Estudo experimental do desempenho de um sistema de ignição com pré-câmara por jatos turbulentos em um motor monocilíndrico de pesquisa operando com etanol

dc.creatorLucas Guimarães Fonseca
dc.date.accessioned2024-09-02T15:39:36Z
dc.date.accessioned2025-09-09T01:08:47Z
dc.date.available2024-09-02T15:39:36Z
dc.date.issued2023-12-15
dc.description.abstractThe use of fossil fuels as energy sources contributes for the emission of greenhouse gases on atmosphere, such as carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) e nitrogen oxides (NOX). These gases impact on climate and environment has motivated the implementation of agreements and regulations that seek to reduce these emissions. Many of these legislations are aimed at the automotive sector, which is responsible for a sizable proportion of it. The studies performed in this context point to renewable fuels, such as ethanol, as a great potential solution to reduce emissions and improve efficiencies in internal combustion engines. Another potential technology is the pre-chamber ignition system. This technology uses a separated volume where the combustion is initiated and partially burned gaseous jets are introduced in the main chamber with high kinetic, thermal, and chemical energy, reducing ignition delay and combustion duration. Four passive pre-chamber geometries were designed with two intern volume values and two different orifice configurations. These geometries were produced with two different materials, stainless steel I304 and a copper, chrome, and zirconium alloy CuCr1Zr, totaling eight produced pre-chambers. These prechambers were installed on a 14:1 compression ratio single cylinder research engine operating with ethanol and tested for five different operational conditions. Engine dead volume variation due to the assembly of the prechambers was compensated, allowing a closer compression ratio in all tested conditions. Results show reduction of up to 75% in NOX emissions and a reduction of up to 62% on HC emissions, In addition to an improvement of up to 2% in fuel conversion efficiency. Furthermore, reductions of up to 15% on combustion duration were obtained on 19 of the 20 conditions tested, which improves the knock resistance of the engine. As a result, future improvements on fuel conversion efficiency can be achieved increasing the compression ratio. Results indicate that optimal prechamber geometry depends on engines operational condition.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.description.sponsorshipOutra Agência
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/75875
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectÁlcool
dc.subjectMotores
dc.subjectCombustão
dc.subjectEfeito estufa (Atmosfera) - Aspectos ambientais
dc.subjectCombustíveis fósseis - Aspectos ambientais
dc.subjectEnergia cinética
dc.subjectPoluentes
dc.subject.otherMotores de combustão interna
dc.subject.otherPré-câmara
dc.subject.otherEtanol
dc.subject.otherIgnição por jatos turbulentos
dc.subject.otherSpray
dc.titleEstudo experimental do desempenho de um sistema de ignição com pré-câmara por jatos turbulentos em um motor monocilíndrico de pesquisa operando com etanol
dc.title.alternativeExperimental study of the performance of a turbulent jet prechamber ignition system on a single cylinder research engine operating on ethanol
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Jose Guilherme Coelho Baeta
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8847961357506883
local.contributor.referee1Fernando Antonio Rodrigues Filho
local.contributor.referee1Rudolf Huebner
local.contributor.referee1Fabricio Jose Pacheco Pujatti
local.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/2453305059182540
local.description.resumoA utilização de fontes fósseis de energia contribui para a emissão de gases de efeito estufa na atmosfera, como dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOX). O impacto desses gases no clima e no meio ambiente tem motivado a implementação de diversos acordos e regulamentações que visam a redução dessas emissões. Muitas dessas legislações são direcionadas ao setor automotivo, que é responsável por considerável parte dessas emissões. Os estudos desenvolvidos nesse contexto apontam que a utilização de combustíveis renováveis, como o etanol, tem potencial de reduzir as emissões de poluentes e melhorar a eficiência em motores combustão interna. Outra tecnologia potencial é o sistema de ignição com pré-câmara. Essa tecnologia utiliza um volume separado onde a combustão é iniciada e jatos gasosos parcialmente queimados são introduzidos na câmara principal com elevada energia cinética, térmica e química, reduzindo tanto o atraso de ignição quanto o tempo de combustão. Foram projetadas quatro geometrias de pré-câmaras passivas com dois valores de volume interno e duas configurações de orifícios diferentes. Essas geometrias foram produzidas com dois materiais diferentes, aço inoxidável I304 e uma liga de cobre, cromo e zircônio (CuCr1Zr), totalizando oito pré-câmaras produzidas. Essas pré-câmaras foram instaladas em um motor monocilíndrico AVL 5495 com 14:1 de razão volumétrica de compressão operando com etanol hidratado e testadas em cinco condições de operação. Foi feita uma compensação da alteração do volume morto do motor gerada pela instalação das pré-câmaras, permitindo uma razão volumétrica de compressão próxima em todas as condições testadas. A análise dos resultados mostrou reduções nas emissões de NOX de até 75% e das emissões de HC de até 62%, além de melhoras na eficiência de conversão de combustível de até 2%. Foram obtidas reduções da duração da combustão de até 15% em 19 das 20 condições testadas, o que melhora a resistência do motor à detonação. Dessa forma, futuras melhorias da eficiência de conversão de combustível poderão ser alcançadas através do aumento da razão volumétrica de compressão. Os resultados indicam ainda que a geometria ótima de pré-câmara depende da condição de operação do motor.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica

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