OTIMIZAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR FLEX PARA OPERAR APENAS COM ETANOL HIDRATADO

Transcrição

1 Renan Cabral Rodrigues OTIMIZAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR FLEX PARA OPERAR APENAS COM ETANOL HIDRATADO Centro Universitário Toledo Araçatuba 2015

2 Renan Cabral Rodrigues OTIMIZAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR FLEX PARA OPERAR APENAS COM ETANOL HIDRATADO Trabalho de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Instituição Centro Universitário Toledo, como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Engenheiro Mecânico, sob a orientação do Prof. Me. Lucas Mendes Scarpin. Centro Universitário Toledo Araçatuba 2015

3 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus por tudo o que tem feito por mim, para que pudesse estar aqui. Agradeço a minha mãe, meus irmãos e meus familiares por estarem sempre do meu lado me apoiando, dando forças e incentivando para não desistir dos meus sonhos. Ao meu orientador, Prof. Me Lucas Mendes Scarpin pelo conhecimento, paciência e amizade, que compartilhou comigo para a execução desse trabalho. Aos professores e amigos que fizeram parte dessa caminhada, compartilho com eles essa vitória. Ao centro universitário Toledo e seu reitor Bruno Toledo por todo suporte e toda a estrutura física e humana.

4 RESUMO Os motores de combustão interna revolucionaram a sociedade moderna, porém o mesmo é tido como um grande vilão por conta dos gases emitidos pela queima dos combustíveis, principalmente os de origem fóssil. Uma forma de minimizar este problema é desenvolvendo motores mais eficientes, operando com combustíveis de origem renovável. Sendo assim, foram feitas análises das configurações de um motor flex, buscando a otimização dos seus parâmetros dinâmicos e geométricos, para que o mesmo opere apenas com etanol hidratado. No decorrer dos estudos, utilizou-se o software Diesel-RK, desenvolvido para análise termodinâmica dos motores de combustão interna. Com os resultados, concluiu-se que o desenvolvimento de motores operando apenas com etanol hidratado seria uma forma de aumentar o torque dos motores, diminuindo o consumo de combustível e, consequentemente, a emissão de gases nocivos ao meio ambiente. Palavras-chave: Motores de combustão interna; Otimização; Etanol hidratado.

5 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Sistema biela-manivela Figura 2. Representação do PMS, PMI e C Figura 3. Ciclo de ignição por centelha ideal Figura 4. Ciclo de ignição por compressão ideal Figura 5. Eventos do ciclo de ignição por centelha ideal Figura 6. Motor de ignição por centelha ideal operando com carga parcial Figura 7. Motor de ignição por centelha real operando com carga parcial Figura 8. Eventos do ciclo de ignição por compressão ideal Figura 9. Motor de ignição por compressão ideal Figura 10. Motor de ignição por compressão real Figura 11. Primeiro carro flex produzido no país, Volkswagen Gol 1.6 (2003) Figura 12. Simulação ICE Figura 13. Escolha da variável para ser escaneada Figura 14. Escaneamento Figura 15. Plotagem dos gráficos em função do torque e octanagem do combustível Figura 16. Alteração da variável escaneada Figura 17. Resultados obtidos através do modo ICE Figura 18. Torque em função da rotação para diversas configurações Figura 19. Potência em função da rotação para diversas configurações Figura 20. Consumo específico em função da rotação para diversas configurações Figura 21. Emissão de NOx em função da rotação para diversas configurações Figura 22. Gráfico aproximado para melhor visualização dos níveis de NOx

6 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Características geométricas e operacionais do motor Tabela 2. Características da gasolina Tabela 3. Características do etanol hidratado Tabela 4. Listagem das variáveis a serem otimizadas Tabela 5. Resultados das variáveis a rotação nominal de 2500 rpm Tabela 6. Resultados das variáveis em função da rotação

