Transcript A combustão em um motor a ignição por centelha
Capitulo 6
Generalidades sobre os processos de combustão nos motores Eng. Julio Cesar LODETTI
Equação da Combustão
A reação global de combustão “tenta” ser descrita através de uma equação química, que leva em conta a composição inicial da mistura dos reativos (Ar + Combustível).
Na estequiometria, ela fica mais ou menos assim: – CnHm + Ar => CO2 + água + N2 + entalpia de combustão .
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Equação da Combustão
Vale lembrar que esta equação nem de longe leva em conta o mecanismo real da combustão.
Na realidade, a combustão em si, não é o resultado de uma única reação química mas sim, uma sucessão de incontáveis (milhões) reações elementares em cadeia .
No final de uma combustão completa, o CARBONO e o HIDROGÊNIO do combustível se combinam com o oxigênio para formar CO2 e H2O, que são produtos saturados em oxigênio.
O Nitrogênio, como de hábito, não reage com ninguém.
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Equação da Combustão
Mas, no cotidiano de um motor, a composição desta “mistura queimada” que sai no escapamento é SEMPRE muito mais complexa do que está escrito na equação; Assim sendo, a combustão JAMAIS é completa quando da realização de um ciclo termodinâmico em um motor; Isto pode ocorrer devido a uma falta local ou global de oxigênio, ou por efeito de extinção da frente de chama nas paredes, e etc .....
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Equação da Combustão
Se estas reações forem conhecidas, a composição final dos produtos de combustão pode ser CALCULADA, em se supondo um equilíbrio termodinâmico realizado, dentro de condições de pressão e temperatura dos gases observados após a combustão; Na prática, levando-se em conta as baixas velocidades da maioria destas reações, o estado real dos produtos está longe do equilíbrio, daí a presença de POLUENTES na saída do escapamento.
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E24 Brasil
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Equação da Combustão
13,5
Relação Ar/Combustível
= 1
para uma mistura estequiométrica
< 1
para uma mistura com
excesso de ar
ou mistura pobre (em combustível)
> 1
- para um mistura
com excesso de combustível
em uma combustão ou mistura rica, que resultará Masse de combustible Masse d' air Masse de combustible reel Masse d' air stoechio
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Relação Ar/Combustível
O coeficiente de excesso de ar (
Luftzahl) ou LAMBDA, tem origem nas publicações alemãs e é igual ao inverso da riqueza.
Air
Fuel Equivalence Ratio
reel stoechio 1
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Combustão de uma mistura homogênea Auto inflamação:
Uma mistura HOMOGÊNEA de combustível + AR, em proporções estequiométricas, nas condições normais de temperatura e pressão, NÃO REAGE.
Ou pelo menos, para eufemizar a expressão, suas reações de oxidação são tão lentas que é impossível de se perceber.
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Combustão de uma mistura homogênea
Se a temperatura desta mistura começar a aumentar progressivamente, aquelas reações de oxidação lentas, começam a transformar os REATIVOS iniciais em produtos
intermediários
de oxidação.
A velocidade global da reação, ainda é lenta e, após passar por um valor máximo, ela diminui devido a extinção dos reativos da mistura.
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Combustão de uma mistura homogênea
Entretanto, se esta mistura for posta a uma temperatura SUPERIOR a um valor crítico “Ti ”, dita temperatura mínima de auto inflamação, àquelas reações lentas de oxidação lentas, se transformam numa combustão VIVA.
Os reativos transformam-se quase que instantaneamente em produtos de combustão.
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Exemplo “acadêmico” de combustão de uma mistura homogênea
Evoluções esquemáticas da velocidade de reação de uma mistura.
Fonte: RAYNAL, B.
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Exemplo “pratico” de combustão de uma mistura homogênea !!!!!!!
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Delay de auto inflamação
O tempo “ ”, durante o qual este sistema deverá ser mantido em condições fixas de temperatura e pressão, antes que aconteça a inflamação, chama-se DELAI DE AUTO INFLAMAÇÃO.
