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CAPITULO 5

Potncia mximaRegulagem da carga Enchimento do motor

Volvo Powertrain - Julio Lodetti 2

Indice

1. Procura da potncia mxima de um motor;2. Regulagem de carga para motores

clssicos;3. Caracterizao das operaes de

transvazamento de gases;4. Definies relativas a mistura combustvel


1. Procura da potncia mxima de um motor Consideraremos uma mquina a combusto mono-cilindro,

contendo uma massa de ar Mar podendo participar da combusto.

O mximo trabalho indicado que pode ser fornecido a cada ciclo pode ser descrito:

nc: N de tempos motores por segundo; q: Energia calorifica da mistura associada a unidade de masa de ar

(kJ/kg de ar); Mair: Massa de ar que participa na combusto:

thairi qMW ..= P n M qi c air th= . . .

Vazo de ar


1. Procura da potncia mxima de um motor

A potncia efetiva :

thairi qMW ..= P n M qi c air th= . . .

Vazao de ar

( )P n M qe c air th org= . . . . A vazo de ar, energia especfica e rendimentos no so totalmenteIndependentes.


Para un rendimento dado, a potncia mxima obtidapara uma riqueza 1

Se realizamos essa regulagem,ou seja, relaoar/combustvel fixa, para aumentar a potncia atuaremossobre:

th

q = qs para 1q = .qs para < 1

GasolinaDiesel

Procura potencia Procura potencia maximamaxima dumdum motormotor

org Diminuindo as perdas mecnicas (atritos e auxiliares)

nc n de cilindros

N ou n de tempos motor por volta

VuMelhorando o enchimento em arMair

( )P n M qe c air th org= . . . .


Aumento da potncia por N1. A vazo de ar aumenta com N at um certo limite, a

partir do qual comea a diminuir o rendimentovolumtrico do motor.

2. N esforos mecnicos (aceleraes f(N2))

3. N atritos

4. N carga trmica do motor:


carga trmica PME * Vp


Duas possibilidades:

O ciclo dois tempos: Permite um tempo motor por volta.

Motores a duplo efeito nos quais duplicamos os tempos motores fazendo atuar os gases acima e abaixo do pisto. Esta soluo j foi usada em motores Diesel LENTOS. Mas devido a sua complexidade tecnolgica, foi substitudo pela estratgia de sobre-alimentao.


Aumento da potncia pelo aumento do numero de tempos motores por volta


Para un motor com:

Geometria conhecida (Vu, ncilindros, ) N fixo Rendimentos e invariveis

Aumento da potncia por melhoramento do enchimento em ar


orgth

O aumento de potncia s pode ser conseguido aumentando-se a massa de ar que pode participar da combusto


Rendimento volumtrico:

Caracteriza a massa de ar aprisionada dentro de um cilindro de dimenso qualquer ( cilindrada de referncia) sob uma determinada condio de funcionamento

Em aspirao natural, o enchimento motor depende em primeiro lugar do circuito de alimentao em ar do motor:


vair

ref

MM

= Mref = adm . Vcyl

adm Densidade do ar no sistema de admisso

ou

Densidade no ar atmosferico

Circuito admisso Sistema de distribuio


Sedes de vlvulasOtimizao do escoamento

Admisso Escapamento

STDSTD

Otimizado-3 ngulos na sede-Vlvula com rea decontato menor

Otimizado-3 ngulos na sede


Otimizao do fluxo no cabeotebanca de fluxo


Sistemas de distribuio nos motores alternativos


Diagrama terico

AOA: Avano da abertura da admissoRFA: Retardo de fechamento admissoAOE: Avano abertura escapamentoRFE: Retardo fechamento escapamento

Diagrama real

Consideram-se as inrcias da massa de ar;

A abertura e fechamento das vlvulas no instantneo

PMH

PMB



Diagrama terico

AOA: Avano da abertura da admissoRFA: Retardo de fechamento admissoAOE: Avano abertura escapamentoRFE: Retardo fechamento escapamentoDiagrama real

Consideram-se as inrcias da massa de ar;

A abertura e fechamento das vlvulas no instantneo

PMH

PMB




ESCAPAMENTO

Cruzamento

ADMISSO

Levantamentode

enquadramento

Nos ltimos anos, grande desenvolvimento dos sistemas de distribuio varivel:

Defasagem do eixo de comando;

Variao amplitude do levantamento das vlvulas;

No futuro: Comando eletro-magnetico ou hidrulico das vlvulas.