7 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS bmep - brake mean effective pressure (pressão média efetiva de eixo) C - curso CI - compression ignition (ignição por compressão) cm³ - centímetro cúbico CO - monóxido de carbono CO2 - dióxido de carbono cv - cavalo vapor D - diâmetro E0 - gasolina pura E10 - gasolina com 10% de etanol anidro E10W - gasolina com 10% de etanol hidratado ECU - unidade de comando eletrônica EVC - exhaust valve closing (fechamento válvula de escape) EVO - exhaust valve opening (abertura válvula de escape) g/kwh - grama por quilowatt hora HC - hidrocarboneto ICE - internal combustion engine (motor de combustão interna) ICE 0 - parâmetros originais do motor operando com gasolina ICE I - parâmetros originais do motor operando com etanol ICE II - parâmetros otimizados do motor operando com etanol hidratado (1ª iteração) ICE III - parâmetros otimizados do motor operando com etanol hidratado (2ª iteração) IVC - intake valve closing (fechamento válvula de admissão) IVO - intake valve opening (abertura válvula de admissão) kg/kmol - quilograma por quilomol kg/kwh - quilograma por quilowatt hora kg/m 3 - quilograma por metro cúbico kw - quilowatt L - litros MJ/kg - megajoule por quilograma mm - milímetro Nm - Newton metro NOx - óxidos de nitrogênio

8 p - pressão PMI - ponto morto inferior PMS - ponto morto superior Q - calor transferido no processo rpm - revoluções por minuto SI - spark ignition (ignição por centelha) V - volume W - trabalho de eixo θi - avanço de ignição λ - relação de equivalência ar-combustível

9 SUMÁRIO RESUMO... 4 LISTA DE FIGURAS... 5 LISTA DE TABELAS... 6 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS INTRODUÇÃO Motores de combustão interna Ciclo de ignição por centelha de quatro cursos Otto Ciclo de ignição por compressão - Diesel Motores flex no Brasil Proálcool Etanol perspectivas no cenário brasileiro Octanagem vs Cetanagem REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E OBJETIVOS Objetivos METOLOGIA Diesel-RK Parâmetros do motor Dados dos combustíveis Procedimentos RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICES... 39

10 9 1. INTRODUÇÃO Neste capítulo, será apresentada uma breve introdução a respeito de motores de combustão interna, além de apresentar um histórico a respeito dos motores flex no Brasil, assim como sobre o Etanol Motores de combustão interna Os motores de combustão interna, uma das invenções que mais revolucionaram a sociedade moderna, inventado no século XIX, sendo muito utilizado para gerar energia mecânica em veículos para locomoção como, carros, motos, caminhões, navios, locomotivas, aviões e outros, além de ser utilizado em outras áreas como a geração de energia elétrica em grande e pequena escala, bombeamento de fluidos, produção de ar comprimido, entre outros. Apesar de todos os seus benefícios é tido como um dos principais vilões na poluição do meio ambiente, por conta dos gases poluentes liberados pela queima do combustível, principalmente os de origem fóssil. Apesar da sua grande evolução em termos de emissão de poluentes, chegando até a poluir cem vezes menos que comparado há 40 anos. Teve também uma grande evolução no seu rendimento ao longo das décadas, partido de 10% até alcançar níveis acima de 50% em alguns motores a Diesel atuais. Os motores de combustão interna podem variar sua potência de 10 W a 10 MW, sendo em sua maioria utilizado na ordem das dezenas e centenas de quilowatts (MARTINS, 2013). Os motores de combustão interna são denominados assim, pois a queima do combustível acontece no interior do mesmo, em uma câmara de combustão. Estes podem ser dinâmicos e volumétricos. Os motores dinâmicos são classificados em rotativos e a reação, como exemplo, respectivamente, uma turbina a gás para geração de potência de eixo e outra para aplicação aeronáutica. Por outro lado, os motores volumétricos são classificados em alternativos e rotativos, como exemplo os motores a pistão e o motor Wankel, respectivamente. Os Motores alternativos, sobre o qual incide esse estudo, têm por característica o volume variável do cilindro, com componentes móveis, como o pistão ou o êmbolo, que transmitem energia gerada pela combustão através da movimentação em vaivém,

11 10 impulsionando o eixo de manivelas, que também é conhecido como cambota, árvore de manivelas, virabrequim, por meio de um sistema biela-manivela (Figura 1), estando o mesmo acoplado direta ou indiretamente ao pistão. Figura 1. Sistema biela-manivela. Fonte: Martins (2013). Se o eixo de manivelas for girado, o pistão sobe e desce no interior do cilindro, cujo ponto mais alto que o pistão atinge denomina-se ponto morto superior (PMS) e o ponto mais baixo é conhecido como ponto morto inferior (PMI). O curso (C) é determinado pela distância percorrida pelo pistão entre os dois pontos extremos, conforme Figura 2. Figura 2. Representação do PMS, PMI e C. Fonte: Martins (2013).