Este delai reações” de oxidação se desenvolvam em cadeia e iniciem a combustão.
corresponde ao tempo necessário para que certas “pré-
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Delai de auto inflamação
A temperatura mínima “Ti” depende da natureza do combustível. Para um dado combustível, em mistura homogênea com o ar, o delai depende da TEMPERATURA, da PRESSÃO, assim como da RIQUEZA da mistura. As figuras a seguir mostram isto:
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Delai de auto inflamação
A figura mostra que, o delay 20 bar diminui se a PRESSÃO do sistema aumenta 40 bar a uma mesma temperatura.
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Volvo Powertrain - Julio Lodetti 16 Fonte: RAYNAL, B.
Inflamabilidade e processo de propagação de chama
O processo de auto inflamação pode ocorrer em quase toda a zona que se encontra a mistura de reativos....
....ou então, em uma pequena região deste volume, onde as condições de temperatura, pressão e concentração dos reagentes estão reunidas.
Neste caso, teremos a IGNIÇÃO!
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
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Volvo Powertrain - Julio Lodetti 18 Fonte: RAYNAL, B.
Inflamabilidade e processo de propagação de chama
Na prática, isto é o que mais acontece em um motor de combustão interna onde, a IGNIÇÃO é dada por uma centelha elétrica, ou introdução de um corpo quente (motor todo carbonizado!!) ou de gazes quentes do escapamento (motores do futuro).
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A partir deste ponto ou momento de ignição, se as condições relativas a mistura permitirem.....
– ...... A combustão poderá propagar-se passo a passo através de uma FRENTE DE CHAMA, que separa a todo instante, a zona de gases queimados da zona de gases frescos.
– O sistema é dito então, INFLAMÁVEL.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
Fonte: RAYNAL, B.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO desta zona reativa, criada pela ignição da mistura, pode se realizar de diferentes maneiras. Mas acima de tudo, ela depende muito da natureza inicial da mistura AR + Combustível.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
1.
2.
Tipos de propagação de frente de chama:
Chama de pré-mistura:
(ar, nitro, etc) são misturados ANTES da ignição. Ex: Motores a ignição por centelha.
Acontece se o combustível e o comburente
Chama de difusão
: Acontece quando o fenômeno de propagação é em parte controlado pela velocidade na qual os reativos se DIFUNDEM uns contra os outros. Ex: Motores a ignição por compressão (Diesel).
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE DIFUSÃO - Diesel
Inicia se sem intervenção interna, ou seja, origina-se por auto inflamação; A energia fornecida na fase de compressão do ciclo Diesel já é suficiente, pois a temperatura no interior ultrapassa o valor crítico de auto-inflamação “Ti”; O processo de início da combustão deve então ser bem controlado afim de minimizar o
delay
de auto inflamação.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE DIFUSÃO
Foto: DELPHI.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE DIFUSÃO
O combustível então deve ser injetado diretamente dentro da câmara de combustão; Este é então pulverizado e depois vaporizado. Difundindo-se assim, no ar comprimido no interior da câmara de combustão.
Um
delay
de auto inflamação, de ordem química, que varia conforme a riqueza, se soma ao delay físico que corresponde ao tempo de vaporização do combustível líquido.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE DIFUSÃO
A mistura formada então, é essencialmente HETEROGÊNEA, e comporta zonas de riqueza variável indo de combustível puro (R = ∞) ao ar puro (R = 0); É impossível determinar o local da câmara que a auto-inflamação dar-se á início, porém, se for assegurado uma temperatura e pressão suficiente no fim da compressão......
