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https://hdl.handle.net/1822/30618
Título: | Analysis of internal combustion engines towards the improvement of its efficiency |
Outro(s) título(s): | Análise de motores de combustão interna para a melhoria da sua eficiência |
Autor(es): | Costa, Tiago João Silva Sousa Azevedo |
Orientador(es): | Martins, Jorge Brito, Francisco Carrusca Pimenta |
Data: | 2014 |
Resumo(s): | This 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%. |
Tipo: | Dissertação de mestrado |
Descrição: | Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/30618 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | BUM - Dissertações de Mestrado ISISE - Dissertações de Mestrado |
Ficheiros deste registo:
Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Tese Mestrado Tiago Costa 2014.pdf | 4,02 MB | Adobe PDF | Ver/Abrir |