Generalidades sobre os processos de combustão nos motores. Eng. Julio Cesar LODETTI

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1 Generalidades sobre os processos de combustão nos motores Eng. Julio Cesar LODETTI

2 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. 2

3 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. 3

4 Combustão de uma mistura homogênea Entretanto, se esta mistura for posta a uma temperatura SUPERIOR a um valor crítico Ti, dita temperatura mínima de autoinflamação, àquelas reações lentas de oxidação lentas, se transformam numa combustão VIVA. Os reativos transformam-se quase que instantaneamente em produtos de combustão. 4

5 Exemplo acadêmico de combustão de uma mistura homogênea Evoluções esquemáticas da velocidade de reação de uma mistura. 5

6 Exemplo pratico de combustão de uma mistura homogênea!!!!!!! 6

7 Delai de auto-inflamação O tempo δ, durante o qual este sistema deverá ser mantido em condições fixas de temperatura e pressão, antes que aconteça a inflamação, chamase DELAI DE AUTO INFLAMAÇÃO. Este delai δ corresponde ao tempo necessário para que certas pré-reações de oxidação se desenvolvam em cadeia e iniciem a combustão. 7

8 Delai de auto-inflamação-1 A temperatura mínima Ti depende da natureza do combustível. Para um dado combustível, em mistura homogênea com o ar, o delai δ depende da TEMPERATURA e da PRESSÃO, assim como da RIQUEZA da mistura. As figuras a seguir mostram isto. 8

9 Delai de auto-inflamação-2 A figura mostra que, o delai diminui se a PRESSÃO do sistema aumenta a uma mesma temperatura. 20 bar 40 bar 9

10 Delai de auto-inflamação-3 A figura mostra que, para uma pressão e temperatura ctes, o delai é mínimo em condições levemente pobres. 10

11 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 famosa IGNIÇÃO! 11

12 Inflamabilidade e processo de propagação de chama

13 Inflamabilidade e processo de propagação de chama - 2 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). 13

14 Inflamabilidade e processo de propagação de chama - 3 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. 14

15 Inflamabilidade e processo de propagação de chama - 4 Representação da propagação de uma auto-inflamação. 15

16 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 5 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. 16

17 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 6 Tipos de propagação de frente de chama: 1. Chama de pré-mistura: Acontece se o combustível e o comburente (ar, nitro, etc) são misturados ANTES da ignição. Motores a gasolina/álcool/gás 2. Chama de difusão: Acontece quando o fenômeno de propagação é em parte controlado pela velocidade na qual os reativos de DIFUNDEM uns contra os outros. Motor DIESEL. 17

18 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A CHAMA DE DIFUSÃO 18 Inicia-se sem intervenção interna, ou seja, se origina 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 autoinflamação Ti ; O processo de início da combustão deve então ser bem controlado afim de minimizar o delay de auto inflamação.

19 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A CHAMA DE DIFUSÃO 19

20 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A CHAMA DE DIFUSÃO O combustível então deve ser injetado sobre a forma líquida, diretamente dentro da câmara de combustão! O combustível é daí 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 20

21 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A CHAMA DE DIFUSÃO 21

22 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 autoinflamação dar-se-á início, porém, se for assegurado uma temperatura e pressão suficiente no fim da compressão......inevitávelmente um ponto da câmara estará propício a dar início a uma auto-inflamação rápida. 22

23 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A CHAMA DE DIFUSÃO 23 Partindo-se desta zona inicial de auto-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 combustível presente na câmara. Este, pode-se encontrar mais ou menos vaporizado ou em um estado químico quase oxidado......assim como o combustível que continua a ser injetado após o início da auto-inflamação e pode então, modificar o desenrolar da combustão.