...inevitavelmente um ponto da câmara estará propício a dar início a uma auto inflamação rápida.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE DIFUSÃO
Partindo-se desta zona inicial de auto combustível presente na câmara.
inflamação, onde se considera que a chama se desenvolve em PRÉ-MISTURA, e graças a energia recém liberada, a combustão se estende em seguida por chama de DIFUSÃO sobre o resto do ....assim como o combustível que continua a ser injetado após o início da auto-inflamação, pode-se daí, modificar o desenrolar da combustão.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
Fonte: RAYNAL, B.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE DIFUSÃO
Devido a grande variação “local” de riqueza dentro dos mais variados pontos da câmara de combustão, pode-se somente tratar a riqueza como “GLOBAL”; A riqueza máxima que assegura uma combustão completa, encontra-se na cada 0,85, ou seja, 15% de excesso em ar.
Mesmo que o combustível injetado encontre oxigênio suficiente na câmara, a partir de uma certa quantidade injetada, este queima incompletamente com a aparição de fumaça no escapamento.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE DIFUSÃO
Sobre este tipo de motor, a regulagem da carga é feita pela quantidade de combustível injetado, sem modificar o enchimento de ar, que em estando constante, é mantido sempre em seu valor máximo. Não tem borboleta!!
P i c .
M air C te air th
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Exemplo de
Chama de difusão
:DIESEL Fonte: AVL
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA EM UM MOTOR A IGNIÇÃO POR CENTELHA
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE PRÉ-MISTURA
Depende de uma fonte “externa” de energia para iniciar; Ela pode, dependendo da natureza da mistura e das condições operatórias do motor, se propagar em diferentes velocidades.
Se velocidade sub sônica:
DEFLAGRAÇÃO
Se velocidade super sônica: DETONAÇÃO!
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A CHAMA DE PRÉ-MISTURA
MAS
ATENÇÃO
, se velocidade super processo anômalo de sônica é chamada de DETONAÇÃO, não se deve confundir este termo com o fenômeno de “batida de pino” ou “cliquetis” ou “knock” para designar este fenômeno. Chamaremos então este
Combustão Anormal
ao longo do curso.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA
=> Este fenômeno é assegurado pela transferência de CALOR e MASSA ou, pela DIFUSÃO das partículas ativas da zona quente (onde acontece a reação química) = = = > para a zona de gases não queimados, mais conhecidos como gases “frescos”.....
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA
Os fatores aerodinâmicos no sistema em combustão, exercem uma influência MUITO importante sobre a VELOCIDADE global da combustão.
Na prática, a mistura combustível em
escoamento turbulento
, é a grande responsável pelo bom funcionamento dos motores.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA
Escoamento turbulento, mas como assim??
O escoamento turbulento é um agente que aumenta drasticamente a mistura entre os gases “frescos” e os em reação. Sendo assim, ele acelera em muito a combustão dentro da câmara. Deste modo, o motor pode funcionar acima de 2000 rpm!!
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA
Nos motores de F1 atuais, eles atingem 20.000 rpm. A combustão não é ainda o fator que limita esta rotação.
Fonte: ifp.fr.
A foto mostra uma simulação da frente de um motor Peugeot V10 F-1
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
1.
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA
Devido a esta grande turbulência e outros fatores ligados ao processo de combustão, a frente de chama não tem um aspecto liso ou bem definido.
2.
3.
Existem nas suas fronteiras, micro turbulências que aumentam muito a superfície real da chama. Aumentando assim o contato com os gases “frescos”.
O
FSR
ou Flame Speed Ratio, é um índice que permite levar em conta a turbulência encontrada na câmara de combustão. Ele representa o aumento da superfície entre uma chama “normal” e uma afetada pela turbulência interna.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
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Volvo Powertrain - Julio Lodetti 41 Fonte: RAYNAL, B.
Inflamabilidade e processo de propagação de chama
O F.S.R
. depende da propagação da chama e a taxa de dissipação de energia, são variáveis ao longo do processo de combustão. (cinemática pistão/manivela)
fase
da combustão pois, a velocidade de Nota se no entanto que, a turbulência tem efeito maior quando a fase de combustão já está plenamente desenvolvida.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A evolução da velocidade é função: – Da evolução da temperatura e pressão dos gases ONDE se propaga a chama.
– Da modificação da turbulência na câmara devido a cinemática do conjunto biela+pistão.
