combustão - otto
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Bibliografia:1. Brunetti, F. - Motores de Combusto Interna - Apostila, 1.9922. Domschke, A.G. e Landi - Motores de Combusto Interna de Embolo- Dpto. de Livros e Publicaes do Grmio Politcnico da USP , 1.9633. Giacosa, D. - Motori Endotermici - Ulrico Hoelpi Editores SPA , 1.9684. Jvaj, M.S. e outros - Motores de Automvil - Editorial Mir , 1.982
Motores de Combusto Interna1
4. Jvaj, M.S. e outros - Motores de Automvil - Editorial Mir , 1.9825. Obert, E.F. - Motores de Combusto Interna - Globo - 1.9716. Taylor, C.F. - Anlise dos Motores de Combusto Interna - Edgard Blcher Ltda. , 1.9887. Heywood, J.B. - Internal Combustion Engine Fundamentals - M.G.H. International Editions , 1.9888. Stone, R. - Introduction to Internal Combustion Engines - SAE , 1.992
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Combusto - Motor de Ignio por Fasca
Motores de Combusto Interna2
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Ignio o processo atravs do qual se d incio a combusto
M.I.F. - Motores de Ignio por Fasca
admite-se uma mistura ar/combustvel previamente dosada e parcialmente homogeneizada
Ignio
Motores de Combusto Interna3
previamente dosada e parcialmente homogeneizada (sistema de injeo eletrnica de combustvel) esta mistura comprimida e inflamada prximo ao PMS por uma fasca que salta entre os eletrodos de uma vela
uma frente de chama turbulenta desenvolve-se e propaga-se atravs da mistura a exploso desta mistura provoca o aumento da presso necessria para a movimentao do pisto gerando trabalho
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Motores a 4 Tempos - 4T
Motores de Combusto Interna4
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
P
r
e
s
s
o
d
o
C
i
l
i
n
d
r
o
vlvula de escape abrevlvula de
fasca
Motores de Combusto Interna55
1 atm
PMSDeslocamento (volume)
PMI
P
r
e
s
s
o
vlvula de admiss. fecha
vlvula de escape fecha
admissovlvula de admissoabre
escape
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Admisso
admite mistura ar + combustvel previamente dosada parcialmente homogeneizadaP.M.S.
V.A. V.E.
Motores de Combusto Interna6
P.M.I.
S admisso de combustvel lquido gasoso
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Admisso
So utilizadas tcnicas de injeo no coletor e no corpo de borboleta melhor distribuio de mistura entre os cilindros economia de combustvel melhor potncia e performance tolerncia diversos tipos de combustvel (sistema flex)
Mistura muito pobre dificulta a ignio
Motores de Combusto Interna7
Mistura muito pobre dificulta a ignio Mistura muito rica resulta em HC no queimados e altos nveis de CO Razo Ar/Combustvel usualmente entre limites de flamabilidade
Potncia mxima altas cargas e mistura rica Combustvel em excesso
evita superaquecimento do sistema de escapeenibe a detonao
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Admisso
dosagem ar + combustvel carburador injeo eletrnica
Motores de Combusto Interna8
Sistema de injeo eletrnica de combustvel
Carburador
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Admisso
homogeneizao da mistura geometria de coletor e vlvulas de admisso AIS computacional fluid dynamics (CFD)
essencial vaporizao/mistura completa do combustvel no ar antes da compresso alta volatilidade vs. vapor lock fluxo e combustvel lquido bloqueado
Motores de Combusto Interna9
alta volatilidade vs. vapor lock fluxo e combustvel lquido bloqueado pelos vapores
baixa volatilidade vs. partidas frio necessita temperatura de destilao efetiva mais baixa
variao de razo ar/combustvel de cilindro para cilindro durante transientes menor eficincia em cargas parciais busca por melhorias: injeo direta
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Admisso
A potncia mxima obtida para 1,1 que resulta
na mais alta velocidade de queima (perda de calor mnima) mais alta temperatura da chama (mxima presso na cmara)
Melhor economia de combustvel obtido
Motores de Combusto Interna10
Melhor economia de combustvel obtido para menor do que 1,0 (at limite de misfire)
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Comando de vlvulas - admisso
avano na abertura antecipao da abertura para que ela esteja totalmente aberta quando o pisto chegar no PMS. atraso no fechamento um pouco depois do pisto chegar ao PMI
permite a mistura continuar entrando no cilindro (inrcia dos gases)
Motores de Combusto Interna11
performance do motor pouco suscetvel ao momento de abertura da vlvula de admisso (de 10a 25antes do PMS)
fechamento da vlvula tipicamente entre 40e 60depois do PMI fechamento mais tardio permite tempo adicional para preenchimento
do cilindro quando em altas velocidades fechamento mais adiantado aumento de eficincia volumtrica
devido a menos backflow em baixas velocidades
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Comando de vlvulas - exausto
avano na abertura vlvula aberta antes do pisto atingir o PMI atraso no fechamento os gases continuam saindo quando o pisto chega ao PMI, devido a inrcia.
abertura da vlvula tipicamente entre 50e 60antes do PMI permite o escape dos gases de exausto antes que a presso dificulte o
Motores de Combusto Interna12
permite o escape dos gases de exausto antes que a presso dificulte o movimento ascendente do pisto
abertura deve ocorrer um pouco mais cedo em velocidades mais altas
fechamento da vlvula tipicamente entre 8e 20depois do PMS permite que o overlap das vlvulas seja regulado fechamento mais tardio favorece maior potncia mas perde torque em
baixa rotao e piora a qualidade da combusto de marcha lenta
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Comando de vlvulas - sincronismo
Motores de Combusto Interna13
efeito do sincronismo de comando de vlvulas
IVO (antes PMS)
EVC (depois PMS)
IVC (depois
PMI)
EVO (antes PMI)
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Comando de vlvulas - sincronismo
Motores de Combusto Interna14
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Comando de vlvulas overlap
grande overlap de vlvulas diminui perdas por bombeamento aumenta a presso no coletor de admisso
a borboleta deve ser aberta para se obter a mesma potncia aumenta a eficincia em operaes com carga parcial (partial throttle)
grande overlap de vlvulas aumenta a respirao do motor em potncia alta
Motores de Combusto Interna15
grande overlap de vlvulas aumenta a respirao do motor em potncia alta (wide open throtlle)
inrcia dos gases de exausto ajuda a puxar a mistura fresca para o cilindrorelacionado ao tuning dos gases de escape
pequeno overlap de vlvulas diminui a recirculao natural (EGR) melhora estabilidade de combusto para partidas frio
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Introduo
Sensores Encoder de posio do eixo de comando Encoder de posio do virabrequim Presso do coletor de admisso (carga do motor) Sensor de temperatura do motor
Atuadores
Comando de vlvulas automao
Combusto M.I.F. e M.I.C.
Motores de Combusto Interna16
Atuadores Eixo de comando duplo (um para vlvulas de exausto e outro para admisso) Atuadores de comando
Usado tipicamente presso de leo para movimentar roda dentada da corrente motora do comando de vlvulas
Controle Utiliza-se tabelas calibradas para determinar o momento de abertura e
fechamento desejados dados velocidade do motor, carga e temperatura Um controlador (normalmente PI) utilizados para manter o sincronismo
desejado
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Mistura comprimida Total vaporizao e homogeneizaodo combustvel no ar
Compresso
P.M.S.
S
V.A. V.E.
Motores de Combusto Interna17
Vaporizao / homogeneizao volatilidade do combustvel
P.M.I.
S
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Temperatura de ignio deve ser mais baixa que temperatura de auto-ignio da mistura para evitar knock durante e compresso APMS
fasca salta entre os eletrodos da vela pequena elevao na temperatura da mistura elevao desprezvel na presso da mistura
Compresso
Motores de Combusto Interna18
incio das reaes de oxidao
PMSPMSAPMS
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Desenvolvimento das primeiras reaes que originaro a frente de chama Fase necessria devido ao retardamento qumico da combusto Movimento do pisto
presso da cmara
forma a frente de chama
Compresso
Motores de Combusto Interna19
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IntroduoCmara de combusto - projeto Minimizar percurso da frente de chama
permite maiores velocidades do motor diminui o tempo disponvel para as reaes que levam a detonao dimetro menor, permitindo taxas de combusto mais altas
Distncia entre vlvula (s) de escape e vela (s) regio muito quente suscetvel detonao
Combusto M.I.F. e M.I.C.
Motores de Combusto Interna20
Desejvel boa turbulncia contribui para a mistura e propagao da chama
End gas na parte mais fria da cmara de combusto pequenos espaos vazios criam regies frias deve estar prximo vlvula de admisso (refrigerada durante a admisso)
Baixa razo de superfcie por volume permite melhor turbulncia minimiza transferncia de calor e regies de extino da frente de chama
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Introduo
Achatada Performance maior (HP) Menor curso Velocidade mxima do pisto
mais baixa Maior rea do pisto
Comprida Mais economia e torque mais
alto Torque proporcional ao curso
do pisto (stroke) Melhor razo de superfcie por
volume
Cmara de combusto - projetoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Motores de Combusto Interna21
Vlvulas maiores Alta razo de superfcie por
volume (ruim)
volume Queima mais eficiente Menor regio de end ga Menos sujeito a detonao
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IntroduoCmara de combusto - tiposCombusto M.I.F. e M.I.C.
Motores de Combusto Interna22
Depende do objetivo do projeto economia vs. performance
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IntroduoCmara de combusto - projeto Objetivos de projeto bsicos para a combusto de um M.I.F. clssico incluem:
desenvolvimento de um alto nvel de turbulncia da carga de gases promover um aumento rpido porm suave na presso em funo do tempo (ngulo do virabrequim) durante a queima atingir presso de pico do cilindro o mais prximo do PMS possvel estabelecer a mxima velocidade de chama possvel
queimar a maior poro da carga de ar cedo no processo de reao
Combusto M.I.F. e M.I.C.
Motores de Combusto Interna23
queimar a maior poro da carga de ar cedo no processo de reao obter uma combusto completa da mistura ar-combustvel evitar a ocorrncia de detonao ou knock minimizar perda de calor da combusto
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Fases da Combusto Normal
Retardamento qumico
Motores de Combusto Interna24
Propagao da frente de chama
Combusto esparsa
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
ppmax
Evoluo da presso com a propagao da chamaCombusto - Fases da Combusto Normal
Motores de Combusto Interna25
ngulo da manivela
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Propagao da Frente de Chama
Mistura no queimada
Gases queimados
Motores de Combusto Interna26
Vfrente chama
A seqncia termina quando a frente de chama atinge as paredes do cilindro Alta taxa de transferncia de calor causa reduo rpida na temperatura do gs e na velocidade da chama
A frente de chama pode diminuir de intensidade antes de atingir a parede do cilindro, deixando uma regio de queima incomplete
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Retardamento Qumico da Combusto
Motores de Combusto Interna27
tretardamento qumico da combusto
aparecimento da fasca
formao da frente de chama
Retardamento Qumico da Combusto : cte e particular de cada tipo de combustvel
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Retardamento Qumico da Combusto
Frente de Chama
Motores de Combusto Interna28
Ncleo inicial : volume pequeno
Temperatura
presso constante
reaes de oxidao em cadeia
Com o aumento da presso, provocado pelo movimento do pisto, tem-se a frente de chama
Vfrente chama
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Constante e particular de cada tipo de combustvel Torna necessria a utilizao do avano da fasca em relao ao PMS
Combusto - Retardamento Qumico da Combusto
Velocidade do pisto / motor varia
retardamento qumico constante variar o avano da fasca
Motores de Combusto Interna29
variar o avano da fasca
Avano = i ( nmotor ; cargamotor )
Projeto do motor deve prever que a presso mxima combusto :
ocorra em expanso
pisto prximo ao PMS
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Evoluo da Frente de Chama Desenvolvimento e propagao da frente de chama
varia de ciclo a ciclo e cilindro a cilindro crescimento da chama depende do movimento e composio da mistura pode ser dividida em quatro etapas
ignio pela fascadesenvolvimento inicial da frente de chama
Motores de Combusto Interna30
propagao da frente de chamaextino da frente de chama
Aps a fasca energia liberada pela chama muito pequena para o aumento da presso ser percebido Conforme a chama continua a crescer e propagar presso aumenta rpido acima do valor que teria atingido sem a combusto. A presso atinge um mximo aps o PMS mas antes que a queima termine, e diminui conforme o volume do cilindro continua a aumentar.
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Evoluo da Frente de Chama
Motores de Combusto Interna31
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
ngulo de desenvolvimento de chama d intervalo entre a fasca e o tempo em que uma frao significativa da massa do cilindro queimou ou da energia qumica do combustvel foi liberada usualmente 10%
ngulo de queima rpida b ngulo necessrio para queimar a maior parte da mistura usualmente entre a liberao de 10% e de 90% da energia da mistura
ngulo de queima total o a durao do processo por inteiro d + b
Combusto - Evoluo da Frente de Chama
Motores de Combusto Interna32
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Velocidade da Frente de Chama - Exemplo
AdmitindoV frente de chama = 10 m/s
fcv2Dp
=t
t frente chama = 0,005 stempo para a frente de chama atingir a parede do cilindro
Motores de Combusto Interna33
Dp = 10 cm
atingir a parede do cilindro
Admitindo que a combusto completa se d em 30t = 0,005 s 30t 360, t = 0,06 s; tempo para uma volta do virabrequim1 volta 0,06 sn 60 s, n = 1.000 rpm
Para rotaes maiores v frente de chama
V frente de chama
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
O tempo para a queima total :
36060min
%90%90
=
revsN
to
Se usarmos um valor tpico de 50 graus do virabrequim para a queima total:
N (rpm) t (ms)
Combusto - Evoluo da Frente de Chama
Motores de Combusto Interna34
N (rpm) t90%(ms)Carro comum em mercha lenta 500 16.7
Carro comum no torque mximo 4,000 2.1
Carro de frmula na rotao mxima 19,000 0.4
Obs: para atingir rotaes altas um carro de frmula tem um curso bem curto e um dimetro grande
Qual o mecanismo que permite esses tempos??
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
A velocidade de queima turbulenta proporcional intensidade da turbulncia, a qual aumenta com a velocidade do pisto A velocidade do pisto diretamente proporcional rotao do motor
N velocidade de queima tempo para queimar
A durao da combusto em ngulos (40-60 degrees) aumenta somente um pouco
Combusto - Evoluo da Frente de Chama
Motores de Combusto Interna35
A durao da combusto em ngulos (40-60 degrees) aumenta somente um pouco com o aumento da rotao do motor
= 1.0Pi =0.54 atmSpark 30o APMS
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Melhorias na Velocidade da Frente de Chama
1. Turbulncias aumentam a troca de calor por conveco turbulncia = i ( n ) (aumentando a rotao aumenta a turbulncia) v frente de chama = j ( turbulncia ; n )
aumenta transferncia de calor por conveco muita turbulncia contribui para a extino da chama
Motores de Combusto Interna36
muita turbulncia contribui para a extino da chamareduz a potncia de sada indicada
2. Temperatura melhora a volatilidade e aumenta a velocidade
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Melhorias na Velocidade da Frente de Chama
3. Presso melhora a volatilidade e aumenta a velocidade
4. Qualidade da Mistura misturas levemente ricas aumentam a velocidade misturas extremamente ricas reduzem a velocidade
5. Gases Residuais
Motores de Combusto Interna37
5. Gases Residuais reduzem a velocidade
6. Avano da Fasca : acelera a reao
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Evoluo da Frente de Chama
retardamento
avanop relaciona : p
liberao de calorenergia
ddp
=tan
combusto
Motores de Combusto Interna38
fasca sem combusto
energia
ddp
=v chama frente
mximoddp
Ideal : junto ao PMS promove
tensesrudos
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto avano de ignio
Combusto considerada rpida se ocorrer em menos de 60 Tempo de atraso da combusto muito significativo
Avano de ignio tpico de 10 a 50 antes do PMS O avano de ignio de torque mximo (Maximum Brake Torque - MBT) em termos de ngulo do virabrequim:
funo da rotao do motor, da carga (eficincia volumtrica), da temperatura do ar e do motor (gua), da composio da mistura, etc.
Motores de Combusto Interna39
do ar e do motor (gua), da composio da mistura, etc.
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto avano de ignio
A dependncia em funo da rotao do motor ocorre porque um mesmo valor em ngulos resulta em menos tempo de combusto quando o motor roda mais rpido
Rotao do motor mais rpida requer que a fasca ocorra com um ngulo de virabrequim mais avanado (mais cedo)
Em cargas baixas, a borboleta est quase fechada e a presso no coletor de admisso baixa
Isso resulta no gs residual (queimado) compondo grande parte da carga
Motores de Combusto Interna40
Isso resulta no gs residual (queimado) compondo grande parte da carga no cilindro. Esse gs residual deixa o processo de combusto mais lento Ponto de ignio deve ser avanado em cargas baixas
A combusto mais lenta em motores frios (transferncia de calor para as paredes do cilindro)
Avance o ponto de ignio para motores frios A taxa de queima mxima para misturas levemente ricas
Retarde o avano para misturas levemente ricas
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Introduo
Ignio covencional (mecnica) Desgaste do distribuidor Falta de flexibilidade
Ignio eletrnica Menos partes mveis (menor desgaste)
Combusto M.I.F. e M.I.C.Combusto avano de ignio
Motores de Combusto Interna41
Menos partes mveis (menor desgaste) Grande flexibilidade no controle do ponto de ignio
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Introduo
Ignio convencional (mecnica)
No passado, o tempo de ignio bsico era obtido pela rotao do distribuidor
Avano de fasca em velocidades altas era obtido por um mecanismo centrfugo
Combusto M.I.F. e M.I.C.Combusto avano de ignio
Motores de Combusto Interna42
Avano de fasca em cargas baixas era obtido mecanicamente usando o vcuo do coletor de admisso
Outros efeitos eram ignorados
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto avano de ignio
Ignio eletrnica princpios
O avano de ignio gerado pelo controlador atravs de dois mtodos: Baseado no ngulo do virabrequim (mtodo tradicional) Baseado em medies da presso de combusto
Sistema integrado com gerenciamento de combustvel (e borboleta)
Motores de Combusto Interna43
Sistema integrado com gerenciamento de combustvel (e borboleta) Pode integral lgica de controle de detonao (ativo ou passivo)
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto avano de ignio
Ignio eletrnica atravs do ngulo do virabrequimHardware Unidade de controle Bobina Sensores (TPS, sonda Lambda, temperatura do motor, MAF, TMAP, etc.)Controle
Motores de Combusto Interna44
Controle O avano de ignio determinado atravs de tabelas, ganhos e interpolao Vantagens: hardware bastante simples Desvantagens: controle open loop
necessita de muita calibraoregulagem de fbrica no pode ser modificada devido
mudanas das condies de funcionamento
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Introduo
600.00 800.00 1000.00 1240.00 1520.00 1760.00 2000.00 2300.00 2600.00 3000.00 3500.00 4000.00 4600.00 5100.00 5600.00 6200.009.75 36.75 40.50 42.75 44.25 46.50 46.50 46.50 46.50 46.50 46.50 47.25 47.25 47.25 48.00 48.00 46.50
15.00 35.25 38.25 41.25 43.50 46.50 46.50 46.50 46.50 46.50 47.25 47.25 47.25 47.25 47.25 47.25 46.5020.25 31.50 33.75 36.00 38.25 41.25 42.75 44.25 45.00 45.75 45.75 45.75 45.75 45.75 47.25 47.25 45.0024.75 26.25 28.50 31.50 33.00 35.25 38.25 42.00 42.75 43.50 43.50 43.50 42.75 42.75 43.50 44.25 41.2530.00 20.25 23.25 25.50 29.25 31.50 32.25 39.00 40.50 41.25 42.00 42.00 39.75 41.25 42.00 41.25 39.7539.75 9.75 12.00 18.00 21.75 24.00 25.50 31.50 33.00 33.75 33.75 33.75 33.75 35.25 36.00 36.75 36.7550.25 2.25 6.00 12.00 15.75 19.50 21.00 24.00 26.25 26.25 26.25 29.25 27.75 30.00 30.00 32.25 30.7560.00 -3.00 1.50 7.50 12.00 15.75 15.75 20.25 22.50 24.00 24.75 24.75 25.50 27.00 26.25 27.75 25.5070.01 -5.25 -0.75 4.50 8.25 13.50 13.50 16.50 18.75 20.25 21.75 23.25 23.25 24.75 24.00 23.25 23.2576.01 -6.75 -2.25 2.25 5.25 8.25 8.25 9.00 12.75 18.00 19.50 21.00 21.00 21.00 22.50 23.25 22.5083.02 -6.75 -4.50 0.00 2.25 4.50 5.25 6.75 9.75 13.50 16.50 17.25 18.75 18.75 20.25 21.00 20.25
Combusto avano de ignioAvano base E20 E25
Motores de Combusto Interna45
83.02 -6.75 -4.50 0.00 2.25 4.50 5.25 6.75 9.75 13.50 16.50 17.25 18.75 18.75 20.25 21.00 20.2595.02 -9.75 -7.50 -4.50 -2.25 0.00 0.75 3.00 4.50 9.75 11.25 12.75 14.25 15.00 15.75 17.25 18.75
600.00 800.00 1000.00 1240.00 1520.00 1760.00 2000.00 2300.00 2600.00 3000.00 3500.00 4000.00 4600.00 5100.00 5600.00 6200.009.75 3.00 3.00 2.25 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.75
15.00 3.75 3.75 3.75 1.50 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.7520.25 3.75 3.75 3.75 1.50 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.2524.75 3.75 3.75 3.00 0.75 0.75 0.00 0.00 0.75 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.0030.00 5.25 5.25 4.50 3.00 1.50 1.50 0.00 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 1.50 1.50 2.25 3.7539.75 9.75 9.75 9.00 7.50 6.00 5.25 4.50 2.25 1.50 1.50 3.00 4.50 5.25 6.75 6.00 2.2550.25 15.00 15.00 14.25 11.25 9.75 9.00 8.25 6.00 5.25 5.25 6.75 7.50 8.25 9.00 9.75 5.2560.00 16.50 16.50 16.50 12.00 11.25 11.25 9.75 9.00 8.25 8.25 9.00 9.75 9.00 9.00 9.75 9.0070.01 16.50 16.50 18.00 15.00 12.00 12.75 9.00 8.25 9.00 9.00 9.75 9.75 10.50 9.75 12.75 8.2576.01 18.00 17.25 18.00 15.00 12.75 12.75 11.25 7.50 9.75 9.75 9.00 9.75 9.75 9.75 10.50 7.5083.02 17.25 18.00 18.00 15.75 14.25 14.25 12.00 8.25 10.50 9.75 9.75 9.75 9.75 9.75 10.50 8.2595.02 15.75 16.50 17.25 15.00 13.50 13.50 11.25 11.25 8.25 8.25 9.00 8.25 8.25 8.25 8.25 6.00
Avano base lcool
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto avano de ignio
Ignio eletrnica atravs do presso de combustoHardware Unidade de controle Bobina Sensores (transdutor de presso, sensor de crank angle velocidade e posio)Controle
Motores de Combusto Interna46
Controle Realimentao da presso de combusto Vantagens: robusto contra perturbaes desconhecidas (combustvel, desgaste,
etc.) Desvantagens: custo dos sensores
requer altssima taxa de aquisiocontinua dependente de controle open loop para partida
-
Introduo
Presso da combusto e MBT Torque uma funo do momento da queima do combustvel
MBT ocorre quando o pico de presso acontece aproximadamente entre 14 - 15 depois do PMS
Esse valor muda para 16 - 17 em baixas rotaes e 12 - 13 em altas rotaes
Combusto avano de ignio
Motores de Combusto Interna47
MBT ocorre quando metade do combustvel queimado por volta de 7 - 8 depois do PMS
Esse valor muda para 9 - 10 em baixas rotaes e 5 - 6 em altas rotaes
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto Momento da fasca Atraso na fasca pico de presso mais tardio e com menor amplitude Combusto comea antes do final da compresso, continua durante o comeo da expanso e termina aps o ponto de presso mxima. Combustvel queimado antes do PMS para centralizar o pico de presso prximo ao PMS
Muito avanado (ex. 50 graus)subida do pisto comprime os gases em expanso
Motores de Combusto Interna48
os gases em expanso Muito retardado (ex. 10 graus)
volume muito expandido, pouco trabalho transferido para o pisto
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto Momento da fasca MBT (maximum brake torque) avano ideal
taxa de desenvolvimento e propagao da frente de chamacomprimento do caminho da chamadetalhes de como a chama extinta
Dependente: Projeto
Motores de Combusto Interna49
Projeto Condies de operao Propriedades do combustvel Propriedades do ar e dos gases queimados
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Relembrando que o ngulo de queima total (90% de queima) aumenta com a velocidade do motor necessidade de avano de ignio maior
B
r
a
k
e
T
o
r
q
u
e
Avano de ignio fixo
Combusto Momento da fasca
WOT
Motores de Combusto Interna50
N*
B
r
a
k
e
T
o
r
q
u
e
SA*
B
r
a
k
e
T
o
r
q
u
e
Rotao do motor fixa
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Velas gaps e temperatura
Gap estreito Fasca pode ser muito fraca ou pequena para
queimar o combustvel Vela funciona sempre em todos ciclos
Gap largo Vela pode no funcionar, ou falhar em altas
velocidades
Motores de Combusto Interna51
velocidades Fasca forte resultando em uma queima mais
limpa
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Velas gaps e temperatura
Eletrodo precisa de temperatura para funcionar 350-700C
Muito quente: Pr-ignio
Muito frio: Formao de depsitos de carbono Spark plug fouling
Motores de Combusto Interna52
Spark plug fouling Vela quente (melhor isolante trmico)
Mantm ponta mais quente Vela fria (conduz melhor calor da vela)
Ponta da vela com menor T
Auto-ignition rangeSafety rangeOperating temperature rangeSelf-cleaning temperature
Energy power
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
Os processos de combusto em M. I. F. podem ser classificados em:normal processo iniciado pela fascaanormal pr-ignio atravs de pontos quentesauto-ignio processos de detonao catalticos
Controle ou limitao de detonao em M. I. F. um objetivo chave em toda pesquisa e desenvolvimento de motores
Combusto anormal
depsitos de carbonovelas quentes
pontos quentes
Motores de Combusto Interna53
desenvolvimento de motores Detonao a combusto expontnia do end-gas (mistura ar-combustvel remanescente)
Sempre ocorre depois que a combusto normal foi iniciada Pre-ignio a ignio da mistura antes da fasca
Todo momento que qualquer ocorrncia fizer com que a misture incendeie antes da fasca temos pr-ignio
Os dois fenmenos so completamente diferentes e anormais, porm ambos aumentam fortemente a temperatura da cmara de combusto
Um efeito aumenta a chance do outro ocorrer, e ambos produzem efeitos similares
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Detonao nos Motores de Ignio por Fasca
gases queimados
mistura no queimadaAvano normal da chama
p
T
Motores de Combusto Interna54
chamas secundrias de auto-igniobaixa intensidade : auxiliam a combusto normal
aumentam a v frente chamaalta intensidade : originam o fenmeno da detonao
T
originam chamas secundrias
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Detonao nos Motores de Ignio por Fasca Caso seja formada uma segunda frente de chama, tem-se o aumento brusco da presso e conseqente propagao de ondas de choque Parte da mistura ar-combustvel pode entrar em ignio espontaneamente se pressurizada niveis altos o suficiente Knock o termo usado para o rudo emitido pelo motor gerado por essa combusto anormal
Motores de Combusto Interna55
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Detonao nos Motores de Ignio por Fasca Oscilaes de alta frequncia causadas pelo detonao so perceptveis e totalmente inaceitveis pelo operador do veculo Os altos picos de presso e de temperatura causados pela detonao podem:
