motores tÉrmicos...maior controle da mistura ar-combustível. maior economia de combustível ....

MOTORES TÉRMICOS

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 24-25 – MCI: INJEÇÃO E IGNIÇÃO EM MOTORES OTTO

Tipo de Mistura em Relação ao Comportamento do Motor

◦O comportamento da mistura não dependeapenas da sua composição média, masprincipalmente da homogeneização do vaporde combustível no ar.

◦Em certas condições, pode-se ter uma misturacom FR(Fração Relativa=FA/FAe)>1 apresentandocomportamento de mistura pobre, por falta dehomogeneização, tem-se , como exemplo, ocaso do motor frio, no qual a falta devaporização causa sinais de pobreza, mesmoque a mistura, em media, esteja extremamenterica.

Prof.: Kaio Dutra

Tipo de Mistura em Relação ao Comportamento do MotorLimite Pobre

◦É mistura mais pobre possível emcombustível, que ainda possibilite manter omotor estável e operando em MBT(maximum brake torque).

◦A chama, excessivamente lenta, irá manter-sedurante grande parte do curso de expansão epossivelmente até o fim do escape , início deadmissão.

Prof.: Kaio Dutra

Tipo de Mistura em Relação ao Comportamento do MotorLimite Pobre

◦Esse fenômeno provoca o superaquecimentoda câmara e a ignição da mistura admitida,causando retorno de chama (back fire). Omotor nessa situação torna-se instável, nãoconseguindo rotação constante, mesmofixando o acelerador e a carga no eixo.

◦Em condições normais, de uma forma geral, olimite pobre para motores Otto acontece paramisturas com FR entre 0,7 e 0,85.

Prof.: Kaio Dutra

Tipo de Mistura em Relação ao Comportamento do MotorMistura Econômica

◦Em geral, é uma mistura levemente pobre ,de forma que o excesso de ar provoque umacombustão completa e adequada docombustível admitido. E a mistura que , nacondição desejada para o motor, produz omínimo consumo especifico. Contribuitambém para a redução da emissão demonóxido de carbono (CO).

Prof.: Kaio Dutra

Tipo de Mistura em Relação ao Comportamento do MotorMistura de Máxima Potência

◦É uma mistura levemente rica, de forma queo excesso de combustível provoque acombustão completa e adequada do ar que omotor pode admitir. É a mistura que , numadada rotação e posição do acelerador, produza máxima potência. Nessa situação aumentaa probabilidade da emissão de monóxido decarbono (CO).

Prof.: Kaio Dutra

Tipo de Mistura em Relação ao Comportamento do MotorLimite Rico

◦É uma condição na qual o excesso decombustível dificulta a propagação dachama. A vaporização em excesso (consomeenergia térmica), sem a respectiva combustão(libera energia térmica), por falta de ar,provoca diminuição da temperatura nacâmara de combustão, com consequenteextinção da chama. Como consequência, háinstabilidade na rotação de funcionamentodo motor.

Prof.: Kaio Dutra

Sistemas de Injeção para MIF◦O dimensionamento do sistema está

diretamente relacionado com o comportamentodo motor, assim a ferramenta a ser utilizada devepermitir que seja variada a quantidade damistura para cada condição de rotação e posiçãoda borboleta aceleradora.

◦Fixada a rotação e a posição da borboleta, aferramenta deve permitir a variação da massa decombustível admitida.

◦As ferramentas utilizadas são:◦ Carburador;◦ Sistemas de Injeção.

Prof.: Kaio Dutra

Sistemas de Injeção para MIFCarburador Elementar

◦ Constitui-se de um reservatório denominadocuba ( 9), no qual o nível do combustível émantido aproximadamente constante por umaboia (8) que através de uma válvula de agulha(10), regula a entrada de combustível enviadopor uma bomba (11). A vazão de ar é reguladapela perda de carga estabelecida por umaborboleta aceleradora (2), Na qual tem acesso ooperador, por meio do acelerador. O ar passapor um Venturi (4) que na garganta aumenta avelocidade do fluxo, causando depressão e aconsequente sucção do combustível da cuba (5).

Prof.: Kaio Dutra


◦A vazão do combustível, para uma dadasucção, pode ser dimensionada por umaperda de carga maior ou menor. Esta éestabelecida em função do tamanho dogicleur (5) utilizado.

◦Ao aumentar a vazão de ar pelo Venturi avelocidade na garganta aumenta, comconsequente aumento da depressão e, portanto da sucção do combustível, mantendouma relação combustível-ar teoricamenteconstante .

