Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.6/4454
Título: Desenvolvimento de um motor alternativo de combustão interna de pistões opostos
Autor: Gregório, Jorge Manuel Pereira
Orientador: Brójo, Francisco Miguel Ribeiro Proença
Palavras-chave: Motores de combustão interna - Avaliação do desempenho
Motores de pistões opostos - Avaliação do desempenho
Data de Defesa: Mar-2017
Resumo: Os motores de pistões opostos (Opposed-piston engines (OPE)) caracterizam-se por terem um par de pistões a operar face a face em sentidos opostos num único cilindro, eliminando dessa forma a necessidade das cabeças dos cilindros. O propósito deste projeto consistiu em desenvolver um motor OP de baixo custo de 4 tempos a gasolina a partir da união de dois motores alternativos de combustão interna monocilíndricos com válvulas laterais no bloco da marca Robin America, Inc. Modelo EY15, aos quais se removeu a cabeça do motor. A união dos dois blocos de motor permitiu a construção de um novo motor de pistões opostos (OPE) de duas cambotas tal como se pretendia. Neste motor a câmara de combustão fica confinada ao espaço no interior do cilindro entre as cabeças dos pistões e a câmara existente entre as válvulas. Os pistões deslocam-se segundo o eixo do cilindro em sentidos opostos, característica evidenciada pelos motores de pistões opostos. Após a construção do motor mediram-se num banco de ensaios dinamométrico de correntes de Eddy os parâmetros característicos do OPE tais como: a velocidade de rotação, binário, consumo de combustível e emissões. Com os dados recolhidos foi possível calcular a potência, consumo específico e rendimento global o que permitiu concluir que o motor com a configuração de pistões opostos é mais económico e mais potente, embora apresente tal como o motor original problemas com as emissões. A par da montagem do motor de pistões opostos estudou-se o comportamento do escoamento no interior do cilindro e condutas de admissão e de escape. Para esse efeito criou-se um modelo numérico do motor recorrendo ao programa informático CAD CATIA V5, com a correspondente decomposição no ANSYS DESIGN MODELER. A simulação numérica do motor fez-se em cold flow, no programa informático ANSYS R15 – FLUENT, o que permitiu fazer a análise numérica do escoamento de fluidos no interior do motor e estudar a evolução dos parâmetros mais importantes de funcionamento em função da velocidade de rotação, com particular destaque o enchimento dos cilindros e o estudo da turbulência com particular incidência na variação da energia cinética turbulenta, do swirl, do tumble e do squish. A simulação numérica também permitiu a análise do enchimento dos cilindros através do cálculo da eficiência volumétrica. Os resultados da análise do enchimento dos cilindros foram comparados com os valores do binário obtido durante a realização dos ensaios experimentais, para as mesmas velocidades de rotação. O desenvolvimento do motor de pistões opostos deste projeto permitiu constatar que é viável a construção de um motor a partir de outro já existente reduzindo desta maneira o seu custo de fabrico e desenvolvimento. Além disso, consegue-se uma maior potência, um menor consumo específico e menos vibrações.
Opposed-piston engines (OPE) are characterized by a pair of pistons operating side by side in opposite directions in a single cylinder, thus eliminating the need for the cylinder heads. The purpose of this project was to develop a low-cost OP engine, 4-stroke gasoline by joining two single-cylinder reciprocating internal combustion engines with side valves on the block of the brand Robin America, Inc., Model EY15, without their cylinder heads. Joining these two engine blocks together made possible to build an opposed-piston engine (OPE) with two crankshafts as planned. In this new engine, the combustion chamber is confined to the space inside the cylinder between the piston heads and the chamber between the valves. The pistons move in the cylinder axis in opposite directions, a feature typical of opposed-piston engines. After building the engine, parameters characteristic of the OPE were measured on an Eddy currents dynamometer, such as: rotational speed, torque, fuel consumption and emissions. With the collected data, power, specific consumption and overall efficiency were calculated, allowing to conclude that the motor with the opposed-piston configuration is less expensive and is more powerful although, just like in the original engine, there are problems with emissions. While building the opposed-piston engine, the behaviour of the flow inside the cylinder and intake and exhaust ports were studied. A computer model of the engine was created for this purpose using CATIA V5 CAD Software, with the corresponding deconstruction on ANSYS DESIGN MODELER. The numerical simulation of the engine was carried out in cold flow using the ANSYS R15-FLUENT software, which was used to analyse the fluid flow inside the engine and to study the evolution of the primary parameters of the way the motor works in relation to the rotational speed, especially the filling of cylinders and the study of turbulence with a particular focus on the variation of turbulent kinetic energy, swirl, tumble and squish. The numerical simulation was also used to analyse the filling of cylinders through the calculation of volumetric efficiency. The results of the cylinders filling were compared with torque values obtained during experimental runs for the same rotational speeds. The development of the opposed-piston engine in this project has shown that it is feasible to build one engine from a different one another to reduce the manufacturing and development costs. In addition, higher power can be obtained with better specific fuel consumption and and less vibration.
URI: http://hdl.handle.net/10400.6/4454
Designação: Doutor em Engenharia Aeronáutica
Aparece nas colecções:FE - DCA | Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento

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