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Orientador(es)
Resumo(s)
Internal combustion engines (ICEs) perform an important role in today’s society and will keep
doing so in the foreseeable future. Even with all the technological development regarding electric motors, there is still a long way to go before they can substitute ICEs, if they ever do. It is
therefore important that the development of ICEs continues, otherwise, the potential further
advantages that ICEs can offer will not be realized.
This dissertation was done to assess the possibility of designing and fabricating a two-stroke
engine cylinder and cylinder head in the university. This work will then consist of a conceptual
project regarding the design and fabrication of a piston-ported two-stroke SI engine cylinder and
cylinder head. As engines typically have some sort of name/reference, the prototype designed
was named “Murphy 1.0”.
Firstly, a theoretical study about internal combustion engines, more specifically two-strokes SI
engines, was done and then with the information gathered, a prototype was drawn in CATIA V5.
To fabricate the “Murphy 1.0” prototype it was established a fabrication process that can be
achieved at the university to obtain cast-pieces with considerable accuracy and detail. All the
practical components necessary for the fabrication and for the start up of the engine were also
made at the university and will be presented throughout this document.
Several adversities were faced in the experimental component and the major ones will be presented in this document. For instance, the design was made idealizing the usage of a carburetor
and a CDI ignition system for small engines but due to experimental problems, both had to be
changed. It was then done the wiring harness to an ECU (Microsquirt V2) and afterward, the
required sensors/actuators were installed to both the ECU and to the engine to permit the electronical control of the ignition and fuel injection.
Unfortunately, it was not possible to get “Murphy 1.0” to start up. The possible reasons for
such will be presented and explained in the final chapters but the reason that was most likely
impeding the prototype from working was the lack of compression in the cylinder. This lack of
compression was prevenient from a leak in the cylinder head gasket. Due to the deadline set
for this dissertation, it was not possible to find a solution to fix this in time. The attempts made
to solve this problem in the available time will also be explained at the end of this document.
Without first solving the problem regarding compression, the methodology followed to design
the ports cannot be properly assessed. It was therefore not conclusive if the designed engine
could or could not work. Throughout this document, all the choices and steps made will be
explained, not only regarding the engine design but also the fabrication methods used so that a
replication, or an adaption, of this work can be made.
Motores de combustão interna (ICEs, Internal combustion engines) desempenham um papel importante na sociedade atual e vão continuar a fazê-lo pelo futuro próximo. Mesmo com todos os desenvolvimentos e progressos que têm sido feitos em motores elétricos, ainda falta percorrer um longo caminho até que estes consigam substituir o papel dos ICEs, se é que o farão. É então desta forma importante continuar o desenvolvimento de ICEs, caso contrário, poderá não se descobrir vantagens adicionais que os ICEs ainda tenham para oferecer. Esta dissertação foi feita com intuito de avaliar a possibilidade de fazer o design e fabricar um cilindro e uma cabeça de cilindro para um motor a dois tempos na universidade. Este trabalho vai então consistir num projecto conceptual sobre o design e a fabricação de um cilindro e uma cabeça para um motor a dois tempos controlado pelo pistão (Piston-ported) e acendido a faísca. Como os motores normalmente têm algum tipo de nome/referência, o protótipo desenhado e fabricado foi chamado de “Murphy 1.0”. Primeiramente, foi feito um estudo teórico sobre motores de combustão interna, mais especificamente sobre motores a dois tempos acendidos por faísca, e com a informação reunida o protótipo foi desenhado em CATIA V5. Para fabricar o “Murphy 1.0” foi estabelecido um processo de fabrico que consegue ser reproduzido na universidade para obter peças de fundição com precisão e detalhe considerável. A maioria dos componentes práticos necessários para a fabricação e para o funcionamento do motor também foram fabricados na universidade e vão ser apresentados ao longo deste documento. Foram enfrentados vários problemas durante a componente experimental desta tese e os maiores irão ser apresentados ao longo deste documento. Um exemplo destes problemas foi o facto de que o motor foi idealizado e desenhado para funcionar com um carburador e um pequeno sistema de igniçao por descarga capacitiva (CDI, capacitator discharge ignition) mas devido a problemas que ocorreram, ambos tiveram que ser substituídos. Foi então feita a cablagem e a instalação de uma centralina (Microsquirt V2) com os sensores/atuadores necessários para permitir o controlo da ignição e injeção do combustível eletronicamente. Infelizmente, não foi possível conseguir que o “Murphy 1.0” ligasse. As possíveis razões para tal vão ser apresentadas e explicadas nos capítulos finais mas a razão que estava a impedir com certeza o funcionamento do protótipo era a falta de compressão no cilindro. Esta baixa compressão era proveniente de fugas na junta da cabeça com o cilindro. Devido ao prazo de entrega definido para esta dissertação, não foi possível encontrar uma solução para este problema a tempo. As tentativas feitas para tal, vão ser explicadas também no fim deste documento. Sem primeiro resolver o problema relativo à compressão, a metodologia seguida para dimensionar as janelas (ports) não pode ser avaliada adequadamente. Foi desta forma inconclusivo se o motor iria funcionar caso o problema da compressão não persistisse. Ao longo deste documento, todas as escolhas não só relativamente ao design mas também ao processo de fabrico usado, serão explicadas para permitir uma replicação do trabalho atual ou uma adaptação.
