Análise e simulação dum pistão automóvel sob diferentes condições de funcionamento

Abstract

Atualmente o automóvel é um bem de conforto e trabalho imprescindível. Os padrões de segurança e fiabilidade envolvidos no fabrico dos seus componentes são de elevada exigência. No caso particular de peças integrando o motor (geralmente de combustão interna) ,o sucesso do bom desempenho em serviço depende de apurada investigação. Neste trabalho foi selecionado o estudo das solicitações de origem térmica e mecânica no pistão de um motor de 4 tempos. Para este projeto, foi efetuada simulação numérica a partir de software dotado da componente teórica necessária à caracterização do campo de temperaturas e deformações. As situações consideradas referem-se ao caso de combustão dita normal e com detonação, em que aqui o regime de pressões e temperaturas é muito severo, afetando a curto ou médio prazo a duração e integridade do componente. Para avaliar o grau de eficiência mecânica, foi efetuado o estudo das forças, determinando a compressão do pistão contra a face lateral cilíndrica e sua implicação no atrito. Foi também analisado o efeito de inversão do escoamento dos gases de admissão/escape e seu reflexo na assimetria térmica no pistão. Por fim, sugere-se um traçado melhorado para o pistão, a fim de minimizar os efeitos adversos referidos no estudo.

Nowadays, the automobile is tool for human comfort in modern life. Its continuous availability to run and reliability depends on a successful research prior the fabrication. In the particular case of engine parts, the piston plays a very important role once it transforms the internal combustion energy in mechanical displacement for work at the expense of severe thermal loads. Given the importance of this area of research it was select in this thesis, the characterization of the piston temperature and thermal stress field, also coupled with the mechanical work effect (burned gas pressure load and inertial forces). A finite element simulation of this problem was carried out for the objetives mentioned. The situations considered ranged from the normal combustion up to the knock down effects that are extremely severe for the piston integrity and performance. In extension with the study described, it was developed the study of the effects of friction forces along the piston wall contacting with adjacent parts. The problem of flow inversion (this meaning the thermal effect of intake/exhaust reversal on the piston head) was also investigated. Finally, an improved piston design, based on the investigation described, was suggested for further performance and reliability increase.