Analysis of internal combustion engines towards the improvement of its efficiency

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Tiago João Silva Sousa Azevedo
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/30618
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica
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spelling Analysis of internal combustion engines towards the improvement of its efficiencyAnálise de motores de combustão interna para a melhoria da sua eficiência621.43Engenharia e Tecnologia::Engenharia MecânicaDissertação de mestrado integrado em Engenharia MecânicaThis work discusses ways for internal combustion engine efficiency improvement using unconventional technologies and mechanisms. A low consumption engine developed to participate in the Eco-Marathon Shell contest was used as a basis for this study. The first part of this work details the steps of the design and thermodynamic analysis of a high efficient internal combustion engine, with special emphasis on the crankshaft system. The second part analyses the inlet port to enhance production of turbulence by swirl, creating high combustion speeds. To perform this task the use of two software programs was required, SolidWorks, and CONVERGE. The modelling tests included normal engine cycle operation, performing all 4 strokes. An unconventional crankshaft was studied to improve combustion efficiency. The main goal was to generate constant volume combustion to increase combustion efficiency and eliminate negative work done over the piston before top dead centre. CONVERGE, which includes the combustion model SAGE, was used to determinate the heat release rate during constant volume combustion. The purpose of the third part of this work was to calculate the potential for heat recovery of the combustion chamber and exhaust valve walls in order to run the engine as “quasi-adiabatic”, by using a direct water injection added (to cool down the wall surface) after the end of combustion. Finally, all the results of the features were analysed, presented, illustrated and compared using the engine cycle P-V diagram, which clearly shows the overall amount of work produced by the thermodynamic cycle performed with the internal combustion engine. Although more work and study has to be done in order to quantify all the variables involved to produce the most efficient cycle, it is expected that the thermal efficiency might reach values close to 50%.Este trabalho discute formas de melhorar a eficiência de motores de combustão interna, utilizando tecnologias e mecanismos não convencionais. Um motor de baixo consumo desenvolvido para participar na competição Eco-Marathon Shell foi utilizado como base para o presente estudo. A primeira parte deste trabalho detalha as etapas de projeto e análise termodinâmica de um motor de combustão interna de alta eficiência, com especial destaque para a sua cambota. A segunda parte analisa a conduta de admissão para aumentar a produção de turbulência por swirl, criando velocidades de combustão elevadas. Para executar esta tarefa foi necessário o uso de dois programas de software, SolidWorks, e CONVERGE. As simulações incluem a operação normal do ciclo do motor, realizando os 4 tempos. Uma cambota não convencional foi estudada para melhorar a eficiência da combustão. O objetivo principal foi gerar combustão a volume constante para aumentar a eficiência de combustão e eliminar o trabalho negativo feito sobre o pistão antes do ponto morto superior. O CONVERGE, que inclui o modelo de combustão SAGE, foi usado para determinar a taxa de libertação de calor durante a combustão a volume constante. O objetivo da terceira parte deste trabalho foi calcular o potencial de recuperação de calor das paredes da câmara de combustão e válvulas de escape para um funcionamento do motor como "quase-adiabático", usando injeção direta de água (para arrefecer o superfície de parede), após o final da combustão. Por fim, todos os resultados foram analisados, apresentados e comparados através do diagrama P-V do ciclo do motor, mostrando o montante global do trabalho produzido pelo ciclo termodinâmico realizado pelo motor. Mais estudo e trabalho tem de ser feito de modo a quantificar todas as variáveis envolvidas para produzir o ciclo mais eficiente, no entanto é esperado que a eficiência térmica possa atingir valores próximos de 50%.Martins, JorgeBrito, Francisco Carrusca PimentaUniversidade do MinhoCosta, Tiago João Silva Sousa Azevedo20142014-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/30618eng201190338info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:09:57Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/30618Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:01:28.450987Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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