=> A velocidade no início da combustão é pequena. Podemos supor ainda que o núcleo da combustão está se movimentando sem ser deformado pela ação da turbulência local.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
Para este
núcleo
, a verdade será ainda maior se suas dimensões forem menores que as turbulências locais.
Mas, quando a frente de chama alcança dimensões próximas aos níveis de
turbulência
da câmara, esta irá agir e recortar toda a superfície de frente de chama. A velocidade de propagação da frente de chama dispara neste momento.
Nesta fase, a velocidade depende mais da turbulência do que das propriedades químicas da mistura.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA -
A AERODINAMICA INTERNA do motor, como a geometria dos dutos de admissão, câmara de combustão, também contribuem (ou não) para o aumento e propagação do escoamento turbulento.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA – Aerodinâmica Interna
Existem atualmente, basicamente 3 maneiras de se admitir a mistura dentro dos cilindros. São elas: 1.
2.
3.
SWIRL TUMBLE SQUISH
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA – Aero.Int. 1) SWIRL ->
Obtido com a geometria dos dutos de admissão.
Consiste na rotação da mistura em torno do eixo central do cilindro.
Mais comumente usada em motores Diesel para veículos de passeio.
Fonte: RAYNAL, B.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA – Aero.Int.-2
O
SWIRL
melhora a combustão agindo sobre o aumento da velocidade de queima e regularidade de funcionamento.
Também ajuda a aumentar a superfície média da frente de chama e reparte melhor a região dentro da câmara.
Ruim no que tange as trocas térmicas com as paredes e rendimento volumétrico.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
Alcool/GASOLINA
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA – Aero.Int.-3
Exemplo de soluções
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Volvo Powertrain - Julio Lodetti 49 DIESEL Fonte: RAYNAL, B.
Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A PROPAGAÇÃO DA CHAMA – Aero.Int.-4
2)
O TUMBLE :
Estratégia de admissão da mistura que a coloca em rotação, na forma de turbilhonamento, em um eixo perpendicular ao eixo do cilindro.
Mais comumente usado em motores a ignição por centelha.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
O TUMBLE é gerado também com a geometria dos dutos de admissão, do ângulo de inclinação das válvulas e da lei de abertura de válvulas. O TUMBLE favorece em muito o desenvolvimento da combustão.
Fonte: RAYNAL, B.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
3) O SQUISH:
Terceira e última estratégia de “gerenciamento” da mistura. Consiste numa forte turbulência gerida no momento oportuno. Por exemplo, no momento da combustão e na vizinhança do PMH.
Permite aumentar a velocidade de combustão.
Pode entretanto destruir o SWIRL e o TUMBLE. Até apagar a faísca da vela!
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
3) O SQUISH :
Terceira e última estratégia de “gerenciamento” da mistura.
Fonte: RAYNAL, B.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
A EXTINÇÃO DA CHAMA
Assim como tudo na vida, a chama nasce, se desenvolve, se propaga e morre. Existem 3 maneiras dela morrer.
1.) Nascer morta (!) > falha de ignição; 2.)
Extinguir na vizinhança das paredes
; 3.) Morrer aprisionada nos interstícios do sistema.
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Inflamabilidade e processo de propagação de chama
Fonte: RAYNAL, B.
A combustão em um motor a ignição por centelha
Vimos até agora o processo de combustão em si. Estudar-se-á agora, como ele influencia o comportamento de um motor a ignição por centelha.
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Volvo Powertrain - Julio Lodetti 56 Fonte: howstuffworks.com
A combustão em um motor a ignição por centelha
Em um motor a ignição por centelha, a combustão é desencadeada em UMA ou eventualmente VÁRIAS zonas muito localizadas da mistura AR + Combustível.
Existe então, um aporte de energia exterior, em um certo instante do ciclo ( ponto de ignição!!!) graças a um dispositivo de centelhamento = = = > VELA
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A combustão em um motor a ignição por centelha
Na verdade das verdades, o que acontece naquela pequena região da centelha, é uma AUTO-INFLAMAÇÃO da mistura pois a temperatura ao redor do arco voltaico é da ordem de 3000 graus! Bem acima então da “Ti” ou temperatura de auto inflamação.