24 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 24

25 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, fica inferior a 0,85. 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. 25

26 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!! 26 Pi = nc. Mair. q.ηth M C air te

27 Exemplo de Chama de difusão:diesel 27

28 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA EM UM MOTOR A IGNIÇÃO POR CENTELHA 28

29 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 7 A CHAMA DE PRÉ-MISTURA 1 Depende de uma fonte externa de energia; 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! 29

30 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A CHAMA DE PRÉ-MISTURA 2 MAS ATENÇÃO, se velocidade super-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 processo anômalo de Knock ao longo do curso. 30

31 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA 1 => 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... 31

32 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA 2 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. 32

33 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA 3 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!! 33

34 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA Nos motores de F1 atuais, eles já atingem em banco motor rpm. A combustão não é ainda o fator que limita esta rotação. 34 A foto mostra uma simulação da frente de chama do antigo motor Peugeot V10 F-1

35 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA Mas na realidade, a mistura encontra-se dispersa pela câmara devido a turbulência. 35

36 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA 4 1. 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. Existem nas suas fronteiras, micro turbulências que aumentam muito a superfície real da chama. Aumentando assim o contato com os gases frescos. 36

37 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA 5 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. 37

38 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 38

39 Inflamabilidade e processo de propagação de chama O F.S.R. depende da fase da combustão pois a velocidade de propagação da chama e a taxa de dissipação de energia são variáveis ao longo do processo de combustão. Nota-se no entanto que, a turbulência tem efeito maior quando a fase de combustão já está plenamente desenvolvida. 39

40 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. 40

41 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. 41

42 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA - 6 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. 42

43 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA Aero.Int. Existem nos dias de hoje, basicamante 3 maneiras de se admitir a mistura dentro dos cilindros. São elas: 1. SWIRL 2. TUMBLE 3. SQUISH 43

44 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA Aero.Int.-1 1) SWIRL -> Obtido com a geometria dos dutos de admissão. Consiste na rotação da mistura em torno do eixo central do cilindro. 44

45 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. 45

46 Inflamabilidade e processo de propagação de chama A PROPAGAÇÃO DA CHAMA Aero.Int.-3 Exemplo de soluções 46 DIESEL GASOLINA

47 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. COMO????? 47

48 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 48

49 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. 49

50 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! 50

51 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 3) O SQUISH: Terceira e última estratégia de gerenciamento da mistura. 51

52 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.) Extingir-se na vizinhança das paredes; 3.) Morrer aprisionada nos interstícios do sistema. 52

53 Inflamabilidade e processo de propagação de chama F.S.R = 0 na parede 53

54 Inflamabilidade e processo de propagação de chama 54

55 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.

56 A combustão em um motor a ignição por centelha - 2 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 56

57 A combustão em um motor a ignição por centelha - 3 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 delai δ é negligenciado. 57

58 A combustão em um motor a ignição por centelha

59 A combustão em um motor a ignição por centelha - 5 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. 59

60 A combustão em um motor a ignição por centelha - 6 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. 60

61 A combustão em um motor a ignição por centelha - 7 ATENÇÃO!!!!!! Porém, contudo, entretanto, basta que durante a deflagração, UM ou mais pontos quentes se auto-inflamem para o motor apresentar KNOCK. 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. 61

62 A combustão em um motor a ignição por centelha - 8 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. 62

63 A combustão em um motor a ignição por centelha - 9 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) Taxa de enchimento 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. 63

64 A combustão em um motor a ignição por centelha - 10 A) RIQUEZA 64

65 A combustão em um motor a ignição por centelha - 11 B)Regime de rotação rpm rpm 65

66 A combustão em um motor a ignição por centelha B)Regime de rotação Você sabia que a medida que a rotação aumenta a dispersão cíclica aumenta?? Devido a fase inicial ser mias longa. Mas, devido a inércia das peças móveis, o condutor não percebe!!

67 A combustão em um motor a ignição por centelha - 13 C) Taxa de enchimento 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. 67

68 A combustão em um motor a ignição por centelha - 14 D) Avanço da ignição O gráfico fala por si. 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.(azul) 68 PMH

69 A combustão em um motor a ignição por centelha - 15 ) 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 v 8v Área frente chama Área parede impactada

70 A combustão em um motor a ignição por centelha - 16 Twin spark 16v E) Geometria E.1.)da Câmara -Influência da posição e número de velas por cilindro em função da área de frente de chama e percurso percorrido na câmara. 8v 70

71 A combustão em um motor a ignição por centelha 16a E) Geometria E.1.)da Câmara -Quanto maior a taxa de compressão, mais rápido queima a mistura. 71