12 11 Os motores podem variar em muitos aspectos, como número de cursos, ciclo de operação, posicionamento ou quantidade de válvulas, combustível usado, método de carga, tipo de injeção, preparação da mistura ar-combustível, tipo de ignição, arrefecimento e, principalmente, na geometria dos cilindros. Os motores de combustão interna são máquinas térmicas, cujos principais modos de operação podem ser classificados em ciclo de ignição por centelha (Otto) e ciclo de ignição por compressão (Diesel). O funcionamento dos motores pode ser analisado sob o ponto de vista da termodinâmica, dividindo o ciclo de funcionamento em diferentes eventos: admissão, compressão, injeção de calor, expansão motora, blowdown, e exaustão. Diante disso, assumindo os eventos como sendo ideais, as Figuras 3 e 4 ilustram os dois ciclos apresentados. Figura 3. Ciclo de ignição por centelha ideal. Fonte: Martins (2013). Figura 4. Ciclo de ignição por compressão ideal. Fonte: Martins (2013).

13 Ciclo de ignição por centelha de quatro cursos Otto Um motor de quatro cursos efetua duas revoluções do eixo de manivelas para percorrer um ciclo completo de operação, passando por todos os eventos descritos anteriormente. A seguir, serão descritos cada um dos eventos para um motor de ignição por centelha ideal, de quatro cursos e carga homogênea. Adicionalmente, a Figura 5 ilustra cada um dos eventos descritos. Admissão: por convenção é o primeiro evento do ciclo, inicia-se no PMS, quando o pistão parte em movimento descendente até o PMI, gerando uma depressão no interior do cilindro. Neste evento, a válvula de escape se encontra fechada e a de admissão aberta e, com isso, a mistura ar-combustível é admitida para o interior do cilindro até o final do processo, no qual ocorre o fechamento da válvula. Compressão: após admitir a mistura ar-combustível, o pistão inicia o retorno para o PMS, dando início ao segundo evento do ciclo. Com as válvulas de admissão e escape fechadas, a mistura é comprimida, gerando um aumenta da pressão e temperatura no interior da câmara, porém sem ultrapassar a temperatura de autoignição da mistura. Injeção de calor: com o pistão em PMS, é liberada uma centelha entre os eletrodos da vela de ignição, promovendo a combustão instantânea da mistura ar-combustível e, consequentemente, gerando produtos de combustão a elevados níveis de pressão e temperatura. Expansão motora: neste evento, ocorre o deslocamento do pistão do PMS para PMI, em função da expansão dos produtos de combustão no interior da câmara de combustão. Vale ressaltar que se trata do único evento em que o motor gera potência de eixo. Blowdown: ao final do evento de expansão motora, ou seja, quando o pistão atinge o PMI, tem-se a abertura da válvula de escape, promovendo uma descompressão rápida da câmara de combustão e, consequentemente, expulsão parcial dos produtos de combustão, o qual ocorre a volume constante. Exaustão: o pistão, em movimento ascendente, retorna até o PMS com a válvula de escape aberta, para que os produtos de combustão possam ser despejados para fora da câmara de combustão e, com isso, finalizar o ciclo termodinâmico.