Devido a esta temperatura elevadíssima, o delay ‘ ” é negligenciado.
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A combustão em um motor a ignição por centelha Volvo Powertrain
Volvo Powertrain - Julio Lodetti 59 Fonte: RAYNAL, B.
A combustão em um motor a ignição por centelha
A partir de uma fonte de inflamação da mistura, uma frente de chama ira então propagar-se normalmente na mistura.
A velocidade de propagação é de algumas dezenas de metros por segundo (30 a 40), separando então a câmara em 2 partes: – Gases frescos e queimados.
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A combustão em um motor a ignição por centelha
MAS, MAS, esta deflagração só poderá efetivamente se propagar, caso a mistura for sensivelmente homogênea e se a
composição
inicial da mesma assim o permitir.
Além da pressão e temperatura, a RIQUEZA tem então que estar incluída nestes limites que regem a deflagração.
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A combustão em um motor a ignição por centelha
ATENÇÃO!!!!!!
Porém, contudo, entretanto, basta que durante a deflagração, UM ou mais pontos quentes se auto-inflamem para o motor apresentar
Combustão Anormal.
O
combustível
então entra em cena, ele precisa ter características particulares de resistência a auto-inflamação (M.O.N) e às temperaturas atingidas pelos gases “frescos” no decorrer da combustão.
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A combustão em um motor a ignição por centelha
A riqueza influencia a velocidade de propagação da chama.
Nos motores, ela tem que estar próxima da estequiometria para se garantir uma velocidade suficientemente rápida.
A velocidade de combustão é máxima nas regiões entre riqueza 1 e 1,2.
A velocidade cai bruscamente com riquezas baixas < 0,8.
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A combustão em um motor a ignição por centelha
Além da riqueza (a), outros parâmetros de regulagem, uso e construção, sobre a combustão, influenciam a velocidade/propagação da combustão. São eles: b) Regime de rotação; c) Rendimento volumétrico; d) Avanço da ignição; e) Características geométricas do motor como: e.1) Geometria da câmara de combustão; e.2) Taxa de compressão; e.3) Aerodinâmica interna do circuito de admissão e câmara.
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A combustão em um motor a ignição por centelha -
A) RIQUEZA Fonte: RAYNAL, B.
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A combustão em um motor a ignição por centelha B)Regime de rotação - - - 1000 rpm ----- 3100 rpm Volvo Powertrain
Volvo Powertrain - Julio Lodetti 66 Fonte: RAYNAL, B.
A combustão em um motor a ignição por centelha -
C) Rendimento volumétrico
–Se enchimento cai, pressão e temperatura cai. Fração de gases queimados aumenta.
–Se carga motor muito baixa, combustão fica muito lenta, aumenta números de ciclo sem combustão, aumenta dispersão cíclica.
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A combustão em um motor a ignição por centelha D) Avanço da ignição
– Em 1, maior pressão de pico, mas com muito avanço. Veja que a combustão está centrada antes do PMH.(
faixa verde)
– Já em 4, tem-se a melhor PMI pois, combustão está bem centrada.(
vermelho
)
PMH Volvo Powertrain
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E) Geometria E.1.)da Câmara
-As paredes devem ter o menor contato possível com a frente de chama, Câmara compacta é bom então. Posição central da vela também.
A combustão em um motor a ignição por centelha 4v/cil 2v/cil Volvo Powertrain
Volvo Powertrain - Julio Lodetti 69 Fonte: RAYNAL, B.
Área frente chama Área parede impactada
A combustão em um motor a ignição por centelha 4v/Cil Twin spark E) Geometria E.1.)da Câmara
câmara.
Influência da posição e número de velas por cilindro em função da área de frente de chama e percurso percorrido na
2v/Cil Volvo Powertrain
Volvo Powertrain - Julio Lodetti 70 Fonte: RAYNAL, B.
