Análise numérica do escoamento de ar através de um coletor de admissão aplicado em motor quatro tempos

Abstract

O coletor de admissão é um componente de extrema importância para o funcionamento de um motor de combustão interna, porém a construção de um modelo físico para testes em bancada de fluxo encarece o projeto. Por este motivo um estudo numérico, utilizando uma ferramenta CFD, que permita uma otimização, caso necessária, do componente antes da construção de um protótipo se justifica. O trabalho aborda uma análise do escoamento de ar dentro do coletor, de forma a definir se cada ramal é capaz de entregar uma quantidade de ar semelhante para todos os cilindros do motor. O erro associado a discretização do domínio foi avaliado através da técnica do índice de convergência de malha (GCI). Os resultados de vazão volumétrica média foram consideravelmente mais baixos que o esperado, devido a discretização espacial em primeira ordem da equação do momentum, mas ainda ficaram próximos a valores de coletores com aplicação semelhante. Já a vazão mássica entre os ramais apresentou diferença 1,3% para cada ramal em relação à média, e concluiu-se que estes estão equalizados.

The intake manifold is an essential component of a four-stroke engine, but to manufacture a physical model for testing in a flow bench makes the project to become expensive. For that reason, a numerical analysis, using a CFD tool, that allows the intake optimization before it’s manufacture is justifiable. In this work, the air flow through de intake is analyzed to determine if each branch is capable of delivering a similar amount of air for to its corresponding cylinder (equalized). The error due to the discretization was evaluated using the grid convergence index (GCI). The average volumetric flow results were considerably lower than expected due to the first order upwind special discretization of the momentum equation, but still in an acceptable range. The mass flow rate in each branch had a 1.3% difference compared to the average mass flow rate and it was concluded that the branches are indeed equalized.