14 13 Figura 5. Eventos do ciclo de ignição por centelha ideal. Fonte: Martins (2013). Neste ciclo de funcionamento, é importante ressaltar que a potência gerada pelo motor é controlada pelo nível de estrangulamento no coletor de admissão. Diante disso, existe uma válvula neste coletor, a qual controla o fluxo mássico de ar que é admitida pelo motor e, consequentemente, a fração de combustível que é induzida em conjunto com o ar atmosférico. A Figura 6 ilustra o funcionamento de um motor de ignição por centelha com carga parcial. Figura 6. Motor de ignição por centelha ideal operando com carga parcial. Fonte: Martins (2013). Além disso, nessa configuração, a relação de equivalência ar-combustível se mantém constante ao longo de toda faixa de rotação e operação do motor. Conforme apresentado pela Figura 6, é possível visualizar a diferença entre as pressões de admissão e exaustão, a qual

15 14 aumenta com o nível de estrangulamento. Quando o motor opera em carga máxima, a tendência é uma aproximação entre as pressões descritas, pois o nível de estrangulamento será mínimo, facilitando o escoamento do fluido para o interior do cilindro. Por meio de uma análise termodinâmica, o ciclo de ignição por centelha ideal com estrangulamento parcial, conforme visto na Figura 6, ocorre percorrendo os seguintes processos: 7 1: admissão a pressão constante; 1 2: compressão isoentrópica; 2 3: combustão a volume constante; 3 4: expansão motora isoentrópica; 4 5: blowdown a volume constante; 5 6: exaustão a pressão constante. Quando se analisa um ciclo real, todos os processos termodinâmicos envolvidos são reais. Por isso, os eventos de admissão e exaustão ocorrem com variação de pressão, a compressão e a expansão motora são irreversíveis e existe transferência de calor em ambos e, por fim, a combustão não ocorre a volume constante, ou seja, não é instantânea. A Figura 7 apresenta o funcionamento de um ciclo de ignição por centelha real, operando com estrangulamento parcial. Figura 7. Motor de ignição por centelha real operando com carga parcial. Fonte: Adaptado de Pulkrabek (2004).

16 Ciclo de ignição por compressão - Diesel O motor de ignição por compressão, também designado como motor de ciclo Diesel, pois o mesmo foi desenvolvido por Rudolf Diesel. Este utiliza, basicamente, os mesmos componentes que o motor de ignição por centelha (ciclo Otto), porém com algumas particularidades em seus eventos, os quais serão detalhados abaixo: Admissão: Neste evento a válvula de escape se encontra fechada, e a de admissão está aberta, e com isso, motor admite apenas ar atmosférico para o interior do cilindro; Compressão: as válvulas de admissão e escape estão fechadas, o ar admitido é comprimido elevando sua pressão e temperatura significativamente; Combustão - Expansão motora: o evento de combustão é a principal diferença entre o ciclo Diesel e o Otto, pois o combustível é injetado no interior do cilindro em uma pressão superior a do ar comprimido, ocasionando a combustão espontânea em contato com o mesmo. Ocasionando o deslocamento do pistão, proveniente da expansão dos produtos de combustão, gerando potência de eixo no motor; Exaustão: a válvula de escape se abre liberando os gases provenientes da combustão, finalizando o ciclo termodinâmico. Figura 8. Eventos do ciclo de ignição por compressão ideal. Fonte: Martins (2013). A principal diferença entre o ciclo Diesel e o Otto está na fase de injeção de calor, sendo no ciclo Diesel a pressão constante (Figura 9). O ciclo Diesel opera com elevada taxa de compressão, para que no final do evento de compressão o ar admitido esteja a uma temperatura alta o suficiente, para que o combustível injetado possa entrar em combustão.

17 16 Figura 9. Motor de ignição por compressão ideal. Fonte: Adaptado de Pulkrabek (2004). A representação do gráfico, pressão por volume (p-v), do ciclo de ignição por compressão ideal, conforme visto na Figura 9, ocorre percorrendo os seguintes processos: 6 1: admissão a pressão constante; 1 2: compressão isoentrópica; 2 3: combustão a pressão constante; 3 4: expansão motora isoentrópica; 4 5: blowdown a volume constante; 5 6: exaustão a pressão constante Conforme citado acima, no ciclo Otto real, o ciclo Diesel real também apresenta diferenças, comparado com o ciclo ideal. Por isso, os eventos de admissão e exaustão ocorrem com variação de pressão, a compressão e a expansão motora são irreversíveis e existem perdas por transferência de calor em ambos e, principalmente, a combustão não ocorre a pressão constante. A Figura 10 apresenta o funcionamento de um ciclo de ignição por compressão real.

