Desarrollo del prototipo virtual de un motor de combustión interna rotativo de Ciclo Híbrido de Alta Eficiencia (High Efficiency Hybrid Cycle HEHC-). Simulación dinámica y análisis por elementos finitos

Abstract

[CA] El present Treball Final de Grau consisteix en el disseny, modelatge, simulació i anàlisi del prototip 3D corresponent a un model de la primera generació de motors de combustió interna rotatius de la companyia LiquidPiston (motor X1). Aquests motors treballen descrivint el que es coneix com a Cicle Híbrid d’Alta Eficiència, un cicle termodinàmic que combina elements de diferents cicles com l’Otto, Dièsel o Atkinson. Durant molts anys i en endavant, l’estudi dels cicles termodinàmics, lligat al problema tecnològic i mediambiental que suposen els motors de combustió potencien la finalitat del projecte alhora de desenvolupar aquest prototip. El motor X1 basa el seu funcionament en el motor Wankel, per això, es començarà descrivint i caracteritzant aquest últim per tal d’entendre millor el funcionament del motor X1. A continuació, el disseny i el modelatge, mitjançant l’ús de ferramentes CAD 3D amb el software Autodesk Inventor 2018, servirà com a punt de partida per a l’estudi d’aquest motor. Amb el prototip virtual ja establert, la simulació dinàmica permetrà entendre totalment el funcionament ja que s’observaran les relacions cinemàtiques entre les diferents parts sent possible inclús visualitzar geometries que quedarien cobertes en la seua totalitat per les pròpies parts fixes. Per últim, l’anàlisi per elements finits permetrà introduir possibles millores o defectes en el propi modelatge per tal de millorar aquest o extraure noves conclusions.

[ES] El presente Trabajo Final de Grado consiste en es el diseño, modelado, simulación y análisis del prototipo 3D correspondiente a un modelo de la primera generación de motores de combustión interna rotativos de la compañía LiquidPiston (motor X1). Estos motores trabajan describiendo lo que se conoce como Ciclo Híbrido de Alta Eficiencia, un ciclo termodinámico que combina elementos de diferentes ciclos como Otto, Diesel o Atkinson. Durante muchos años y en adelante, el estudio de los ciclos termodinámicos, ligado al problema tecnológico y medioambiental que suponen los motores de combustión potencian la finalidad del proyecto, junto con el desarrollo de este prototipo. El motor X1 basa su funcionamiento en el motor Wankel, por eso, empezamos describiendo y caracterizando este último para entender mejor el funcionamiento del motor X1. A continuación, el diseño y el modelado, mediante el uso de herramientas CAD 3D con el software Autodesk Inventor 2018, servirá como punto de partida para el estudio de este motor. Con el prototipo virtual ya establecido, la simulación dinámica permitirá entender totalmente el funcionamiento puesto que se observarán las relaciones cinemáticas entre las diferentes partes siendo posible incluso visualizar geometrías que quedarían cubiertas en su totalidad por las propias partes fijas. Por último, el análisis mediante elementos finitos nos permitirá introducir posibles mejoras o defectos en el propio modelado para mejorar este o extraer nuevas conclusiones.

[EN] The present work joins the design, modeling, simulation and analysis of the 3D prototype corresponding to a model of the first generation of internal rotary combustion engines of the company LiquidPiston (X1 engine). These engines work describing what is known as High Efficiency Hybrid Cycle, a thermodynamic cycle that combines elements of different cycles like Otto, Diesel or Atkinson. For many years, the study of the thermodynamic cycles, related to the technological and environmental problems that suppose the internal combustion engines boost the purpose of the project. The X1 engine bases his operation on the Wankel engine, therefore, will begin describing and characterising this last in order to understand better the operation of the X1 engine. To continue, the design and the modeling, using 3D CAD tools like Autodesk Inventor 2018, will serve as a inicial point for the study of this engine. With the virtual prototype already established, the dynamic simulation will allow to understand the operation, even observe the cinematic relations between the different parts, and visualise geometries that would remain totally covered by the own fixed parts. To conclude, the analysis of finite elements will provide possible improvements or defects in the own modeling in order to improve this prototype or extract new conclusions.