dc.creator | Santos, Igor Rodrigues dos | |
dc.date.accessioned | 2023-12-07T11:57:46Z | |
dc.date.available | 2023-12-07T11:57:46Z | |
dc.date.issued | 2023-11-08 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30808 | |
dc.description.abstract | The approval of vehicles with gasoline direct injection (GDI) engines, which new
emission and efficiency requirements, is a challenge. Ultra-high pressure direct
injection (UHPDI) in spark-ignition engines brings significant thermodynamic
advantages and is one of the possible solutions to overcome this challenge. Due to the
need to research the advantages of using this technology, the design, dimensioning,
and construction of a prototype of a single-cylinder research engine (SCRE) were
carried out. The SCRE was developed based on the Integrated Product Development
Process, which consists of four main phases: (1) informational design, (2) concept
design, (3) preliminary design, and (4) detailed design. During the informational design
phase, the identified requirements for the SCRE were converted into design
specifications. In the concept design phase, the engine framework concept was
defined, where the overall function was broken down into elementary functions within
the functional framework, resulting in the definition of three main modules: (1) power
unit, (2) cylinder block, (3) base block. From these, a configuration of 500 components
was specified, of which only 19% are manufactured, accelerating the development and
construction process. The main components were sized, including: (1) cylinder block,
(2) crankshaft, and (3) synchronization system. The cylinder block was sized for a peak
pressure of up to 200 bar. The crankshaft was sized for infinite fatigue life under the
M53 standard with a minimum acceptability factor of 1.15, with operational limits of
22.5 bar indicated mean effective pressure (IMEP) at 800 rpm and 30 bar IMEP at
4500 rpm. However, due to design parameter limitations, the maximum cylinder
pressure load for infinite fatigue life achieved was 150 bar. The synchronization system
was designed considering a valve command drive power of 0.37 kW, which, due to
geometric issues, required the sizing of a reduction box. A cost estimate showed that
the prototype construction required an amount of R$ 79,581.00, and its development
cost was R$ 234,400.00, totalling R$ 314,251.00. All engine components were
manufactured and reworked for assembly, installation, and instrumentation in a test
cell. A verification test was at 10 bar IMEP @ 2000 rpm, assessing the influence of
injection pressure on engine performance, demonstrating that the designed SCRE
meets the need for obtaining data for the research. As of the preparation of this
document, the engine has operated for over 36 hours. | eng |
dc.description.sponsorship | Fundação de Desenvolvimento a Pesquisa – FUNDEP | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Desenvolvimento de produto | por |
dc.subject | Virabrequim | por |
dc.subject | Injeção direta | por |
dc.subject | Motor de combustão interna | por |
dc.subject | Product development | eng |
dc.subject | Crankshaft | eng |
dc.subject | Direct injection | eng |
dc.subject | Internal combustion engine | eng |
dc.subject | Product development | eng |
dc.subject | Crankshaft | eng |
dc.subject | Direct injection | eng |
dc.subject | Internal combustion engine | eng |
dc.title | Projeto de motor monocilindro de pesquisas termodinâmicas | por |
dc.title.alternative | Single cylinder resarch engine design | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | A homologação dos veículos equipados com motores a gasolina de injeção de direta
(GDI), frente aos novos requisitos de emissões e eficiência, é um desafio. A ultra-alta
pressão de injeção direta de combustível (UHPDI) em motores de ignição por centelha
traz significativos ganhos termodinâmicos, sendo uma das possíveis soluções para
vencer esse desafio. Sob demanda de realização de uma pesquisa para verificar os
ganhos da aplicação dessa tecnologia, foi realizado o projeto, o dimensionamento e a
construção de um motor monocilindro de pesquisas (SCRE) protótipo. O SCRE foi
desenvolvido com base no processo de desenvolvimento integrado de produtos em
quatro macro fases: (1) projeto informacional, (2) projeto conceitual, (3) projeto
preliminar e (4) projeto detalhado. No projeto informacional foram identificadas as
necessidades que o SCRE deve suprir, as quais foram transformadas em métricas
nas formas de especificação de projeto. O conceito estrutural do motor foi definido na
etapa de projeto conceitual, onde através da divisão da função global em funções
elementares na estrutura funcional, foram definidos três grandes módulos: (1) unidade
de potência, (2) bloco de cilindro e (3) bloco base. A partir deles, foi especificada uma
configuração de 500 componentes, dos quais apenas 19% são fabricados, fato que
acelera o processo de execução do projeto. Os principais componentes foram
dimensionados, sendo eles: (1) bloco de cilindro, (2) virabrequim e (3) sistema de
sincronia. O bloco de cilindro foi dimensionado para uma pressão de pico de até 200
bar. O virabrequim foi dimensionado para vida infinita em fadiga sob crivo da norma
M53 com fator de aceitabilidade mínimo de 1,15, tendo como limites de operação
22,5 bar de pressão média efetiva indicada (IMEP) a 800 rpm e 30 bar de IMEP a
4500 rpm. Contudo, devido a limitações paramétricas de projeto, a máxima carga de
pressão no cilindro para vida infinita em fadiga alcançada foi de 150 bar. O sistema de
sincronia foi projetado considerando uma potência de acionamento do comando de
válvulas de 0,37 kW, o qual devido a questões geométricas, demandou o
dimensionamento de uma caixa de redução. Uma estimativa de custos mostrou que a
construção do protótipo demandou um montante de R$ 79.581,00, e seu
desenvolvimento um custo de R$ 234.400,00, somando um total de R$ 314.251,00.
Todos os componentes do motor foram fabricados e retrabalhados para a montagem,
instalação e instrumentação em célula de testes. Foi realizado um ensaio de
verificação operando com 10 bar de IMEP @ 2000 rpm, avaliando a influência da
pressão de injeção no desempenho do motor, evidenciando que o SCRE projetado
atende a necessidade de obter dados para a realização da pesquisa. Até a data da
confecção desse documento, o motor operou por mais de 36 horas. | por |
dc.contributor.advisor1 | Martins, Mario Eduardo Santos | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4000658451843066 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Lanzanova, Thompson Diórdinis Metzka | |
dc.contributor.referee1 | Zabeu, Clayton Barcelos | |
dc.contributor.referee2 | Wittek, Karsten Jörg | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/7350067392717627 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Mecânica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |