR, principalmente para controle de detonação. Em razão disso, neste trabalho avaliou-se numericamente a influência da variação dos tempos de abertura e fechamento das válvulas de admissão e a utilização da recirculação externa de gases de exaustão em um motor de combustão interna de três cilindros aspirado de doze válvulas, com razão volumétrica de compressão de 15:1 e um sistema de alimentação de combustível do tipo PFI. Por meio da dinâmica dos fluidos computacional, caracterizou-se o escoamento de ar no motor, a injeção e o spray de combustível E27, o processo de formação da mistura e a combustão. Inicialmente,umacondiçãodeoperaçãoa2500rpm,cargade4,0barefechamentoatrasadoem 30 das válvulas de admissão, correspondente a condição usual do motor, foi simulada e validada por meio da comparação com dados experimentais, conferindo credibilidade aos resultados e à metodologia numérica desenvolvida. Quatro enquadramentos de válvulas na rotação de 2500 rpm e carga de 4,36 bar foram então simulados na sequência do trabalho, cada um deles com instantes diferentes de fechamento das válvulas de admissão, correspondentesà30,40,50 e70 apósopontomortoinferiordeadmissão.Alémdisso, a condição de operação a 2500 rpm, carga de 4,36 bar e fechamento atrasado em 70 foi também avaliada numericamente com a utilização da recirculação externa dos gases de exaustão, permitindo a comparação do desempenho obtido nessas condições com as demaissemousodoEGRexterno.Pormeiodassimulações,avaliou-sequantitativamentea recirculaçãointernadosgasesdeexaustão,obtendo-seopercentualmáximode16,11%de EGR interno para a condição de maior cruzamento de válvulas e o percentual mínimo de 6,38%paraacondiçãodemenorcruzamento.Ainfluênciadoenquadramentodasválvulas de admissão na tolerância à detonação também foi quantificada, indicando uma redução nesse parâmetro à medida em que se atrasa o fechamento das válvulas. A condição de fechamento mais atrasado se mostrou crítica, em razão de sua baixa tolerância à detonação, o que foi contornado com a utilização do EGR externo. Por outro lado, a condição de fechamento mais antecipado apresentou temperaturas máximas 14% mais baixas, com umaconsequentereduçãodasemissõesde NO.Porfim,acondiçãocomoenquadramento de válvulas padrão também apresentou o menor consumo específico indicado e a maior potência indicada, ambos aproximadamente 2% superiores à condição de operação com maior atraso das válvulas. Dessa forma, os dados obtidos mostraram que a recirculação dos gases de exaustão proporcionam os melhores resultados em termos de desempenho e controle de detonação
Abstract: The internal combustion engines have become increasingly compact, tending to work underhighloads,whichincreasesthedemandforthecombineduseofdifferenttechnologies, such as VVT systems and EGR, mainly for knock control. Therefore, in this work the influence of the intake valves opening and closing times and the benefits of using external exhaust gas recirculation in a naturally aspirated three-cylinder internal combustion engine of twelve valves, with a volumetric compression ratio of 15:1, and a PFI system were studied. Using computational fluids dynamics, the air flow, fuel injection (E27) and spray, the process of mixture formation, and the combustion were completely characterized. Initially, an operating condition at an engine speed of 2500rpm, 4.0bar, and a 30 ABDCintakevalveclosing,correspondingtobaselineenginecondition,wassimulatedand validated by comparison with experimental data, giving credibility to the results and to the numerical methodology developed. Four operating conditions at a speed of 2500rpm and 4.36bar were then simulated, each of them using the strategy of late intake valves closing times (LIVC), corresponding to 30, 40, 50, and 70 ABDC. In addition, the operating condition at a speed of 2500rpm, 4.35bar, and LIVC 70 was also evaluated numerically using external exhaust gas recirculation, allowing a comparison of the performance achieved in this condition with the other analysis without using the external EGR. By means of the simulations, the internal recirculation of the exhaust gases was quantitatively evaluated, obtaining the maximum percentage of internal EGR correspondent to 16.11% for the condition of greater valve overlapping and 6.38% for the LIVC 70 condition. The influence of VVT on knock tolerance (KT) was also evaluated, indicating an increase for this parameter using the baseline condition, in which the valve overlapping is more significant, and a reduction of knock tolerance when reducing valve overlapping. The LIVC 70 condition was critical due to its low knock tolerance, which was overcome by using external EGR. On the other hand, the most late intake valve closing condition showed a 14% lower maximum temperature, with a consequent reduction in NO emissions. Finally, the baseline condition also presented the lowest indicated specific fuel consumption and the highest indicated power, both approximately 2% higher than the most late intake valve closing condition. Thus, the numerical data showed that the recirculationofexhaustgasesprovidesthebestresultsintermsofperformanceandknock control
Subject: Motores de combustão interna
Detonação
Engenharia mecânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B8WHK4
Issue Date: 20-Jul-2018
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
dissertacao_fabio_radicchi_final_27ago18.pdf19.75 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.