Prof.: Kaio Dutra


◦Na prática a constância da relaçãocombustível-ar ar não se verifica pois avelocidade do ar aumenta, a densidadedo mesmo diminui produzindo umavazão em massa menor do que a queseria produzida se o ar fosseincompressível.

◦Dessa forma, para vazões cada vezmaiores, a mistura tem uma tendência aenriquecer cada vez mais.

Prof.: Kaio Dutra

Sistemas de Injeção para MIFSistema de Injeção

◦De forma análoga aocarburador elementar, uma vezfixada a rotação e a posição daborboleta aceleradora, osistema de injeçãoproporcionará a variação demassa de combustíveladmitida para se atingir arelação ar-combustíveldesejada.

Prof.: Kaio Dutra

Sistemas de Injeção para MIFCurva Característica◦Para o dimensionamento do sistemade injeção é necessário conhecer ocomportamento do motor em cadacondição de funcionamento.

◦Fixada a rotação e a posição doacelerador, varia-se a massa decombustível admitida. Desta forma épossível obter curvas característicasda operação.

Prof.: Kaio Dutra

Sistemas de Injeção para MIFCurva Característica

◦Ao repetir este ensaio para diversas aberturasde borboleta, sempre mantendo a rotação,poderá ser obtida um família de curvas.

Prof.: Kaio Dutra


◦Para uma mudança de coordenada,pode-se obter as curvas de anzol.

◦O mínimo consumo em uma dadarotação, para todas as aberturas daborboleta, é obtido na evolvente dos“anzóis”.

Prof.: Kaio Dutra


Prof.: Kaio Dutra

Carburador◦O carburador elementarnão é capaz de atender asmisturas desejadas pelomotor a menos que sejadotado de algunsdispositivos auxiliares.

Prof.: Kaio Dutra

https://www.youtube.com/watch?v=9DbWhtyvWBI

https://www.youtube.com/watch?v=9DbWhtyvWBI

Carburador◦ Basicamente os sistemas auxiliares

aplicados num carburador são:◦ Sistema de par tida à frio: composto por

uma segunda borboleta que proporcionaarraste de combustível por todos osorifícios proporcionando uma misturabastante rica assegurando facilidade deiniciar o funcionamento (ligar) mesmo àfrio.

◦ Sistema de marcha lenta e progressão:garantem uma passagem suave da marchalenta para as rotações mais altas atravésde furos situados estrategicamente acimada borboleta, introduzindo combustívelcom a carga.

Prof.: Kaio Dutra

Carburador◦Basicamente os sistemas auxiliares

aplicados num carburador são:◦ Sistema principal: constituído de uma

saída (ligada a cuba) que fornece ocombustível na garganta do Venturi.

◦ Sistema de aceleração rápida: insere,por meio de bomba de membrana,quantidade adicional de combustível,sempre que há brusca abertura daborboleta aceleradora compensandoassim a entrada de ar adicional.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Mecânica para MIF◦ O Sistema de injeção mecânica é utilizado

desde 1925 em motores de avião, poisindepende dos efeitos da gravitaçãopermitindo trabalhar em qualquer posição eapresentar menor sensibilidade aocongelamento. A partir de 1950, começou aser usado com bombas em linha em veículosde competição.

◦ Este sistema:◦ Não possui sistema eletrônico de gerenciamento.◦ Injeta o combustível continuamente .◦ Apresenta controles de partida a frio; marcha

lenta; aceleração parcial e aceleração total.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Mecânica para MIF◦ A medição da vazão de ar é efetuada por meio

de um prato posicionado num Venturi (10). quedistribui a passagem do ar.

◦ Para que o motor possa respirar a posição dofecho e seu deslocamento, correspondente auma certa vazão de ar, é convertido numa vazãode combustível proporcional.

◦ O deslocamento do prato é transmitido, pormeios mecânicos, ao controlador-distribuidor decombustível, que fornece uma maiorou menor vazão de combustível aos injetores.