72 A combustão em um motor a ignição por centelha - 18 Motor 4 Tempos; MNEMÔNICA 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!!!!! 72

73 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. 73

74 A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha - 1 Existem várias condições de funcionamento que podem acarretar na aparição de KNOCK. São elas: Por ignição => mais frequente. Paredes muito quentes; Depósitos incandescentes. 74

75 A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha-2 75 A figura ilustra bem o momento em que surge a vibração de KNOCK

76 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. 76

77 A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha - 4 Aparição do KNOCK 77 Se num lugar as condições permitem a autoinflamação, o combustível vai queimar neste lugar, isso vai criar ondas de pressão forte, e causar aumento da temperatura, o que prejudica ao motor (desgaste...). Isso se chama adetonação. Por isso, existe umacompetição entre avelocidade de propagação da chamae oprazode autoinflamação que esta diminuindo durante a combustão.

78 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. Pistão de um motor V6 bi-turbo de F-1. Foto: J. Lodetti

79 900 m/s 35 m/s A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha - 6 X!! OK 79

80 A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha Como evita-lo? Taxa de compressão e combustível adequados; Geometria e limpeza da câmara; Temperatura e pressão da mistura admitida; Regime de rotação; AVANÇO; Sensor de knock; Controle motor; Calibração da injeção...

81 A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha - 8 Como evita-lo? Sistema de controle motor 81

82 A combustão ANORMAL em um motor a ignição por centelha - 9 Como evita-lo? Sistema de controle motor 82

83 O controle motor Exemplo de cartografia completa do avanço da ignição. Na figura, temos os chapéus de avanço. 83

84 O controle motor - 2 Exemplo de cartografia de temperatura de escapamento. 84

85 O controle motor - 4 Exemplo de cartografia de riqueza em função da carga. 85

86 O controle motor - 5 Exemplo de cartografia de riqueza em função da carga. 86

87 Baseline Timing Retard ed 10 Timing Advan ced 10 Mixture richen ed Mixture leaned HC CO NO x O 2Not usually tested CO 2 Not usually tested

88 88 Air/Fuel Ratio Equivalents Lambda Gasoline Propane Methanol Ethanol Diesel

89 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta MAS ATENÇÃO, nem tudo está perdido!! 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. 89

90 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta 1a A figura mostra o ganho potencial em consumo especifico. 90

91 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 2 Ar Motores a carga ESTRATIFICADA 2 Combustível 91

92 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 3 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, um motor a Injeção Direta de Gasolina. 92

93 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 4 A carga no motor, é regulada pela quantidade injetada de combustível, sendo assim, a quantidade de ar que entra no motor é sempre máxima; Como no motor DIESEL; Logo, um motor deste tipo, não possui corpo de borboleta. Poucas perdas por bombeamento! 93

94 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 5 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!! 94

95 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 7 Motores a carga estratificada Tais motores são alvos de pesquisa desde 1960, alguns deles, seguiram o processo de pesquisa avançada até que a HONDA lançou-o em série. Este ramo, a dos motores a carga estratificada, encontra-se em franco desenvolvimento. Ela se beneficia dos notáveis progressos tecnológicos no campo da injeção direta de combustível e controle motor. 95

96 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 8 Motores a carga estratificada As tecnologias mais empregadas hoje se apóiam: 1. 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,...) 96

97 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 9 Motores a carga estratificada 2. Nas potencialidades do sistemas de controle motor e de injeção de combustível, graças ao progresso da eletrônica. 97

98 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 10 Motores a carga estratificada 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. 98

99 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 6 Motor Mitsubishi G.D.I. (Gasoline Direct Injection) 99

100 A combustão em um motor a ignição por centelha Injeção Direta - 11 Motores a carga estratificada A forte carga: Combustível injetado na fase de admissão de ar. Modo tradicional 2. A baixas/médias cargas: Injeção na fase de compressão a fim de estratificar a mistura e manter riqueza correta na vela. Forte Média

101 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%

102 Motores Lean Burn 10 2

103 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) 10 3

104 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). 10 4

105 A combustão em um motor a ignição por centelha NÃO TÃO CLÁSSICO 10 5