18 17 Figura 10. Motor de ignição por compressão real. Fonte: Adaptado de Pulkrabek (2004) Motores flex no Brasil O primeiro carro flex a ser produzido no Brasil foi o modelo Gol da marca Volkswagen em março de 2003, com um motor AP 1.6 8v, gerando uma potência de 97 cv operando com gasolina e 99 cv com etanol hidratado. Essa inovação tecnológica permitiu ao consumidor a flexibilidade de escolha do combustível na hora de abastecer o veículo. O carro flex pode operar com etanol, gasolina ou mistura em qualquer proporção dos dois combustíveis. De forma resumida o seu funcionamento se da através de uma Unidade de Comando Eletrônica (ECU), que faz o gerenciamento do sistema de injeção eletrônica que adapta o funcionamento do motor com o combustível utilizado. No Brasil já foram fabricados mais de 20 milhões de carros flex desde o seu lançamento (CAR BLOG, 2014). Figura 11. Primeiro carro flex produzido no país, Volkswagen Gol 1.6 (2003). Fonte: Carros.uol (2013).

19 Proálcool O Programa Nacional do Álcool, conhecido como Proálcool, criado em 1975 no Brasil, com o objetivo de aumentar a produção do setor sucroenergético, expandindo a produção de etanol anidro, para adiciona-lo a gasolina. Desta forma, diminuindo a dependência por petróleo de outros países. O programa contribuiu para a instalação de novas plantas produtoras de etanol, chegando a investir aproximadamente US$ 1,5 bilhões no setor durante a sua primeira fase. Em sua segunda fase incentivou o desenvolvimento de veículos operando com etanol hidratado gerando um aumento do consumo para fins automotivos (RODRIGUES, 2012) Etanol perspectivas no cenário brasileiro O cenário atual brasileiro para o setor sucroalcooleiro é positivo, pois existem muitos fatores que contribuem para esse pensamento, como a disposição de muitas terras aptas para o plantio da cana de açúcar, o desenvolvimento de novas tecnologias e de novas técnicas, aumentando consideravelmente o seu rendimento em termos de produção de etanol por hectare, a necessidade de redução dos gases de efeito estufa e com a escalada do preço do petróleo, o etanol tem sido muito competitivo frente à gasolina (NOVACANA, 2015) Octanagem vs Cetanagem A capacidade que o combustível tem de ser comprimido sem entrar em autoignição é denominada octanagem, conhecida também como poder antidetonante. O índice de octanagem é a característica mais importante dos combustíveis para motores de ignição por centelha. Sendo indispensável o seu conhecimento para o dimensionamento dos parâmetros geométricos do motor, principalmente a taxa de compressão do motor. Desta forma, um combustível com alto índice de octanagem pode ser elevado a maiores pressões e temperaturas, possibilitando uma maior eficiência ao queimar. Porém um combustível com maior octanagem, não significa maior potência quando utilizado em um

20 19 motor, e sim que o motor foi projetado para operar com um alto índice de octanagem (MARTINS, 2013). A cetanagem é para os óleos combustíveis, o que a octanagem é para a gasolina e éteres. O índice de cetano representa a capacidade de autoignição, uma das características mais importante do óleo diesel, por exemplo. Pois, os motores de ignição por compressão necessitam de combustíveis com facilidade de autoignição, para que os mesmos possam ser injetados na câmara de combustão e, consequentemente, entrar em contato com o ar, a altos níveis de temperatura e pressão, possibilitando o início da combustão.

