Análise da injeção de combustível nos parâmetros de operação de um motor diesel tipo ferroviário

Abstract

Estudos orientados à sustentabilidade e eficiência energética têm ganhado destaque nos últi-mos anos, sobretudo no setor de transportes, por conta de questões ambientais cada vez mais relevantes, especialmente em serviços com consumo elevado, como o setor ferroviário. A efici-ência dos motores de combustão interna está diretamente relacionada ao consumo de combus-tível e a redução de gases poluentes. Estes parâmetros podem ser controlados otimizando ca-racterísticas do sistema de injeção, como o ângulo de injeção e a interação da cavidade do pistão com os movimentos de swirl e squish existentes dentro da câmara de combustão, por exemplo. Entender estas relações e reduzir os níveis de poluentes emitidos pelos motores die-sel têm impacto direto no desenvolvimento sustentável. Desta forma, este trabalho visa anali-sar a resposta em termos de potência, torque, consumo e emissões de um motor de ignição por compressão com características geométricas e operacionais similares aos atuais sistemas utili-zados em locomotivas, aplicando diferentes ângulos de injeção (153°, 160° e 167°) em uma cavidade de pistão fixa. Por meio de técnicas de simulação numérica de Dinâmica de Fluídos Computacional (CFD – Computional Fluid Dynamic), comparou-se as diferentes configura-ções adotadas e constatou-se que os piores desempenhos quanto à potência, torque e consumo ocorreram no ângulo de 167° e variações desprezíveis entre 153° e 160°. Já para as emissões, encontrou-se as maiores frações mássicas de NO e fuligem nos ângulos de injeção de 153° e 167°, respectivamente.

Sustainability and energy efficiency studies have gained value in recent years, especially in services with high level of consumption, such as the railway area. The efficiency of internal combustion engines is directly related to fuel consumption and the reduction of pollutant gas-es, which can be controlled by optimizing injection system parameters such as spray angle and swirl and squish interaction, for example. Reducing levels of pollutants emitted by diesel en-gines have a direct impact on sustainable development. Therefore, the purpose of this work is to analyze, numerically, the response in terms of power, torque, fuel consumption and emis-sions of a compression ignition engine with plausible geometric characteristics when it’s com-pared to the current systems used in locomotives operating with different injection angles (153°, 160° and 167°) in the same piston-in-bowl. By numerical simulation techniques of Computational Fluid Dynamics (CFD), the worst performance values found for power, torque and consumption were for 167°. For emissions, the largest mass fractions of NO and soot were found for 153° and 167°, respectively.