A combustão em um motor a ignição por centelha - 18
MNEMÔNICA
Motor 4 Tempos; – A 3000 rpm = 50 rotações por segundo 25 combustões por segundo –60 a 90 graus do virabrequim para acontecer a combustão »3 a 5 MILISEGUNDOS para ela acontecer!!!!!
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A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha
Nem tudo são flores no caminho do progresso e desenvolvimento dos motores.
Existe um fenômeno que nos persegue desde o começo e, pelo que tudo indica, estará sempre presente na vida daqueles que com os motores trabalham.
Este vilão chama-se
KNOCK
, ou
cliquetis
em Francês.
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A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha
Existem várias condições de funcionamento que podem acarretar na aparição de KNOCK. São elas: – Por ignição => mais freqüente.
– Paredes muito quentes; – Depósitos incandescentes.
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A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha
Foto: NGK A figura ilustra bem o momento em que surge a vibração de KNOCK
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A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha - 3
O KNOCK nada mais é do que a auto-inflamação de parte da mistura composta pelos gases “frescos”. Esta auto inflamação é praticamente uma explosão que gera: – Forte aumento na pressão do sistema; – Geração de ondas de pressão de choque na câmara que se propagam a uma velocidade média de 900 m/s (!!) a uma freqüência de 4000 a 8000 Hz.
– Geração de um ruído característico e facilmente audível.
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A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha
Um motor que por ventura vier a funcionar por alguns minutos com KNOCKING, pode, devido ao excesso de temperatura gerado:
– –
Romper a junta de cabeçote; Fusão do pistão;
–
Fusão da câmara e outros componentes em contato com a combustão.
Foto: J. Lodetti Pistão de um motor Renault V6 bi-turbo de F-1. 1986 Volvo Powertrain
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900 m/s 35 m/s
A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha
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Volvo Powertrain - Julio Lodetti 77 Fonte: RAYNAL, B.
X !!
OK
O controle motor
Exemplo de cartografia de riqueza em função da carga.
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A combustão em um motor a ignição por centelha e Injeção Direta
Com o passar dos anos e o advento da tecnologia, existem atualmente motores que podem sim funcionar com baixas riquezas.
Existem 2 tipos de motores: – A injeção direta com carga estratificada (IDE, GDI,..) – Motor a mistura pobre ou “lean burn”.
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Histórico – injeção direta
1916: Alemanha – Junkers lança o primeiro motor a injeção direta em motores aeronáuticos. Modelo Fo.2 de 6 cilindros horizontais; 1930: Desenvolve se muito a pesquisa em motores a injeção direta a gasolina; 1937: Alemanha – é lançado o Daimler-Benz DB601, Junkers Jumo 210G e o BMW 132 F. Todos para uso aeronáutico; 1937: Um Messershmith Me 209, equipado com um DB601 sobre-alimentado e com injeção de metanol, desenvolve cerca de 2100hp e alcança 755 km/h; 1949: Alemanha – Desenvolvimento de motores DKW 2 tempos a injeção direta; 1949: Estados Unidos – Texado desenvolve o primeiro motor a funcionar com carga estratificada de combustível (
Texaco Combustion Process).
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Histórico - cont
1954: Alemanha – Daimler-Benz lança a famosa 300SL, equipada com um motor cilindros de 3.0 litros equipado com injeção direta e produzindo 220hp@5500 rpm; 1960: Alemanha – MAN FM desenvolve motor a ignição por centelha com carga estratificada baseado em um motor diesel; 1970: Estados Unidos – Ford desenvolve também seu motor a carga estratificada (PROCO); Décadas de 60 e 70: Desenvolvimento praticamente abandonado devido ao advento da injeção eletrônica de combustível; Década de 90: Relançamento dos motores a injeção direta. Primeiro foi o Mitsubishi GDi; Atualmente: Plena difusão de motores a injeção direta sobre-alimentados.