21 20 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E OBJETIVOS Neste capítulo será apresentada uma breve revisão dos trabalhos diversos realizados nos últimos anos relacionados às análises termodinâmicas dos motores de combustão interna. Sendo de suma importância para a realização deste trabalho. Carvalho (2011) estudou um motor de combustão interna ciclo Otto, 1,4 L de volume e potência máxima de 77,2 kw, utilizando diversos tipos de combustíveis, abordando suas principais características, as emissões veiculares e fatores que contribuem no desempenho, rendimento e emissões do motor. Utilizando conceitos da termodinâmica como entropia, irreversibilidades, exergia e a aplicação da 1ª e 2ª Lei da Termodinâmica em motores de combustão interna. Através de ensaios experimentais executados em um dinamômetro de bancada, comparando os resultados de desempenho (torque e potência), consumo de combustível, eficiências e emissões entre etanol, gasolina, misturas gasolina/etanol e Gás Natural Veicular. Analisando os resultados de desempenho, o combustível que proporcionou os maiores valores de torque e potência ao motor foi o etanol anidro, aumentando também o desempenho e eficiência da gasolina conforme o aumento do seu percentual. O Gás Natural Veicular apresentou a maior eficiência comparada aos outros combustíveis, porém com desempenho inferior aos demais. Destacando assim o etanol pelos bons resultados de desempenho e rendimento, e pelo ponto de vista ambiental, sendo sua fonte de origem renovável. Melo (2012), analisou experimental e numericamente um motor flex fuel para o estudo da influência da adição de diferentes teores de etanol hidratado à gasolina no desempenho do motor. Realizando ensaios de desempenho, emissões e de medição da pressão na câmara de combustão em um banco de provas de motor, utilizando os dados experimentais para validar um modelo computacional que gera curvas de pressão na câmara de combustão em função do ângulo de manivelas e valores de emissões de alguns poluentes, usando as equações de cinética química para simulação dos poluentes e equação de Wiebe de duas zonas para estimativa da fração de massa de combustível queimado. Contribuindo para estudos de melhoria da eficiência e de redução de emissões em veículos com tecnologia flex fuel. Na área de simulação há contribuições na avaliação das limitações do modelo de Wiebe de duas zonas e dos mecanismos de cinética química conhecidos para uso na simulação de emissões com o uso de combustíveis contendo misturas de gasolina e etanol.

22 21 Segundo Lanzanova (2013) uma forma ecologicamente correta de gerenciar os recursos energéticos disponíveis e minimizar as emissões de gases de efeito estufa é a utilização de biocombustíveis no lugar de combustíveis de origem fóssil em motores de combustão interna. Contudo, o preço elevado dos biocombustíveis podem limitar o crescimento e a viabilização do seu uso. Para alcançar misturas com mais de 80% de etanol em água o valor da produção aumenta consideravelmente. Seria mais viável caso misturas de etanol com alto percentual de água, pudessem ser utilizados em motores de combustão interna com sucesso. Sendo assim, analisou através de simulações computacionais e experimentais o desempenho de um motor de ignição por centelha monocilíndrica de 0,668L, naturalmente aspirado, com razão de compressão de 19:1 e injeção direta em pré-câmara, ciclo Diesel, alterado para operar em ciclo Otto, com injeção de combustível na porta e razão de compressão de 12:1, operando com etanol em vários níveis de hidratação. Foram realizados testes em dinamômetro com o etanol hidratado comercial com 95% etanol e 5% água e misturas com percentuais de hidratação de até 60% etanol e 40% água, e utilizando um software de volumes finitos unidimensionais para análise da combustão obteve valores satisfatórios com misturas de até 40% de água, e aumento da eficiência térmica com misturas de até 30% de água. Rodrigues (2014) estudou downsizing com o objetivo de apresentar soluções tecnológicas utilizadas em motores de combustão interna, buscando elevar a eficiência energética, diminuindo o consumo de combustível e emissão de gases poluentes, através de simulação computacional e testes com dinamômetro. Comparando os resultados de consumo e emissões dos propulsores originais, e com a solução elaborada, evidenciando as vantagens em relação à sua aplicação. As tecnologias apresentadas tendo impacto direto na aplicação do conceito de downsizing (redução do tamanho dos motores), pois quando aplicadas se mantém a potência em um propulsor menor comparado a outro de maior cilindrada, reduzindo a emissão de gases poluentes e consumo de combustível. Apresentando as soluções: sobrealimentação, taxa de compressão variável, injeção direta e coletor de admissão variável. Wang et. al (2015), realizaram experiências comparativas em um motor de combustão interna a gasolina com injeção na porta, utilizando gasolina com 10% de etanol hidratado (E10W), gasolina com 10% etanol anidro (E10) e gasolina pura (E0). Analisando criteriosamente os efeitos das cargas do motor e as adições de etanol e água na combustão e as características dos gases emitidos. De acordo com os resultados experimentais, em comparação com E0, E10W apresentou maior pressão nos cilindros à carga elevada. Foram

