Metodologia numérica para caracterização da injeção de combustível e formação da mistura para desenvolvimento de motores de combustão interna

• Autor(a) principal: Felipe Grossi Lamas Amorim
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AAREDR
• topic: Injeção; CFD; Motores; Escoamento de ar; Etanol; EDI; Turbulência; Motores de combustão interna; Álcool; Ar Escoamento; Engenharia mecânica

O crescimento da frota mundial de automóveis gera o aumento das emissões de gases nocivos ao meio ambiente. Com isso, faz-se necessário buscar o melhor entendimento sobre o funcionamento dos motores de combustão interna (MCI), a fim de melhorar o seu rendimento. Um dos fatores que influenciam a eficiência de combustão dos motores é a injeção de combustível, que resulta na formação de mistura dentro do cilindro do motor e influencia diretamente a combustão. Este trabalho visa desenvolver uma metodologia geral na qual são feitas simulações computacionais tridimensionais utilizando o programa Star-cd e o módulo es-ice com o intuito de realizar uma caracterização numérica completa da injeção de combustível (etanol) e formação de mistura em um motor duas válvulas em fase de projeto. A metodologia consiste em duas etapas, sendo que na primeira apenas o spray de um injetor, instalado em uma câmara à pressão atmosférica, foi caracterizado numericamente e os resultados foram validados com dados experimentais. Na segunda etapa, os parâmetros e condições utilizados anteriormente e validados para o spray do injetor são inseridos como dados de entrada para uma simulação completa do motor objetivo, com análise de diferentes condições de injeção. Dessa maneira, a metodologia proposta neste trabalho permite estudar e prever o comportamento de parâmetros importantes da injeção de combustível em um motor quando o mesmo se encontra em fase de projeto, o que pode melhorar a eficiência do produto final. A metodologia proposta apresenta excelentes resultados para a primeira etapa, na qual houve diferença de apenas 0,2% entre resultados numéricos e experimentais, considerando-se assim validada a caracterização do spray em câmara atmosférica. Os resultados da segunda etapa mostram o comportamento da formação de mistura, para as condições analisadas, indicando perdas de combustível, evaporação incompleta, misturas muito pobres, locais de acúmulo de líquido, entre outros problemas difíceis de serem detectados experimentalmente, ressaltando a importância da metodologia numérica. A metodologia proposta mostrou também bons resultados para representar a recirculação do ar no interior do cilindro e na abertura das válvulas, sendo possível observar a relação entre parâmetros, como o tumble e o swirl, durante as fases de admissão e compressão. A partir destes resultados, obtidos para uma determinada condição de injeção do motor, é possível ajustar parâmetros do projeto e atualizar condições de contorno que levem a novas condições de injeção que acarretem maiores eficiências de combustão. Desta forma, o presente trabalho pode contribuir no projeto de motores mais eficientes, com menores índices de emissões e melhores desempenhos.