combustão - otto

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


Combusto - Motor de Ignio por Fasca



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


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

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Motores a 4 Tempos - 4T



P

r

e

s

s

o

d

o

C

i

l

i

n

d

r

o

vlvula de escape abrevlvula de

fasca


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.


P.M.I.

S admisso de combustvel lquido gasoso


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


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


dosagem ar + combustvel carburador injeo eletrnica


Sistema de injeo eletrnica de combustvel

Carburador


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


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


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


Melhor economia de combustvel obtido para menor do que 1,0 (at limite de misfire)

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)


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

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


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

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Comando de vlvulas - sincronismo


efeito do sincronismo de comando de vlvulas

IVO (antes PMS)

EVC (depois PMS)

IVC (depois

PMI)

EVO (antes PMI)

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Comando de vlvulas - sincronismo


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


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

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.


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


Mistura comprimida Total vaporizao e homogeneizaodo combustvel no ar

Compresso

P.M.S.

S

V.A. V.E.


Vaporizao / homogeneizao volatilidade do combustvel

P.M.I.

S


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


incio das reaes de oxidao

PMSPMSAPMS


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


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



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

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.


Vlvulas maiores Alta razo de superfcie por

volume (ruim)

volume Queima mais eficiente Menor regio de end ga Menos sujeito a detonao

IntroduoCmara de combusto - tiposCombusto M.I.F. e M.I.C.


Depende do objetivo do projeto economia vs. performance

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



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

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Fases da Combusto Normal

Retardamento qumico


Propagao da frente de chama

Combusto esparsa


ppmax

Evoluo da presso com a propagao da chamaCombusto - Fases da Combusto Normal


ngulo da manivela

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Propagao da Frente de Chama

Mistura no queimada

Gases queimados


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

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Retardamento Qumico da Combusto


tretardamento qumico da combusto

aparecimento da fasca

formao da frente de chama

Retardamento Qumico da Combusto : cte e particular de cada tipo de combustvel

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Retardamento Qumico da Combusto

Frente de Chama


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


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


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

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


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.

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Evoluo da Frente de Chama



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


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


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


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)



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??


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



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

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


muita turbulncia contribui para a extino da chamareduz a potncia de sada indicada

2. Temperatura melhora a volatilidade e aumenta a velocidade

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


5. Gases Residuais reduzem a velocidade

6. Avano da Fasca : acelera a reao

IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Combusto - Evoluo da Frente de Chama

retardamento

avanop relaciona : p

liberao de calorenergia

ddp

=tan

combusto


fasca sem combusto

energia

ddp

=v chama frente

mximoddp

Ideal : junto ao PMS promove

tensesrudos

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.


do ar e do motor (gua), da composio da mistura, etc.


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


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

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


Menos partes mveis (menor desgaste) Grande flexibilidade no controle do ponto de ignio

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


Avano de fasca em cargas baixas era obtido mecanicamente usando o vcuo do coletor de admisso

Outros efeitos eram ignorados


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)


Sistema integrado com gerenciamento de combustvel (e borboleta) Pode integral lgica de controle de detonao (ativo ou passivo)


Ignio eletrnica atravs do ngulo do virabrequimHardware Unidade de controle Bobina Sensores (TPS, sonda Lambda, temperatura do motor, MAF, TMAP, etc.)Controle


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

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


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


Ignio eletrnica atravs do presso de combustoHardware Unidade de controle Bobina Sensores (transdutor de presso, sensor de crank angle velocidade e posio)Controle


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


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


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


Projeto Condies de operao Propriedades do combustvel Propriedades do ar e dos gases queimados


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


N*

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SA*

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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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


IntroduoCombusto M.I.F. e M.I.C.Anomalias da Detonao

queda no rendimento do motor tenses superficiais e trincas


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


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


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


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


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


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 )


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


0

5

10

89-96 92-93 Mar-94 Jan-97 May-03 Jan-07 Jan-09

COHCNOxRCHO2


1,5

2

2,5

CO


0

0,5

1

1,5

89-96 92-93 Mar-94 Jan-97 May-03 Jan-07 Jan-09

COHCNOxRCHO2


(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


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


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


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)


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


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


queima mais pobre controle melhor controle da razo ar/combustvel

ps-queima de gases de exausto atravs de catalisador

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)


variao de ar/combustvel entre cilindrossubstituio dos carburadores por injeo eletrnica

controle geometria da cmara de combustoreduo cataltica dos gases de escape

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


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

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

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combustão - otto

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