23 22 observados aumentos no calor de pico para o combustível E10W em todas as condições de funcionamento. O uso do E10W aumentou as emissões de NOX em uma larga faixa de rotação. Contudo, em condições de baixa rotação, E10W reduziu HC, CO e emissões de CO2 significativamente. E10W também produzido ligeiramente menos emissões de HC e CO, enquanto que as emissões de CO2 não foram significativamente afetadas em alta rotação. Comparado com E10, E10W apresentou maior pico de pressão nos cilindros e injeção de calor de pico nas condições operacionais testados. Além disso, diminui as emissões de NOx, observadas para o E10W de 5 Nm a 100 Nm, enquanto o HC, CO e as emissões de CO2 foram ligeiramente maiores em condições de carga baixa e média. Desta forma, concluíram que o combustível E10W pode ser considerado como um combustível alternativo em potencial para aplicações nos motores a gasolina. 2.2 Objetivos O presente trabalho tem por objetivo a otimização do funcionamento de um motor, o qual foi concebido originalmente para operar com gasolina e etanol (flex), operando apenas com etanol hidratado. Para isso, propõe-se a análise dos parâmetros dinâmicos (relação arcombustível, avanço de ignição) e geométricos (razão de compressão, tempo de válvulas) do motor, visando alcançar maiores níveis de torque, potência e menor consumo específico de combustível. Para este fim, utilizou-se o software Diesel-RK.

24 23 3. METOLOGIA Neste capítulo será apresentada toda a metodologia utilizada para o desenvolvimento do trabalho. Sendo assim, serão apresentadas informações sobre o software utilizado, características do motor flex e dos combustíveis utilizados para as análises, assim como os passos executados para obtenção dos resultados Diesel-RK O desenvolvimento do software DIESEL-RK foi iniciado em 1981, no Departamento de Motores de Combustão de Interna de Bauman MSTU (Moscow State Technical University). Desde o seu início, o software foi concebido como uma ferramenta de pesquisa à otimização e, portanto, apresenta ênfase com relação ao aumento da velocidade operacional e adequação dos modelos matemáticos e algoritmos aplicados para a solução de problemas relacionados às simulações de motores de combustão interna. Corresponde a um software completo de simulação do ciclo termodinâmico de um motor. Foi projetado para simular e otimizar motores de combustão interna de dois e quatro cursos. O programa pode ser utilizado para modelar os seguintes tipos de motores: motores do ciclo de ignição por compressão (CI) de dois ou quatro cursos, que apresentam injeção direta e também os que apresentam pré-câmara (PCCI), movidos a diesel e a biocombustíveis. motores do ciclo de ignição por centelha (SI) de dois ou quatro cursos, movidos à gasolina e a biocombustíveis como o etanol. motores a gás SI, incluindo sistemas de pré-câmara, e motores alimentados por diferentes gases: metano, propano, butano, biogás, gás oriundo da pirólise de madeira, gás de síntese, entre outros. capacidade de simular o processo de lavagem em motores de dois cursos. possibilidade de simulação de motores de vários designs de disposição dos cilindros, tais como, em linha, em V, opostos e radial.

25 Parâmetros do motor A proposta de simulação do motor CCRA (Total flex), utilizado em alguns modelos de veículos da marca Volkswagen, cujos principais parâmetros geométricos e de funcionamento foram obtidos através de um sistema de informações técnicas da Volkswagen, os quais seguem apresentados por meio da Tabela 1. Tabela 1. Características geométricas e operacionais do motor. Parâmetros Informação Tipo do motor Motor SI de 4 cursos Número de cilindros 4 Número de válvulas no cabeçote 8 Geometria do motor Linha Sistema de arrefecimento Líquido Cilindrada 1598 cm 3 Potência (Gasolina) 74,0 kw a 5250 rpm Potência (Etanol) 76,0 kw a 5250 rpm Torque (Gasolina) 151,0 Nm a 2500 rpm Torque (Etanol) 153,0 Nm a 2500 rpm Diâmetro Ø76,5 mm Curso 86,9 mm Taxa de compressão 12,0:1 Combustível Bicombustível (Gasolina tipo C / Etanol) Fonte: Ficha técnica da Volkswagen Dados dos combustíveis Nesta seção serão apresentadas a composição química e as principais características dos combustíveis utilizados no decorrer das análises. Diante disso, as Tabelas 3 e 4 apresentam, respectivamente, as informações a respeito da gasolina e etanol hidratado. Resaltando que os dados da gasolina utilizada neste trabalho são da própria biblioteca do software.