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História Daimler-Benz 300SL Engine
Fonte: BOSCH/MTZ
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Potencial de Ganho
Fonte: BOSCH/MTZ
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
Porque é mais eficiente??
Fonte: BOSCH/MTZ
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
Potencial de Ganho Fonte: BOSCH/MTZ
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta –
Potencial de Ganho Fonte: BOSCH/MTZ
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Fonte: BOSCH/MTZ
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Design
A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta Motores a carga ESTRATIFICADA 2 Ar Combustível
Foto: Renault
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta Volvo Powertrain
Volvo Powertrain - Julio Lodetti 89 Fonte: BOSCH
A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
O primeiro construtor Europeu a lançar um motor a injeção direta a gasolina foi a RENAULT. Este motor chama-se F5R IDE e foi desenvolvido pela divisão Renault Sport. Atualmente, a maioria dos construtores já possui como opção, ou já substituiu os motores a injeção no coletor de admissão por um motor a Injeção Direta de Gasolina.
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
Motores a carga ESTRATIFICADA
Neste tipo de motor, a mistura Ar + Combustível é
voluntariamente
NÃO HOMOGÊNEA . O enriquecimento LOCALIZADO na vizinhança da fonte de ignição, permite uma combustão de mistura GLOBALMENTE POBRE.
Com isto, se consegue funcionamento com riqueza GLOBAL entre 0,5 a 1,3 !!
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Design – Carga Estratificada
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Volvo Powertrain - Julio Lodetti 92 Fonte: BOSCH/MTZ
A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta – Carga Estratificada Volvo Powertrain
Volvo Powertrain - Julio Lodetti 93 Fonte: BOSCH
A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta Motores a carga estratificada
1.
As tecnologias mais empregadas hoje se apóiam: Nos novos conhecimentos no domínio da aerodinâmica interna dos motores e nas ferramentas de simulação numéricas. Estas últimas, são muito usadas no estágio de concepção dos circuitos de alimentação e câmara de combustão. (SWRIL, TUMBLE,...)
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
2. Nas potencialidades do sistemas de controle motor e de injeção de combustível, graças ao progresso da eletrônica.
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
A próxima figura, mostra um motor a injeção direta, com funcionamento em carga estratificada e homogênea atual.
Notaremos que o domínio do estado físico da mistura admitida na câmara de combustão, está focada na DURAÇÃO da formação da mistura.
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
Motor Mitsubishi G.D.I. (Gasoline Direct Injection) Fonte: BOSCH/MTZ Vídeo: AVL
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1.
2.
A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
A forte carga: Combustível injetado na fase de admissão de ar. Modo tradicional A baixas/médias cargas: Injeção na fase de compressão a fim de estratificar a mistura e manter riqueza correta na vela.
Forte Média/Baixa
Fonte: RAYNAL, B.
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A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta
Vantagens do funcionamento estratificado: Redução em 10% das perdas por bombeamento; Melhora em 5% do rendimento termodinâmico; Temperaturas de combustão menores, logo redução de perdas térmicas até 7%; Admissão da carga de ar com temperaturas menores => aumento na taxa de compressão de 10:1 para 12:1.
Potencial TOTAL de melhora no rendimento: 30%
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Motores Lean Burn
A combustão em um motor a ignição por centelha CLÁSSICO
RESUMO
Combustão em mistura homogênea, obtido por uma mistura prévia e estando o combustível em estado vaporizado quando da injeção na câmara de combustão Combustível facilmente vaporizável e resistente ao “knock”.
Duração de formação da mistura: 360 graus (1/2 do ciclo)
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A combustão em um motor a ignição por centelha CLÁSSICO
RESUMO
– cont.
Ignição por aporte externo de energia; Combustão em pré-mistura através de uma propagação de uma deflagração; A riqueza da mistura admitida fica dentro de limites estreitos em torno da estequiometria => ( de 0,9 a 1,2).
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A combustão em um motor a ignição por centelha...
... NÃO TÃO CLÁSSICO Volvo Powertrain
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