Projeto, construção e caracterização do desempenho de um motor de combustão interna provido de um sistema de ignição por lança chamas de carga estratificada

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2014
Autor(a) principal: Fernando Antonio Rodrigues Filho
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1843/BUOS-9UQRBN
Resumo: Vehicular emissions significantly increase the atmospheric air pollution and the green house gases (GHG). This fact associated with the fast global vehicle fleet growth calls for prompt scientific community technological solutions in order to promote a significant vehicle fuel consumption and emission reduction, especially of fossil fuels to comply with future legislation. To meet this goal, a prototype stratified torch ignition engine was created from a commercial existing engine. In this system, the combustion starts in a prechamber, where the pressure increase pushes the combustion jet flames through the calibrated nozzles to be precisely targeted into the main chamber. Those combustion jet flames are endowed with high thermal and kinetic energy being able to promote a stable lean combustion process. The high kinetic and thermal energy of the combustion jet flame results from the load stratification. This is carried out through the direct fuel injection in the pre-chamber by means of a prototype gasoline direct injector (GDI) developed for very low fuel flow rate. During the compression stroke, lean mixture coming from the main chamber is forced into the pre-chamber and, few degrees before the spark timing, fuel is injected in the pre-chamber aiming at forming a slightly rich mixture cloud around the spark plug which is suitable for the ignition and kernel development. The performance of the torch ignition engine running with E25, for different mixture stratification levels, engine speed and load are presented. An analyses of specific fuel consumption, thermal and combustion efficiency, specific emissions of CO, CO2, NOx and THC and the main combustion parameters are carefully carried out. The results obtained in this work show significant increase on the torch ignition engine performance in comparison with the baseline engine used as workhorse for the prototype engine construction. It was obtained a percentage average increase of 6.55% for the specific fuel consumption and of 7.10% for thermal efficiency. For specific emissions was observed a percentage reduction of 8.21% for CO2, 71.58% for CO and 49.51% for NOx.
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The high kinetic and thermal energy of the combustion jet flame results from the load stratification. This is carried out through the direct fuel injection in the pre-chamber by means of a prototype gasoline direct injector (GDI) developed for very low fuel flow rate. During the compression stroke, lean mixture coming from the main chamber is forced into the pre-chamber and, few degrees before the spark timing, fuel is injected in the pre-chamber aiming at forming a slightly rich mixture cloud around the spark plug which is suitable for the ignition and kernel development. The performance of the torch ignition engine running with E25, for different mixture stratification levels, engine speed and load are presented. An analyses of specific fuel consumption, thermal and combustion efficiency, specific emissions of CO, CO2, NOx and THC and the main combustion parameters are carefully carried out. The results obtained in this work show significant increase on the torch ignition engine performance in comparison with the baseline engine used as workhorse for the prototype engine construction. It was obtained a percentage average increase of 6.55% for the specific fuel consumption and of 7.10% for thermal efficiency. For specific emissions was observed a percentage reduction of 8.21% for CO2, 71.58% for CO and 49.51% for NOx.Universidade Federal de Minas GeraisAutomóveis igniçãoMotores de combustão elétricaVelas de inigçãoMotores de combustão internaAutomóveis IgniçãoEngenharia mecânicaVelas de igniçãoProjeto, construção e caracterização do desempenho de um motor de combustão interna provido de um sistema de ignição por lança chamas de carga estratificadainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisFernando Antonio Rodrigues Filhoinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGRamon Molina ValleJose Guilherme Coelho BaetaAs emissões veiculares contribuem de forma significativa para o agravamento da poluição atmosférica e do efeito estufa. Este fato associado ao rápido crescimento da frota veicular mundial demanda da comunidade científica soluções tecnológicas que promovam uma redução do consumo de combustíveis, sobretudo de origem fóssil, e dos níveis de emissões dos motores de combustão interna. Para atender a esse objetivo, foi desenvolvido um protótipo de motor dotado de ignição por lança chamas com carga estratificada. Neste sistema a combustão tem seu início em uma pré-câmara de combustão onde o aumento da pressão promove a formação de jatos de gases em combustão, que são expelidos em direção à câmara principal através de orifícios de interconexão. Estes jatos são dotados de elevada energia térmica e cinética e conferem ao sistema de ignição por lança chamas a capacidade de promover a combustão estável de misturas pobres. A elevada energia térmica e cinética dos gases em combustão provenientes da pré-câmara decorrem da estratificação da carga. Esta é realizada pela injeção de combustível na pré-câmara de combustão por um eletroinjetor de injeção direta. Durante o tempo de compressão, mistura pobre proveniente da câmara principal é admitida na pré-câmara e alguns graus antes do centelhamento da vela, localizada na pré-câmara, combustível é injetado na mesma visando a formação de uma mistura ligeiramente rica e, portanto adequada a ignição por centelha elétrica. É apresentado o desempenho do protótipo de ignição por lança chamas de carga estratificada operando com E25, para diferentes níveis de estratificação da mistura e para várias cargas e rotações do motor. Uma análise quanto ao consumo específico de combustível, eficiência térmica, eficiência da combustão, emissões específicas de CO, CO2, NOx e THC e dos principais parâmetros de combustão é realizada. Os resultados obtidos neste trabalho mostram ganhos significativos nos parâmetros de desempenho analisados do motor dotado de ignição por lança chamas em relação ao motor original usado como plataforma para sua construção. Foram obtidos aumentos percentuais médios de 6,55% para consumo específico de combustível e 7,10% para eficiência térmica. Para as emissões específicas constatou-se uma redução média percentual de 8,21% para CO2, 71,58% para CO e 49,51% para NOx.UFMGORIGINALtese_n__131.pdfapplication/pdf7104485https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/4b51841d-3573-4585-bb17-75bdee59d764/download7805d4f407afc3e8388d8b661837001cMD51trueAnonymousREADTEXTtese_n__131.pdf.txttext/plain370399https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/0e53d4ce-1e9a-4c62-9219-a9c96e230a02/download7614430eb4bc427c675f394de7a8ab96MD52falseAnonymousREAD1843/BUOS-9UQRBN2025-09-08 21:06:52.537open.accessoai:repositorio.ufmg.br:1843/BUOS-9UQRBNhttps://repositorio.ufmg.br/Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2025-09-09T00:06:52Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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