danificar o motor por si s resultar na formao de pontos quentes que causaro pr-ignio que pode danificar o motor
Motores de Combusto Interna56
que pode danificar o motor Os danos mais simples so desgaste de partculas que podem circular pelo sistema de leo gerando desgaste em outras partes antes de serem aprisionadas pelo filtro de leo Detonao severa pode levar a falhas catastrficas na forma de buracos perfurados no pisto
causam despressurizao no cilindro introduzem grandes fragmentos de metal, combustvel e produtos da combusto no sistema de leo do motor
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Detonao nos Motores de Ignio por Fasca Tipicamente pode-se acabar ou prevenir a detonao
Diminuindo temperatura e presso durante a combustoReduzindo abertura da borboleta indesejvel por limitar performanceRetardando o tempo de ignio diminui o pico de presso da combustoAumentando rotao do motor (diminui pico de presso)Diminuindo a carga do motor
Motores de Combusto Interna57
Diminuindo a carga do motorUtilizando combustveis com octanagem mais alta
Nem sempre possvel ou desejadoEnriquecendo a mistura ar-combustvel
Combustvel extra ajuda a refrigerar o cilindro ao vaporizarReduo da taxa de compressoUtilizao de recirculao de gases de escapeInjeo de gua para reduzir temperatura de pico na cmara de combusto
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Detonao nos Motores de Ignio por Fasca Como detectar a detonao?
Ouvido humano funciona bem, mas apresenta certas dificuldades tcnicasO mais comum utilizar acelermetros no bloco do motor
Posicionamento problemtico cilindros surdosSondas ticas no cilindro podem ser utilizadas
Detonao acompanhada por um claro de alta intensidade
Motores de Combusto Interna58
Detonao acompanhada por um claro de alta intensidadePode-se utilizar a vela para detectar ionizao
Detonao acompanhada por um aumento brusco na ionizaoSensores de presso da combusto podem ser utilizados para detectar detonao
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.
O sensor de detonao mais comum montado no bloco do motor para determinar se est ocorrendo a detonao
Consiste de um acelermetro piezeltrico que produz um sinal eltrico analgico Transdutores de presso no cilindro so muito caros e por isso no muito usados
Detonao detectada filtrando-se o sinal da presso e computando-se a potncia mdia desse sinal
Ao receber um sinal de detonao o mdulo temporariamente retarda o tempo de
Detonao nos Motores de Ignio por Fasca
Motores de Combusto Interna5959
Ao receber um sinal de detonao o mdulo temporariamente retarda o tempo de ignio para evitar danos ao motor
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Anomalias da Detonao
Dano ao motor causado pela combinao de alta temperatura e alta presso
Exemplo: eroso e perfurao na superfcie do pisto
Motores de Combusto Interna60
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Anomalias da Detonao
queda no rendimento do motor tenses superficiais e trincas
Motores de Combusto Interna61
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Pr Ignio
aparece aps manifestaes seguidas de detonao originada em pontos incandescentes pontos incandescentes provocaro a ignio da mistura antes do salto da fasca provoca a queima da mistura antes do tempo normal a mistura queimada por uma fonte no controlada pode destruir o motor em curto espao de tempo
Motores de Combusto Interna62
pode destruir o motor em curto espao de tempo grande elevao na presso da cmara de combusto com a elevao da temperatura das paredes a pr-ignio comea a aparecer cada vez mais cedo
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Pr Ignio
Motores de Combusto Interna63
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Anomalias da Pr Ignio
eroso na superfcie do pisto queda no rendimento do motor tenses superficiais e trincas
Motores de Combusto Interna64
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Fatores que Influem na Detonao
Temperatura da mistura ar - combustvel na cmarareduz a probabilidade de detonao
rv
T ar admissoT paredes dos cilindros ( arrefecimento )
T
Motores de Combusto Interna65
Presso da mistura ar - combustvel na cmarareduz a probabilidade de detonao
rv
par admissop