◦ A abertura dos injetores dá-se por meio dapressão de alimentação do combustível,controlada pela bomba (13) e pelo controlador-distribuidor.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Mecânica para MIF

◦ 1-Injetor de Combustível;◦ 2-Coletor de Admissão;◦ 3-Regulador de ar

adicional;◦ 4-regulador de pressão de

comando;◦ 5-Sensor temperatura do

motor;◦ 6-Distribuidor de ignição;◦ 7-Injetor suplementar;◦ 8-Borboleta de aceleração;◦ 9-Parafuso de regulagem

de marcha lenta;

◦ 10-Regulagem de mistura;◦ 11-Chave de ignição;◦ 12-Relé de comando;◦ 13-Bomba de combustível;◦ 14-Acumulador de

combustível;◦ 15-Filtro de combustível;◦ 16-Tanque de

Combustível.

Prof.: Kaio Dutra

◦Na figura estão apresentados osseguintes componentes:

Injeção Eletrônica para MIF◦Nos sistemas mais difundidos atualmente, ocombustível será injetado no sistema deadmissão, junto à válvula de admissão ou nopróprio coletor de admissão e admitido porsucção, com o fluxo de ar durante a aberturada válvula de admissão.

◦Logo, o sistema injetor para Otto não precisaser de alta pressão, a homogeneização damistura é realizada no próprio coletor deadmissão e se completa no interior cilindrodurante a admissão e compressão.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIF◦As vantagens que o sistema injetortem sobre um sistema de carburaçãoconvencional são em geral:◦ Maior controle da mistura ar-combustível.◦ Maior economia de combustível .◦ Melhor dirigibilidade , principalmente a

frio.◦ Controle automático das rotações máxima

e mínima.◦ Melhor controle do nível de emissões.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIF◦A figura apresenta os sinais deentrada na Engine Control Unit(ECU) considerados no cálculoda massa injetada decombustível.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIF◦O subsistema de ar determina a quantidade

de ar admitido pelo motor em todos osregimes de funcionamento do motor,através dos componentes:◦ Filtro de ar.◦ Corpo de borboleta.◦ Coletor de admissão.◦ Sensor de posição de borboleta.◦ Sensor de temperatura do ar.◦ Sensor de pressão absoluta.◦ Sensor de vazão de ar.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIF◦O acionamento da borboleta pode ser viacabo, conectado mecanicamente aopedal do acelerador, ou via chicoteelétrico, por meio de sinais elétricoscomandados pela Engine Control Unit(ECU).

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIF◦O subsistema de combustível

fornece a quantidade adequadade combustível, sob pressão, emtodos os regimes de trabalho domotor quando o motor édesligado o sistema deve manteruma pressão residual, de forma aevitar a formação de bolhas devapor de combustível, quepoderão comprometer a próximapartida.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIF◦O combustível é pressurizado

por uma bomba elétrica, quepode ser instalada ao longo dalinha de combustível, antes dofiltro de combustível. A bombade combustível também podeser instalada no interior dotanque de combustível.

◦A vazão da bomba elétrica decombustível pode ser de até120L/min.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIFClassificação dos Sistemas

◦ Os sistemas de injeção podem serclassificados:◦ Quanto ao número de injetores:

monoponto (single point) ou multiponto(multipoint).

◦ Quanto à posição do injetor: junto aocorpo de borboleta (CFI – central fuelinjection), próximo à válvula de admissão(PFI - port fuel injection) ou no interior dacâmara de combustão (DI - Directinjection);

◦ Quanto ao combustível utilizado: nosistema dedicado (utiliza um únicocombustível) ou sistema multicombustível(Flex), que utiliza misturas de combustível.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIFClassificação dos Sistemas

◦Os sistemas de injeção podem serclassificados:

◦Quanto à tecnologia: analógica(sinal contínuo que varia emfunção do tempo) no tempo e emamplitude) ou digital (sinal comvalores discretos, descontínuos).

◦Quanto à sequencia de injeção:simultânea (full group) ousequencial fasado.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIFSistema Analógico

◦Esses sistemas são multiponto,analógicos, com injeção fullgroup. O controle do sensor deoxigênio (sonda lambda) é feito eo sistema é dedicado a um únicocombustível.

◦Em função da vazão de ar nocoletor de admissão (posição daborboleta), o sensor da palhetagira para mais ou menos sobre oeixo.

Prof.: Kaio Dutra


◦O cálculo da massa decombustível injetado édeterminado pelo tempo deabertura dos injetores, sendo osinjetores basicamente válvulassolenóides de duas posições,aberta ou fechada. Para que amassa de combustível injetadoseja diretamente proporcional aotempo que o injetor permaneceaberto deve-se garantir que adiferença de pressão do coletorde admissão seja constante.