Motores de combustão interna (ICEs, Internal combustion engines) desempenham um papel importante na sociedade atual e vão continuar a fazê-lo pelo futuro próximo. Mesmo com todos os desenvolvimentos e progressos que têm sido feitos em motores elétricos, ainda falta percorrer um longo caminho até que estes consigam substituir o papel dos ICEs, se é que o farão. É então desta forma importante continuar o desenvolvimento de ICEs, caso contrário, poderá não se descobrir vantagens adicionais que os ICEs ainda tenham para oferecer. Esta dissertação foi feita com intuito de avaliar a possibilidade de fazer o design e fabricar um cilindro e uma cabeça de cilindro para um motor a dois tempos na universidade. Este trabalho vai então consistir num projecto conceptual sobre o design e a fabricação de um cilindro e uma cabeça para um motor a dois tempos controlado pelo pistão (Piston-ported) e acendido a faísca. Como os motores normalmente têm algum tipo de nome/referência, o protótipo desenhado e fabricado foi chamado de “Murphy 1.0”. Primeiramente, foi feito um estudo teórico sobre motores de combustão interna, mais especificamente sobre motores a dois tempos acendidos por faísca, e com a informação reunida o protótipo foi desenhado em CATIA V5. Para fabricar o “Murphy 1.0” foi estabelecido um processo de fabrico que consegue ser reproduzido na universidade para obter peças de fundição com precisão e detalhe considerável. A maioria dos componentes práticos necessários para a fabricação e para o funcionamento do motor também foram fabricados na universidade e vão ser apresentados ao longo deste documento. Foram enfrentados vários problemas durante a componente experimental desta tese e os maiores irão ser apresentados ao longo deste documento. Um exemplo destes problemas foi o facto de que o motor foi idealizado e desenhado para funcionar com um carburador e um pequeno sistema de igniçao por descarga capacitiva (CDI, capacitator discharge ignition) mas devido a problemas que ocorreram, ambos tiveram que ser substituídos. Foi então feita a cablagem e a instalação de uma centralina (Microsquirt V2) com os sensores/atuadores necessários para permitir o controlo da ignição e injeção do combustível eletronicamente. Infelizmente, não foi possível conseguir que o “Murphy 1.0” ligasse. As possíveis razões para tal vão ser apresentadas e explicadas nos capítulos finais mas a razão que estava a impedir com certeza o funcionamento do protótipo era a falta de compressão no cilindro. Esta baixa compressão era proveniente de fugas na junta da cabeça com o cilindro. Devido ao prazo de entrega definido para esta dissertação, não foi possível encontrar uma solução para este problema a tempo. As tentativas feitas para tal, vão ser explicadas também no fim deste documento. Sem primeiro resolver o problema relativo à compressão, a metodologia seguida para dimensionar as janelas (ports) não pode ser avaliada adequadamente. Foi desta forma inconclusivo se o motor iria funcionar caso o problema da compressão não persistisse. Ao longo deste documento, todas as escolhas não só relativamente ao design mas também ao processo de fabrico usado, serão explicadas para permitir uma replicação do trabalho atual ou uma adaptação.
Descrição
Palavras-chave
Centralina Design Fabricação Fundição. Ignição Por Faísca Motor Dois Tempos Motores de Combustão Interna