bachelorThesis
Simulação numérica e análise de um motor de quatro tempos a diesel turbo alimentado
Numerical simulation and analysis of a four-stroke engine turbo powered diesel
Registro en:
BEZERRA, Daniel Albuerne Diniz. Simulação numérica e análise de um motor de quatro tempos a diesel turbo alimentado. Orientador: Cleiton Rubens Formiga Barbosa Júnior. 2022. 61 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
Autor
Bezerra, Daniel Albuerne Diniz
Resumen
In this paper, a virtual model of a four-stroke spontaneous ignition internal
combustion engine based on the MIVEC 2.4L turbo diesel engine used in the Pajero Sport
HPE car was developed. In Diesel - RK software, the geometric parameters of a real
engine were used as input data, such as piston stroke, piston diameter, compression ratio,
number of cylinders and the compression ratio of the turbo-compressor, provided by the
manufacturer's catalogue. Therefore, it was possible to obtain an approximation of the
real parameters of the engine based on the regimes of maximum power, maximum torque,
idle speed and intermediate powers. Through these data, the first simulation was
performed for the maximum power regime following the instructions of a practical
exercise suggested by the software itself, resulting in a very divergente power value from
provided by manufacture. To reduce this difference, as recommended by the program,
changes were made to the geometric parameters of the valves and an optimization of the
combustion injection time to increase the combustion efficiency in the expansion time,
getting closer to the real model and increasing, this way, virtual engine power. After these
optimizations, the margin of error dropped dramatically, reaching a difference of only 4%
from the real engine, resulting in values consistent with Mitsubishi values. Changes were
carried out changes in all operating regimes, such as idling, intermediate power and
especially for maximum torque mode, which resulted in a difference of only 4.17% from
the real engine. Finally, with all the calculated regimes, the power, torque, average
effective pressure and specific fuel consumption curves were obtained, all as a function
of the respective RPM values for each operating regime. The final results obtained were
close to the real engine model, presenting the curves of the graphs in agreement with the
theory under study. The methodology applied for this production of the virtual engine
model is replicable and can be improved, providing for better results as long as wealth of
information provided by the manufacturer, which is sometimes confidential. The engine
performance simulation with software is important for a better understanding of its
operation, as well as for the application of improvements in relation to its performance,
in order to bringing cost savings due to it does not require a prototype study. Neste trabalho foi desenvolvido o modelo virtual de um motor de combustão
interna de ignição espontânea quatro tempos baseado no motor modelo MIVEC 2.4L
turbo diesel utilizado no automóvel Pajero Sport HPE. Por meio do software Diesel - RK,
utilizou-se como dados de entrada os parâmetros geométricos do motor, tais como curso
do pistão, diâmetro do pistão, taxa de compressão, número de cilindros e a relação de
compressão do turbo - compressor, disponibilizados pelo catálogo da própria fabricante.
Com isso, foi possível obter uma aproximação dos parâmetros reais do motor tomando
como base os regimes de potência máxima, torque máximo, marcha lenta e potências
intermediárias. Através desses dados foi realizado a primeira simulação para o regime de
potência máxima seguindo as instruções de um exercício prático sugerido pelo próprio
software resultando em um valor para potência muito abaixo do catálogo. Para reduzir
essa diferença, pela própria recomendação do programa, realizou-se alterações nos
parâmetros geométricos das válvulas e uma otimização do tempo de injeção de combustão
para aumentar a eficiência da queima no tempo de expansão, se aproximando mais do
modelo real e aumentando, dessa forma, a potência do motor virtual. Após essas
otimizações, a margem de erro caiu vertiginosamente atingindo uma diferença de apenas
4% do motor real, resultando em valores condizentes com a do catálogo. Diante disso,
buscou-se fazer essas alterações em todos os regimes de operações, como o de marcha
lenta, potências intermediárias e principalmente para o modo de torque máximo, o que
resultou em uma diferença de apenas 4,17% do motor real. Finalmente, de posse de todos
os regimes calculados, obteve-se as curvas de potência, torque, pressão média efetiva e a
do consumo específico de combustível, todas em função dos respectivos valores de RPM
para cada regime de operação. Os resultados finais obtidos apresentaram proximidade
com o modelo real do motor apresentando as curvas dos gráficos concordantes com a
teoria em estudo. A metodologia aplicada para essa produção do modelo virtual do motor
é replicável e pode ser aperfeiçoada, trazendo melhores resultados de acordo com a
riqueza de informações fornecidas pelo fabricante, que, por vezes, são sigilosas. A
simulação do desempenho de motores através do software é importante para o melhor
entendimento do seu funcionamento, assim como, para aplicação de melhorias em relação
a sua performance, além de trazer economia pelo fato de não precisar fabricar um
protótipo para estudar seu funcionamento.