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Fatores que Influem na Detonao Avano da Fasca
reduz a probabilidade de detonaoA Mistura ar - combustvel
aumenta a probabilidade de detonaoF
Motores de Combusto Interna66
aumenta a probabilidade de detonaoF Turbulncias
reduz a probabilidade de detonaot combustoTurb
Qualidade Anti Detonante do Combustvelreduz a probabilidade de detonaoadio de aditivos anti-detonantes ao combustvelQual
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses Combusto incompleta
qualidade do combustvel utilizado geometria da cmara de combusto meio especfico de ignio e queima utilizados
Subprodutos indesejveis (poluentes) monxido de carbono ( CO )
Motores de Combusto Interna67
monxido de carbono ( CO ) hidrocarbonetos no-queimados ( HC) xidos nitrosos ( NOX )
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses PROCONVE
15
20
25
CO
Motores de Combusto Interna68
0
5
10
89-96 92-93 Mar-94 Jan-97 May-03 Jan-07 Jan-09
COHCNOxRCHO2
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses PROCONVE
1,5
2
2,5
CO
Motores de Combusto Interna69
0
0,5
1
1,5
89-96 92-93 Mar-94 Jan-97 May-03 Jan-07 Jan-09
COHCNOxRCHO2
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses PROCONVE
(g/km) (g/km) (g/km) (g/km)Ano CO HC NOx RCHO289-96 24 2.1 2 0.1592-93 12 1.2 1.4 0.15
Mar-94 12 1.2 1.4 0.15
Motores de Combusto Interna70
Mar-94 12 1.2 1.4 0.15Jan-97 2 0.3 0.6 0.03May-03 2 0.3 0.6 0.03Jan-07 2 0.16 0.25 0.03Jan-09 2 0.05 0.12 0.02
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses ciclos
Motores de Combusto Interna71
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses ciclos Ensaio conforme (NBR 6601)
Primeira fase partida com motor frio ( 25 C), durao de 505s e percurso de 5,7 km
Segunda fase durao de 866s e percurso de 6,2 km
Soak
Motores de Combusto Interna72
tempo de 600s de veculo parado sem amostragem de gases Terceira fase
partida com motor aquecido aps o soak e circuito similar primeira fase
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses ciclos Clculo do consumo de combustvel
Mtodo volumtrico medio direta do volume de combustvel consumido durante o ciclo
Mtodo gravimtrico medio direta da massa de combustvel consumida durante o ciclo
Mtodo por balano de carbono (mais usual)
Motores de Combusto Interna73
calculado partir das massas de HC, CO e CO2 emitidas pelo veculo durante o ciclo
-
IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses ciclos
Motores de Combusto Interna74
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses - CO Monxido de Carbono
produto intermedirio da combusto resultado da queima incompleta de hidrocarbonetos formado durante as inscurses ricas do closed loop dissociao de CO2 regulado devido toxidade
Motores de Combusto Interna75
queima mais pobre controle melhor controle da razo ar/combustvel
ps-queima de gases de exausto atravs de catalisador
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses - HC Hidrocarbonetos No-queimados
final da frente de chama prximo as paredes do cilindro misfire em queima muito pobre combusto rica durante partidas perdas evaporativas combusto incompleta (tanto rica quanto pobre)
Motores de Combusto Interna76
variao de ar/combustvel entre cilindrossubstituio dos carburadores por injeo eletrnica
controle geometria da cmara de combustoreduo cataltica dos gases de escape
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses - NOX xidos Nitrosos
reao entre N e O altas temperaturas presena de oxignio em excesso (operao pobre) caractersticas do motor que afetam temperatura de pico
taxa de compressomomento da fasca
Motores de Combusto Interna77
refrigerao do motordiminuio da temperatura de pico
controle circulao externa (ex. EGR)circulao interna (ex. cruzamento de vlvulas varivel)reduo nos gases de escape no catalisador
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IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Emisses Catalisador
promove oxidao de HC e CO promove reduo dos NOX necessita de condio estequiomtrica
controle eletrnico da mistura
C
o
n
c
e
n
t
r
a
o
Motores de Combusto Interna78
EqR
C
o
n
c
e
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t
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a
o
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