Aplicação da metodologia DFSS para análise térmica do cabeçote do motor ETORQ 1.6 sobrealimentado utilizando um modelo CFD 3D

Abstract

O atual trabalho tem como objetivo aplicar a metodologia DFSS (Design for Six Sigma) a um estudo térmico do cabeçote de um motor de combustão interna (MCI) comercial. Este estudo visa realizar uma simulação térmica CFD 3D para duas condições do motor, naturalmente aspirado e em seguida sobrealimentado e, a partir disso, comparar a temperatura para saber se o motor sobrealimentado suportaria os esforços térmicos. Depois da obtenção do mapa térmico para ambas as condições de trabalho, foi aplicado uma otimização na região de pico de temperatura do cabeçote aplicando a metodologia DFSS. As simulações CFD 3D realizadas no trabalho foram obtidas através do software Star-CCM+, ferramenta numérica utilizada para simulação CFD, que permitiu realizar uma simulação CHT (Conjugate Heat Transfer) do motor, por meio da qual é possível calcular o escoamento do fluido da camisa d’água ao mesmo tempo em que as temperaturas dos componentes sólidos do motor são obtidas, e computando também a interação entre os dois domínios. O motor utilizado para estudo foi o EtorQ 1.6 SOHC Flex-Fuel, que através de uma parceria entre UFPE e FCA (Fiat Chrysler Automóveis) obteve-se o modelo CAD do problema. As condições de contorno do sistema foram definidas a partir de pesquisa de trabalhos publicados em periódicos e através de uma simulação termo fluída 1D, que foi apresentada em um de mestrado desenvolvido no PPGEM- UFPE. Os resultados obtidos na simulação do motor sobrealimentado indicam que o cabeçote possui uma região com altas temperaturas, obtendo um aumento de temperatura de 39°C para a condição sobrealimentada. A partir da localização e do valor do pico de temperatura foi possível definir onde a otimização DFSS do sistema irá ocorrer e assim escolher os parâmetros de controle. Foram então definidos oito fatores de controle e a quantidade de variáveis de cada um. Por fim, a otimização permitiu com que o pico de temperatura chegasse a um valor de 14°C inferior que a condição naturalmente aspirada, além de expor outras configurações de parâmetros que permitiu manter a temperatura da condição sobrealimenta inferior da condição naturalmente aspirada.