Prof.: Kaio Dutra


◦Com esses primeiros sistemas deinjeção eletrônica de combustível,já era possível interromper aalimentação do motor emmanobras de desaceleração como veiculo engrenado (cut-off),garantindo menor consumo decombustível.

◦Essa estratégia considera aposição do pedal do acelerador,indicada pelos interruptores deposição da borboleta.

Prof.: Kaio Dutra

Injeção Eletrônica para MIFSistema Digital

◦A eletrônica digital permite autilização de estratégias decontrole de motor maiseficazes.

◦Esses sistemas multiponto,digitais, com injeção sequencialfasada. O controle do sensor deoxigênio (sonda lambda), osistema é flexível à misturas decombustível.

Prof.: Kaio Dutra


◦O sistema digital possui aflexibilidade de se alterar osparâmetros de controle da lógica,que ficam armazenados no ECU.

◦A ECU é um microprocessadorcuja função é a de operar oprograma de controle , onde sãoconsideradas as informações quechegam dos sensores e geradosos comandos para os atuadores.

Prof.: Kaio Dutra


◦ Para isso, o sistema conta com dois tiposde memória:◦ A memória ROM:◦ Armazena o programa que faz funcionar a

ECU e nunca se apaga;◦ Armazena as características do motor (os

mapas de injeção e de ignição);◦ Não permite alterações.

◦ A memória RAM:◦ É permanente para leitura/cálculos;◦ É volátil, ou seja, se apaga ao desligar a

alimentação da ECU;◦ Armazena mapas adaptativos de desgaste

do motor, modos de dirigir e possíveisfalhas do motor.

Prof.: Kaio Dutra


◦ A partir do sinal da sonda lambda, aECU, se necessário, realiza correçõesda massa de combustível injetada.Essa funcionalidade apresenta comovantagens exatidão e a estabilidadedo controle de massa de combustível,além de possibilitar a utilização decombustível de diferentespropriedades em um mesmo motorsem a necessidade de mudança decomponentes, sendo os motoresmulticombustível (flex) os maioresexemplos dessa tecnologia.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de Ignição◦O sistema de ignição de um veículoé o sistema responsável pelofornecimento de uma centelhaelétrica (faísca) para cada um doscilindros, objetivando com isso ageração da combustão da misturaar-combustível admitida.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoComponentes

◦Um sistema de ignição deverá ser capaz derealizar três funções distintas e igualmenteimportantes:◦ Função transformadora: o sistema deverá estar apto a

elevar a tensão disponível na bateria para valores detensão necessária para a geração da faísca.

◦ Função distribuidora: o sistema deverá distribuir afaísca nos cilindros na ordem correta de ignição.

◦ Função avanço/atraso: o sistema deverá,automaticamente, liberar a faísca no instante corretoao cilindro, compatível com o estabelecido nodesenvolvimento do motor.

Prof.: Kaio Dutra


◦ É necessária uma tensão mínima deaproximadamente 5kV na vela deignição para a geração da faíscaelétrica. Como, porém, a bateria dispõeapenas de 12V, surge a necessidade dainclusão de um segundo elemento aesse sistema, conhecido como bobinade ignição.

Prof.: Kaio Dutra


◦ A partir da tensão gerada pela bobina deignição, é necessário fazer com que ela possaser disponibilizada para cada uma das velas deignição instaladas no motor, além de executara sequência de ignição previamentedeterminada no projeto defuncionamento/operação do motor.

◦ Surge então o terceiro elemento do sistema deignição, conhecido como distribuidor. Odistribuidor é acoplado diretamente nocomando de válvulas do motor, sendo a altatensão transmitida para as velas de igniçãoadequadamente em função da rotação domotor utilizando o rotor distribuidor(cachimbo).

Prof.: Kaio Dutra


◦ Para que as faíscas sejam geradas somentenos instantes de interesse e não de forma

contínua,surge a figura do elemento responsável porchavear a alta tensão disponibilizada pelabobina de ignição, a partir da rotação domotor, conhecido como platinado. Acombinação de funcionamento entre odistribuidor e o platinado permite que atensão elevada possa ser transmitida acada vela de ignição, a partir da rotação domotor e também executando a ordem deignição necessária.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoPrincípio de Funcionamento

◦ O sistema de ignição irá disponibilizaruma tensão elevada para as velas deignição, em função da combinação detrês fatores:◦ Uma alta tensão elétrica (gerada pela bobina

de ignição);

◦ Um chaveamento dessa alta tensão emfunção da rotação do motor (gerado peloplatinado)

◦ Uma distribuição dessa alta tensão para asvelas de ignição, satisfazendo a sequência deignição de projeto do motor.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoAvanço no tempo

◦ No estudo dos MIF, verificou-se que existe umretardamento químico no processo de combustãoda mistura ar-combustível exigindo com isso que aliberação da faísca pelo sistema de ignição ocorraantecipadamente à chegada do pistão, finalizando aetapa de compressão, ao ponto morto superior(PMS).