CAMELESS Renault e VALEO: eletromagntico



CAMELESS LOTUS: Hidrulico e/ou pneumtico



Vlvulas rotativas ou esfricas


Sistemas de distribuionos motores alternativos

BMW Valvetronic



Operating Parameters: Valve lift is variable between 0 and 9.7 mm. Adjustment of the worm gear from one extreme

to the other takes 300 milliseconds. Combined with double-Vanos valve timing

technology, the camshaft angle relative to the crankshaft can be adjusted by up to 60.

The intermediate arm is finished to a tolerance of 0.008 mm.

The cams controlling the eccentric shaft are machined to tolerances of a few hundredths of a millimeter.

http://www.bmwworld.com/technology/vanos.htm



Acionamento

DESMODRMICO

Principais construtores a utilizar a soluo:

Salmson type M9 nos anos 20; Mercedes-Benz nos anos 50; Ducatti nos dias de hoje



Lift

Velocidade

Acelerao


Sistemas de distribuio nos

motores alternativos


Sistemas de distribuio nos

motores alternativos

Motor 2.0 TURBO Rallye

Motor 2.0 TURBO Super Turismo


Sobre-alimentao dinmica: Baseada em fenmenos de pulsao que aumentam a presso

dos gases na admisso. Depende das caractersticas dos condutos de admisso e

escapamento: comprimento, forma, dimetro, ... S funciona para pequenas faixas de regime.

Circuitos de admissoProcura potencia Procura potencia maximamaxima dumdum motormotor

Sistemas de admisso varivel:


Circuitos de admisso


Exemplo de rendimento volumtrico Motor Wankel


Sobre-alimentao

Mtodo generalizado hoje, pode ser por : Turbo-compressor Compressor movimentado mecanicamente (BLOWER)


Normalmente se associa um radiador (intercooler) para arrefecer o ar antes de chegar ao cilindro.

Mp Vr Tair

cyl=..


Sobre-alimentao por Turbo-Compressor


Aplicaes Diversas Turbo-Compressor


Aplicaes........


Sistema de admisso com compressor volumtrico Blower

The TVS superchargers patented design features four-lobe rotors and high-flow inletand outlet ports that greatly enhance thermal efficiency, deliver higher volumetriccapacity, and enable higher operating speeds. The improvements incorporated into theTVS design allow for the use of a smaller supercharger, reducing the package size andweight of the system. The sizes range from 350cc to 2300cc per revolution, and coverengines from 0.6 liter up to large displacement V-engines. All TVS superchargers have a 2.4 pressure ratio capability and a thermal efficiency that exceeds 70 percent, whichenables more compact packaging and greater output. => FONTE: EATON



Rotor Speed

Eficincia

62%


Sistema de admisso com Blower tipo Roots


Sistema de sobre-alimentao com Blower tipo Roots

Bentley 1929 Le Mans winer

J Lodetti

J Lodetti

J Lodetti


Sistema de sobre-alimentao com Blower tipo Roots....OPS!!!


Sistema de admisso com Blower tipo Roots

MAD MAXFord XB Falcon Hardtop 1973

The motor in Max's car may have been a 300 horsepower 351 cubic inch(about 5.7 liters) V8 but there is some controversy. It has a Weiandsupercharger that is non-functional. I don't believe anyone has ever made a functional supercharger which can be switched on and off . In the movies, the supercharger was actually driven by an electric motor rather than by theengine itself. So, even though it is said in Mad Max (the movie) that the caris 600 hp, it was in actuality only 300 hp. However, if the supercharger wasfunctional, it just might be possible to generate about 600 hp but the engineprobably wouldn't last very long.


