Modelagem de motor de combustão internae simulação do processo de queima de combustível

Abstract

The internal combustion engine is a heat engine widely used in the automotive industry. In order to better understand its behavior many models in the literature have been proposed in the last years. The 0-D thermodynamic model is a fairly simple tool but it is very useful to understand the phenomenon of combustion inside the chamber of internal combustion engines. In the first phase of this work, an extensive literature review was made in order to get information about this kind of analysis and, after this, apply them in a model able to calculate the instantaneous temperature and pressure in one zone of the combustion chamber of a diesel engine. Therefore some considerations were made with the aim of increasing the accuracy of the model in predicting the correct behavior of the engine, adding the combined effects of heat transfer, leakage and injection. In the second phase, the goal was to study the internal flow of a three-dimensional model of an internal combustion engine. In order to achieve this goal the software Solidworks was used to create the geometries of an engine and the suite of softwares Ansys was used to create the moving mesh (ICEM CFD and CFX-Pre) and to solve the CFD problem (Ansys CFX code). The model was able to perform the air flow simulation during the four-stroke cycle of an engine: admission, compression, expansion and exhaust. The results obtained from both models were suitable and they open a new range of possibilities for future researches on the field

O motor de combustão interna é uma máquina térmica largamente utilizada na indústria automobilística. De modo a entender melhor o seu funcionamento, vários modelos na literatura têm sido propostos nos últimos anos. A modelagem termodinâmica 0-D é uma ferramenta relativamente simples, mas bastante útil para o entendimento do fenômeno da combustão no interior da câmara de motores de combustão interna. Na primeira etapa do presente trabalho, uma extensa revisão bibliográfica foi realizada com o intuito de se obter informações sobre esse tipo de análise e, posteriormente, aplicá-la em um modelo capaz de calcular a temperatura e pressão instantâneas em uma zona da câmara de combustão de um motor Diesel. Para isso, algumas considerações foram feitas com o objetivo de se melhorar a precisão do modelo em prever o correto funcionamento do motor, como a inclusão dos efeitos combinados da transferência de calor, vazamento e injeção. Na segunda etapa deste trabalho, buscou-se estudar o escoamento dentro do cilindro no qual ocorre a combustão da mistura ar-combustível de um modelo 3D de um motor Diesel. De modo a atingir este objetivo, o software Solidworks foi utilizado para criação das geometrias do motor e a suíte de programas Ansys para a geração da malha móvel (ICEM CFD e CFX-Pre) e solução do problema de fluido-dinâmica computacional (código CFD do Ansys CFX). O modelo foi capaz de realizar a simulação do escoamento do ar durante todos os quatro tempos de funcionamento do motor: admissão, compressão, expansão e exaustão. Os resultados obtidos de ambos os modelos foram satisfatórios e abrem uma nova gama de possibilidades para pesquisas futuras na área