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Resumo(s)
Climate change represents an escalating global crisis, with environmental, social, and economic consequences that are reshaping societies worldwide. The transportation sector bears a substantial share of responsibility for global greenhouse gas emissions. In this context, advancements in engine design and the development of advanced control systems have contributed to improved performance and efficiency.
Despite significant progress in the electrification of transport, internal combustion engine (ICE) development continues to receive considerable investment due to its broad applicability and existing infrastructure. A key challenge in ICEs, particularly reciprocating engines, is the mitigation of torque irregularities caused by the intermittent nature of the combustion process. Addressing this issue through mechanical actuators presents a technically demanding yet promising solution, with potential to overcome limitations of alternative technologies and unlock new engineering developments.
This research analyses instantaneous torque irregularities in reciprocating ICEs during their operating cycles and the associated speed fluctuations. It identifies the underlying causes and evaluates their impact on overall engine torque and rotational speed. Based on this analysis, a mechanical actuator composed of a plate cam and a compression spring is designed and optimised. The actuator stores and releases mechanical energy to generate a counteracting torque equal in magnitude and opposite in direction to the engine’s output. This counter-phase torque minimizes torque fluctuations and significantly reduces speed variations, improving engine performance without increasing drivetrain inertia.
The study proposes a purely mechanical solution to attenuate torque variations, contributing to more efficient and environmentally sustainable engines. Practical validation of the actuator will confirm its applicability and performance impact.
Nos dias que correm, as alterações climáticas representam uma crise crescente, cujos impactos ambientais, sociais e económicos provocam transformações na sociedade a nível global. No setor dos transportes recai grande parte da responsabilidade pelas emissões globais de gases com efeito de estufa. Neste contexto, a evolução no design de motores e o desenvolvimento de sistemas avançados de controlo têm contribuído para a melhoria do desempenho e da eficiência destes equipamentos. Apesar dos avanços significativos nos sistemas elétricos aplicados ao setor dos transportes, o desenvolvimento de motores de combustão interna continua a receber investimentos relevantes, dada a sua ampla aplicabilidade e a infraestrutura já instalada. A atenuação das irregularidades de binário provocadas pela natureza intermitente da combustão em motores alternativos, através de atuadores mecânicos, constitui uma solução tecnicamente desafiante, com potencial para colmatar limitações de outras tecnologias e permitir o avanço de soluções atualmente estagnadas. Neste enquadramento, a presente investigação tem como objetivo observar as irregularidades do binário instantâneo em motores alternativos de combustão interna durante os ciclos de funcionamento, bem como as variações de velocidade associadas. Pretende-se identificar as causas das flutuações de binário, analisando o seu impacto no binário global e na velocidade de rotação do motor. Com base nesta análise, projeta-se um atuador mecânico constituído por uma came e uma mola de compressão, capaz de armazenar e libertar energia de forma a gerar um binário oposto e de igual magnitude ao binário de saída do motor. Este binário contrafásico visa minimizar as flutuações de binário e reduzir significativamente as variações de velocidade, melhorando o funcionamento do motor sem aumentar a inércia do conjunto motriz. A investigação propõe uma solução puramente mecânica para atenuar as variações instantâneas de binário, com vista a motores mais eficientes e sustentáveis. A validação prática dos atuadores permitirá confirmar a sua aplicabilidade e impacto no desempenho.
Nos dias que correm, as alterações climáticas representam uma crise crescente, cujos impactos ambientais, sociais e económicos provocam transformações na sociedade a nível global. No setor dos transportes recai grande parte da responsabilidade pelas emissões globais de gases com efeito de estufa. Neste contexto, a evolução no design de motores e o desenvolvimento de sistemas avançados de controlo têm contribuído para a melhoria do desempenho e da eficiência destes equipamentos. Apesar dos avanços significativos nos sistemas elétricos aplicados ao setor dos transportes, o desenvolvimento de motores de combustão interna continua a receber investimentos relevantes, dada a sua ampla aplicabilidade e a infraestrutura já instalada. A atenuação das irregularidades de binário provocadas pela natureza intermitente da combustão em motores alternativos, através de atuadores mecânicos, constitui uma solução tecnicamente desafiante, com potencial para colmatar limitações de outras tecnologias e permitir o avanço de soluções atualmente estagnadas. Neste enquadramento, a presente investigação tem como objetivo observar as irregularidades do binário instantâneo em motores alternativos de combustão interna durante os ciclos de funcionamento, bem como as variações de velocidade associadas. Pretende-se identificar as causas das flutuações de binário, analisando o seu impacto no binário global e na velocidade de rotação do motor. Com base nesta análise, projeta-se um atuador mecânico constituído por uma came e uma mola de compressão, capaz de armazenar e libertar energia de forma a gerar um binário oposto e de igual magnitude ao binário de saída do motor. Este binário contrafásico visa minimizar as flutuações de binário e reduzir significativamente as variações de velocidade, melhorando o funcionamento do motor sem aumentar a inércia do conjunto motriz. A investigação propõe uma solução puramente mecânica para atenuar as variações instantâneas de binário, com vista a motores mais eficientes e sustentáveis. A validação prática dos atuadores permitirá confirmar a sua aplicabilidade e impacto no desempenho.
Descrição
Palavras-chave
Motores alternativos Flutuação de binário Variação de velocidade Mecanismo de came de compensação Perfil da came Mola de compressão Validação experimental Alternative Engines Torque fluctuation Velocity variation Balancing cam mechanism Cam profile Compression Spring Experimental validation