Sistema de sobre-alimentao com Paxton

J Lodetti


Sistemas de sobre-alimentaoCompressor G by VW


Sistemas de sobre-alimentaoCOMPREX


Index

1. Procura da potncia mxima de um motor;2. Regulagem de carga para motores clssicos;3. Caracterizao das operaes de transvazamento de

gases;4. Definies relativas a mistura combustvel


Regulagem da carga nos motores clssicos

Os rendimentos e dependem das caractersticas de construo, de regulagem e das condies de utilizao do motor.

Para um N fixo, o utilizador pode regular a carga do motor atuando sobre:

Motor a igniao centelha:

Motor Diesel:

orgth

*. , . qMeequivalentseuqM melair =

-Atuamos sobre Mair (borboleta)

-q* (energina calorfica especifica) sensivelmente cosntante pois R = cte

-Atuamos sobre vazo de combustvel q

-Mair sensivelmente constante


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1. Procura da potncia mxima de um motor;2. Regulagem de carga para motores clssicos;3. Caracterizao das operaes de transvazamento de



Caraterizao geral das operaes de transvasamento nos motores

Em um motor, a quantidade de ar aprisionada no cilindro pode ser bastante menor que quantidade que atravesaele.

Podemos caracterizar os transvasamentos por rendimentos:

-Taxa de entrega:

-Rdto de entrega:

-Rdto de enchimento:

- Rdto. De varredura:

- Carga relativa:

L mM

a=

tgf

a

mm

=

RmMrgf=

bgf rm

mm m

m= =

1

1

1

C mM

m mMrel

gf r= =+1

M Vr Ta cyl a

= = ..

p Va cyl.


Caracterizao geral das operaes de transvazamento nos motores

Caso dos motores sobrealimentados: M de referencia calculada com as condioes de P e T no coletor de admissao.

Relaao de varredura: R mM collecteur d admissions

a=( )


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1. Procura da potncia mxima de um motor;2. Regulagem de carga para motores clssicos;3. Caracterizao das operaoes de transvasamento de



Definies relativas a mistura combustvel

Servem para alguns estudos particulares:

fornecidalcombustve de Massafornecidaar ed Massa fornecido eCombustiblAirlaao =)/(Re

cilindro no aaprisionad lcombustive de Massacilindro no aaprisionad ar de Massa aaprisionad eCombustiblAir Rapport =)/(

Puret Masse d air dans la ch e retenueMasse totale de la ch e retenue

=arg

arg


Anlise simplificada do enchimento dinmico

Para TODO motor, o sistema de admisso, do ar ambiente at os cilindros, constitui um sistema ressonante.

O mesmo vlido para o sistema de escapamento do motor.

Similar ao que indica a figura ao lado.

Abordaremos neste tpico, somente os fenmenos ligados a admisso do motor.


Com a vlvula fechada, o duto de admisso se comporta como um tubo fechado em uma extremidade

1 : chegada a extremidade aberta, a onde de presso se reflete em onda de presso

2: A onda de depresso se reflete na vlvula (extremidade fechada) sem mudar de sinal;

3: De retorno a extremidade livre, a onda volta para a vlvula em forma de onde de presso



Com a vlvula fechada, o duto de admisso se comporta como um tubo fechado em uma extremidade.

- Entre 2 oscilaes de presso ( ou depresso) a onde percorre 4x o comprimento do duto. O sistema vibra ento a de onda.

Onde:L = comprimento do dutoC = velocidade de propagao da onda

= velocidade do somf = freqncia de vibrao



No caso real, s se beneficia de uma sobre-alimentao acstica se no momento de abertura da vlvula (AOA) a onde de presso refletida no conduto esteja em fase com a onde de depresso provocada pelo movimento de descida do pisto.



