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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-24052023-111358
Document
Author
Full name
André Gustavo Soares Brasil Sampaio Costa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Krieger Filho, Guenther Carlos (President)
Martins, Mario Eduardo Santos
Santos, Rogerio Gonçalves dos
Title in Portuguese
Diagnóstico do sistema de injeção de Diesel de motores pesados pela medição da pressão de injeção e seus impactos no spray formado.
Keywords in Portuguese
Moto-gerador
Motores de combustão interna
Pressão de injeção
Sistema de injeção usado
Spray de diesel
Abstract in Portuguese
É crucial mencionar que com a crescente conscientização ambiental, as discussões sobre os limites de emissão de poluentes e pesquisas por soluções mais eficientes são potencializadas. No caso de termoelétricas que operam moto-geradores, a busca por eficiência e otimização com o propósito de redução de consumo de combustível e emissões de poluentes é constante, além da diminuição dos custos na produção de energia elétrica. Assim, esta dissertação objetivou comparar o desempenho de sistemas de injeção usados do moto-gerador Wärtsilä W20V32, com relação a um conjunto novo, em termos de pressão de injeção e buscando divergências no spray formado. Para realizar a caracterização da pressão de injeção dos sistemas testados, utilizou-se uma bancada experimental e duas técnicas avançadas de diagnóstico de sprays: aquisição de imagens com câmeras em alta velocidade para observação da macro geometria e interferometria por efeito Doppler para medição de distribuições de diâmetro e velocidade das gotículas do spray. Após ensaios de medição da pressão de injeção, verificou-se que desgastes na bomba de alta pressão são mais relevantes na perda de pressurização do fluido a ser injetado, causando alterações no tempo de injeção e quantidade de combustível injetado, quando comparado ao desempenho de injetores usados cuja variação de pressão não apresentou variações significativas. Além disso, observou-se que a variação de pressurização do fluido de teste impactou o desenvolvimento do comprimento de penetração e as distribuições de velocidade e diâmetros das gotículas do spray. Ao fim, concluiu-se que é importante monitorar o desgaste dos componentes do sistema de injeção responsáveis pela pressurização do combustível para redução de consumo e emissão de poluentes durante a operação dos motores pesados deste tipo para aplicações em geração de energia ou transporte de cargas.
Title in English
Diagnostic of injection system of heavy-duty Diesel engines by injection pressure measurement and their impacts on spray.
Keywords in English
Diesel spray
Genset
Heavy-duty internal combustion engine
Injection pressure
Used injection system
Abstract in English
It is crucial to mention that with the growing environmental awareness, discussions about emission limits and research for more efficient solutions are encouraged. In the case of powerplants that operate large reciprocating gensets, the search for efficiency and operation optimisation with the purpose of reducing fuel consumption and emissions is constant, as well as reducing costs in the production of power. Therefore, this dissertation aimed to compare the performance loss of used injection systems of the Wärtsilä W20V32 reciprocating engine, when compared with a new set of components, in terms of injection pressure and possible divergences impacting the spray formed. To characterise the injection pressure of the tested systems, an experimental test bench and two advanced techniques for spray diagnosis were used: image acquisition with high-speed cameras to observe macro geometry and phase Doppler interferometry to measure distributions of diameter and velocity of the spray droplets. After testing and measuring the injection pressure, it was found that wear on the high-pressure pump is more relevant in the loss of pressurization, causing changes in the injection time and amount of injected fuel, when compared to the performance of used injectors whose pressure loss is irrelevant to performance drop. Also, it was observed that the fuel pressurization variation impacted the penetration length development and the spray droplet velocity and diameter distributions. In the end, it was concluded that it is important to monitor the wear of the injection system components responsible for pressurizing the fuel to reduce fuel consumption and emissions while operation such heavy duty reciprocating engines for power generation or transport applications.
 
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Publishing Date
2023-05-26
 
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