◦ A liberação da ignição em um breve instante antesdo pistão atingir o PMS provoca a realização de umtrabalho negativo.

◦ O gráfico tem como objetivo ilustrar o que ocorre nointerior da câmara de combustão em virtude deuma ignição muito adiantada (Zb) ou muito atrasada(Zc) em relação ao seu ponto ideal (Za).

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoEvoluções No Sistema

◦ O aumento da rotação do motor faz com que oarmazenamento de energia na bobina deignição passe a não ocorrer de formasatisfatória, produzindo uma faísca na vela combaixa energia.

◦ Em baixas rotações, porém, o efeito docrescimento mais rápido da corrente fará comque a corrente de valores muito elevadoscircule pelo platinado, fato esse que poderáprejudicar a durabilidade do componente. Peloexposto, nota-se que o gargalo do sistema entãopassa a ser apenas o elemento que executa ainterrupção da corrente, ou seja, o platinado.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoEvoluções No Sistema

◦ Com o avanço da eletrônica de potência baseadaem componentes semicondutores, a substituiçãode sistemas mecânicos/eletromecânicos, capazesde promover a interrupção da circulação dacorrente, tem ocorrido com maiorfrequência. A solução mais empregada para tal é autilização de um transistor (comutador de circuitose amplificador e regulador de corrente).

◦ Nesse formato de funcionamento e configuração, otransistor realiza a interrupção da correntefornecida à carga (grande amplitude) a partir docomando recebido por um sinal externo (baixaamplitude).

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoIgnição Transistorizada Com Platinado

◦ O sistema de ignição transistorizada complatinado é a primeira evolução no sistema deignição automotiva.

◦ O transistor foi empregado para que mudanças nabobina de ignição pudessem ser realizadas a fim deproporcionar um maior valor na corrente para ageração da faísca em altas rotações, sendo que oplatinado era o gargalo dessa mudança.

◦ A Figura mostra a ignição transistorizada descrita,onde o TJB (transistor de junção bipolar) éempregado na operação como chave digital e oplatinado usado apenas como um sensor derotação e comando do transistor.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoIgnição Transistorizada Com Platinado

◦ Quando o platinado se fecha, por ele passauma pequena corrente que irá fornecer acorrente de base ao transistor TJB,permitindo assim o seu fechamento econsequentemente, o armazenamento deenergia na bobina de ignição.

◦ Com a abertura do platinado, a corrente debase, responsável pelo fechamento do TJB,deixa de existir e provoca a interrupção dapassagem da corrente pela bobina deignição.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoIgnição Transistorizada Sem Platinado

◦Com a eliminação do platinado emdefinitivo, torna-se necessária aintrodução de um elemento sensor,capaz de realizar o comando dotransistor a partir da rotação doeixo do comando de válvulas,acoplado no distribuidor de igniçãoem substituição ao platinado e aoeixo de ressaltos.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoIgnição Eletrônica Mapeada

◦Nos sistemas atuais de ignição mapeadados MIF, os elevados valores de tensãonas velas continuam sendo obtidos pelomesmo efeito transitórioeletromagnético descrito até omomento.

◦As mudanças no hardware concentram-se na eliminação da bobina de igniçãocentralizada e do distribuidor, onde, nosseus lugares, é instalado um sistema commúltiplas bobinas de ignição, conformeapresentado na Figura.

Prof.: Kaio Dutra

Sistema de IgniçãoIgnição Eletrônica Mapeada

◦ Além do sistema já apresentado, é possívelque em alguns motores existamtransformadores individuais para cada velade ignição, conforme apresentado pelaFigura, em que as parcelas de perda deenergia nos cabos de ignição sãominimizadas, obtendo uma maior energiapara as velas de ignição, melhorando aqueima do combustível dentro do cilindro econtribuindo para a redução da emissão depoluentes e para o aumento da potência domotor.

Prof.: Kaio Dutra

motores tÉrmicos...maior controle da mistura ar-combustível. maior economia de combustível ....

Documents