Phenomenological simulation of diesel engines

Orientador: Waldyr Luiz Ribeiro GalloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Um modelo de simulação fenomenológico de motores Diesel foi desenvolvido. O modelo permite a simulação das fases aberta e fechada do ciclo. A combustão é modelada utilizando um modelo de liberação de energia finita. É levado em conta um modelo unidimensional para escoamento sobre as válvulas e um modelo para a transmissão de calor instantânea entre os gases e a parede do cilindro. Por se tratar de um modelo paramétrico, uma série de estudos pode ser feita no sentido de avaliar as influências dos diversos parâmetros sobre os valores finais de eficiência global do motor. As curvas características e as eficiências do motor correspondem aos resultados finais obtidos após o processo iterativo. Um motor é comparado quando simulado em duas situações: com e sem cruzamento de válvulas. Ao simular o caso base (sem cruzamento de válvulas) foi possível comparar a potência efetiva de eixo declarada pelo fabricante (49 kW) e constatar que a potência calculada pelo modelo foi de 51.3 kW indicando assim que as hipóteses adotadas foram bastante razoáveis. Além disso, o modelo forneceu valores para eficiência volumétrica, consumo específico e eficiência térmica condizentes com os valores usualmente encontrados nas referências bibliográficas. Constatou-se que ao gozar de um curto cruzamento de válvulas o motor teve seus parâmetros de eficiência aumentada em 3%, além de uma redução de 3.3% no consumo específico de combustível, valores esses quando comparados ao caso base. O algoritmo desenvolvido permitiu também analisar a influência do ponto de injeção na curva de pressão de combustão, a influência da rotação na curva de taxas mássicas na admissão/escape e a influência da quantidade de combustível injetada sobre as potências de atrito, efetiva e indicadaAbstract: A phenomenological simulation model of Diesel engine was developed. The model is able to simulate the open and closed phase of the cycle. The combustion process is modeled by using a finite heat release model. A one-dimensional model is applied for the flow through the valves and the instantaneous heat transfer between gases and cylinder wall. As the model is parameterized, a series of studies can be done to evaluate the influence of several parameters on the final values of the overall engine efficiency. Typical engine curves and the engine efficiencies are obtained as a result of the interactive process. An engine is compared when simulated in two situations: with and without valve overlapping. By simulating the baseline case (without valve overlapping) it was possible to compare the brake power informed by the engine manufacturer (49 kW) and that obtained by model was (51.3 kW), showing that the hypothesis adopted was reasonable. Furthermore, the model provides values for the volumetric efficiency, specific fuel consumption and thermal efficiency in agreement with values usually found in both the bibliographic references and manufacturer¿s data. It was found that when the engine operated with a short valve overlapping, the engine achieved 3% of improvement in the efficiency parameters and 3.3% of reduction in specific fuel consumption, these values are compared with the base case. The algorithm developed also allowed to analyze the influence of the injection start point in the combustion pressure curve, the influence of engine rotation in the mass rate in intake and exhaust process and the influence of equivalence ratio on the friction, effective and indicated powerMestradoTermica e FluidosMestre em Engenharia Mecânic