No caso real, NO se beneficia de uma sobre-alimentao acstica se no momento de abertura da vlvula (AOA) a onde de presso refletida no conduto esteja em fase INVERSA com a onde de depresso provocada pelo movimento de descida do pisto.



Exemplo:L = 600 mm = 0,6 mT = Temperatura mdia dos gases na

admisso = 40 C ~313 Ka = 300!! = ngulo de abertura da

vlvula de admissoElocubrando-se matematicamente o

efeito do ngulo de abertura da vlvula tem-se os regimes de acordes:


Para K (1,2,3,4...)= sobre-alimentao positiva

Para K (1,5 ; 2,5 ; 3,5 ;...)= sobre-alimentao negativa



A curva de enchimento volumtrico de um motor modulada por sobre alimentaes ( K inteiro) e subalimentaes acsticas.

Isto se deve ao fato que a coluna gasosa vibra em de onda dentro do duto de admisso e entre 2 aberturas da vlvula



A TODO momento, na fase de admisso, podemos considerar que a presso Pque reina logo antes da vlvula de admisso, resulta de 2 componentes:

Oscilao forada: Pelo pisto

Oscilao livre: Dependente das caractersticas geomtricas e acsticas do duto de admisso.



Volume varivel



Sobreposio dos 2 tipos de oscilao, ao longo de um ciclo.


Influncia da rotao sobre o enchimento

Existe uma rotao do motor que causa uma ressonncia na admisso.

A velocidade dos gases frescos NULA na seo da vlvula quando de seu fechamento.

A presso no CILINDRO ento MXIMA e igual a presso no duto de admisso.

LOGO: Enchimento MAXIMO em ar do motor.


Influncia da rotao sobre o enchimento Se o regime de rotao for

MENOR que o de ressonncia;

A velocidades dos gases frescos se anula ANTES do fechamento da vlvula de admisso;

E antes que ela se feche, a velocidade dos gases frescosse INVERTE e volta para o circuito de admisso.

LOGO: Perda de enchimento em ar.


Influncia da rotao sobre o enchimento Se o regime de rotao for

MAIOR que o de ressonncia; A vlvula se FECHA antes que

a velocidades dos gases frescos seja nula quando do fechamento da vlvula de admisso;

No d tempo ento para encher completamente o cilindro;

LOGO: Perda de enchimento em ar.

CAPITULO 5Indice1. Procura da potncia mxima de um motor1. Procura da potncia mxima de um motorAumento da potncia por NAumento da potncia pelo aumento do numero de tempos motores por voltaAumento da potncia por melhoramento do enchimento em arSedes de vlvulasOtimizao do escoamentoOtimizao do fluxo no cabeotebanca de fluxoSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosSistemas de distribuio nos motores alternativosCircuitos de admissoCircuitos de admissoExemplo de rendimento volumtrico Motor WankelSobre-alimentaoAplicaes Diversas Turbo-CompressorAplicaes........Sistema de admisso com compressor volumtrico BlowerSistema de admisso com compressor volumtrico BlowerSistema de admisso com compressor volumtrico BlowerSistema de admisso com Blower tipo RootsSistema de sobre-alimentao com Blower tipo RootsSistema de sobre-alimentao com Blower tipo Roots....OPS!!!Sistema de admisso com Blower tipo RootsSistema de sobre-alimentao com PaxtonSistemas de sobre-alimentao Compressor G by VWSistemas de sobre-alimentao Compressor G by VWRegulagem da carga nos motores clssicosCaraterizao geral das operaes de transvasamento nos motoresCaracterizao geral das operaes de transvazamento nos motoresDefinies relativas a mistura combustvelAnlise simplificada do enchimento dinmicoAnlise simplificada do enchimento dinmicoAnlise simplificada do enchimento dinmicoAnlise simplificada do enchimento dinmicoInfluncia da rotao sobre o enchimentoInfluncia da rotao sobre o enchimentoInfluncia da rotao sobre o enchimento

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