Agosto 2024 vol. 11 num. 1 - XXXI Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva

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Aspectos operacionais e da combustão com injeção direta de ultra-alta pressão

Operational and Combustion Aspects of Ultra-high Pressure Direct Injection

OLIVEIRA, E. R. M. D. ; MENDOZA, A. P. ; MARTELLI, A. L. ; DIAS, F. J. ; WEISSINGER, F. F. ; DOS SANTOS, L. R. ; LACAVA, P. T. ;

Trabalho completo:

A injeção direta sob ultra e alta pressão de injeção (UHPDI) pode potencializar ganhos de eficiência em motores flex-fuel, operando com etanol, gasolina ou suas misturas. Esta aplicação visa permitir uma taxa de compressão (CR) mais alta, que normalmente é limitada pela gasolina devido ao fenômeno de detonação (knock). Assim, o emprego de pressões de injeção acima de 1.000 bar permite uma injeção tardia de combustível durante a fase de compressão. E, com isso, uma grande quantidade de combustível pode ser fornecida num pequeno intervalo de tempo, evitando a autoignição de zonas pré-misturadas, o que por sua vez permite taxas de compressão mais elevadas. Além disso, o UHPDI gera um spray altamente turbulenta com impulso significativo, melhorando a preparação da mistura ar-combustível e acelerando a combustão, resultando em benefícios ainda maiores durante a fase de combustão. O presente trabalho tem como objetivo estudar sistemas de injeção de ultra-alta pressão utilizando etanol hidratado e gasolina em um motor de pesquisa monocilíndrico com acesso óptico e avaliar os efeitos da combustão na variabilidade do ciclo do motor, desempenho, morfologia da chama e emissões de escapamento.

Trabalho completo:

Direct injection under ultra-high and high injection pressure (UHPDI) can enhance efficiency gains in flex-fuel engines, operating on ethanol, gasoline, or their mixtures. This application aims to enable a higher compression ratio (CR), which typically is limited by gasoline due to the knock phenomenon. Employing injection pressures above 1000 bar allows for a late fuel injection during the compression phase. A high quantity of fuel can be delivered in a small interval of time, preventing auto-ignition of pre-mixed zones, which in turn enables higher compression ratios. Moreover, UHPDI generates a highly turbulent spray with significant momentum, improving air-fuel mix preparation, and expediting combustion, resulting in even greater benefits during the combustion phase. The present work aims to study ultra-high-pressure injection systems using hydrated ethanol and gasoline in a single-cylinder research engine with optical access and assess the combustion effects on engine cycle variability, performance, flame morphology, and exhaust emissions.

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DOI: 10.5151/simea2024-PAP89

Referências bibliográficas
  • [1] " Kalghatgi G. Is it really the end of internal combustion engines and petroleum in transport? Appl Energy 2018;225:965–74
  • [2] Koupaie MM, Cairns A, Vafamehr H, Lanzanova TDM. A study of hydrous ethanol combustion in an optical central direct injection spark ignition engine. Appl Energy 2019;237:258–69.
  • [3] Lee Z, Kim T, Park S, Park S. Review on spray, combustion, and emission characteristics of recent developed direct-injection spark ignition (DISI) engine system with multi-hole type injector. Fuel 2020;259:116209.
  • [4] Lee, Z.; Park, S. Particulate and Gaseous Emissions From a Direct-Injection Spark Ignition Engine Fueled With Bioethanol and Gasoline Blends at Ultra-High Injection Pressure. Renewable Energy, Elsevier, V. 149, P. 80–90, 2020.
  • [5] Borgwarner. Fuel Injection Systems. 2022.
  • [6] Marelli. Marelli Wins 2021 Automotive News PACE Award - The Company Took Home a PACE Award for Its Very High-Pressure Fuel System That Boosts Efficiency of Internal Combustion Engines. 2021.
  • [7] Buri, S.; Kubach, H.; Spicher, U. Effects of Increased Injection Pressures of Up to 1000 Bar–Opportunities in Stratified Operation in a Direct-Injection Spark-Ignition Engine. International Journal of Engine Research, SAGE Publications Sage UK: London, England, V. 11, N. 6, P. 473–484, 2010.
  • [8] Lee, Z.; Kim, D.; Park, S. Effects of Spray Behavior and Wall Impingement on Particulate Matter Emissions in a Direct Injection Spark Ignition Engine Equipped With a High Pressure Injection System. Energy Conversion and Management, Elsevier, V. 213, P. 112865, 2020.
  • [9] Nauwerck, A.; Pfeil, J.; Velji, A.; Spicher, U.; Richter, B. A Basic Line Direct Injection at Significantly High Injection Pressures. SAE Transactions, JSTOR, P. 218–226, 2005.
  • [10] Richardson, P.; Gu, J.; Di Liberto, G.; Kimoto, K.; Aoyagi, K.; Shibata, H. Knock Prevention by Retarded Injection With Ultra-High Pressure and Fuel Injector Nozzledevelopment. 28th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology, P. 1103–1128, 2019.
  • [11] Stadler, A.; Brunner, R.; Wachtmeister, G.; Sauerland, H. Experimental Investigations on High Pressure Gasoline Injection Up to 800 Bar for Different Combustion Modes. MTZ Worldwide, Springer, V. 80, N. 3, P. 52–57, 2019. Tian et al., 2016;
  • [12] Wadekar, S.; Yamaguchi, A.; Oevermann, M. Large-Eddy Simulation on the Effects of Fuel Injection Pressure on the Gasoline Spray Characteristics. SAE Technical Paper 2019-01-0060. 2019.
  • [13] Yamaguchi, A.; Koopmans, L.; Helmantel, A.; Dillner, J.; Dahlander, P. Air Motion Induced by Ultra-High Injection Pressure Sprays for Gasoline Direct Injection Engines. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, JSTOR, V. 13, N. 3, P. 223–236, 2020.
  • [14] Kaminaga, T., et al. A study on combustion characteristics of a high compression ratio SI engine with high pressure gasoline injection. No. 2019-24-0106. SAE Technical Paper, 2019.
  • [15] de Oliveira, E. R. M., Rufino, C. H., & Lacava, P. T. (2022). Effects of direct injection and mixture enleament on the combustion of hydrous ethanol and an ethanol-gasoline blend in an optical engine. Fuel, 327, 125137.
  • [16] Henrique Rufino, C., Moraes Coraça, E., Teixeira Lacava, P., & Ferreira, J. V. (2022). Deep learning based techniques for flame identification in optical engines. International Journal of Engine Research, 14680874221106976.
  • [17] Martinez, S., Irimescu, A., Merola, S. S., Lacava, P., & Curto-Riso, P. (2017). Flame front propagation in an optical GDI engine under stoichiometric and lean burn conditions. Energies, 10(9), 1337.
  • [18] Winklhofer, E. (2001). Optical access and diagnostic techniques for internal combustion engine development. Journal of Electronic Imaging, 10(3), 588-592."
Como citar:

OLIVEIRA, E. R. M. D.; MENDOZA, A. P.; MARTELLI, A. L.; DIAS, F. J.; WEISSINGER, F. F.; DOS SANTOS, L. R.; LACAVA, P. T.; "Aspectos operacionais e da combustão com injeção direta de ultra-alta pressão", p. 481-487 . In: Anais do XXXI Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva . São Paulo: Blucher, 2024.
ISSN 2357-7592, DOI 10.5151/simea2024-PAP89

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