26 25 Tabela 2. Características da gasolina. Parâmetros Valor Percentual mássico de carbono 85,5 % Percentual mássico de hidrogênio 14,5 % Percentual mássico de oxigênio 0 % Poder calorífico inferior 44 MJ/kg Densidade 720 kg/m 3 Massa molecular 115 kg/kmol Octanagem 95 octanas Fonte: Diesel-RK (2015). Tabela 3. Características do etanol hidratado. Parâmetros Valor Percentual mássico de carbono 52,9 % Percentual mássico de hidrogênio 11,6 % Percentual mássico de oxigênio 35,5 % Poder calorífico inferior 25 MJ/kg Densidade 810 kg/m 3 Massa molecular 46 kg/kmol Octanagem 110 octanas Fonte: Próprio autor Procedimentos Para o desenvolvimento do trabalho, foi desenvolvida uma metodologia para alcançar, de modo satisfatório, a otimização do motor em questão. Diante disso, foi proposta a seguinte ordem de execução: I. Listagem de variáveis a serem otimizadas no passo em questão; II. Fixadas as condições iniciais, realizar uma simulação ICE antes de qualquer outra simulação (Figura 12); III. Escolher uma das variáveis listadas no item I para ser escaneada (Figuras 13 e 14); IV. Depois do escaneamento, plotar os gráficos da variável em questão pelo torque gerado e pela octanagem (Figura 15);

27 26 V. Definir o valor para a variável onde o torque é máximo, respeitando sempre o requisito de octanagem imposto pelo combustível; VI. Atualizar o valor determinado nos parâmetros iniciais do software, antes da próxima simulação (Figura 16); VII. Repetir as etapas III, IV, V e VI, até que todas as variáveis listadas no item I sejam escaneadas; VIII. Fixadas as novas variáveis, realizar outra simulação ICE e compará-la com o valor obtido na etapa II (Figura 17); IX. Caso o torque tenha aumentado em mais de 5%, repetir mais uma vez o procedimento geral de otimização de variáveis, de acordo com etapas, III, IV, V, VI, VII e VIII, com a finalidade de refinar os parâmetros operacionais; X. Comparar o novo valor do torque com o da última simulação ICE. Desta forma, neste trabalho foi feita a listagem das seguintes variáveis, conforme Tabela 4. Ressaltando que para os modos ICE 0 e ICE I foram utilizados os parâmetros geométricos originais e, com isso, foram atribuídos os valores apenas para o avanço de ignição (θi) e a relação de equivalência ar-combustível (lambda), buscando alcançar o torque máximo do motor operando, respectivamente, com gasolina ou etanol, conforme informado na Tabela 1. Tabela 4. Listagem das variáveis a serem otimizadas. Variável Definição rc razão de compressão IVO abertura da válvula de admissão IVC fechamento da válvula de escape EVO abertura da válvula de escape EVC fechamento da válvula de escape λ relação de equivalência ar-combustível θi avanço de ignição Fonte: próprio autor. No modo ICE simulation, conforme ilustrado na Figura 12, a partir dos dados inseridos no software é feita simulação, retornando os resultados alcançados e suas principais configurações, obtendo assim um ponto de partida antes do escaneamento das variáveis.

28 27 Figura 12. Simulação ICE. Fonte: Diesel-RK (2015). Após realizar a ICE simulation e obter um ponto de partida, inicia-se o escaneamento das variáveis, como exemplificado na Figura 13, foi escolhido a variável lambda (relação de equivalência ar-combustível), e inserido os valores de mínimo e máximo. Feito isso, foi realizada a simulação no modo Scanning, conforme Figura 14. Figura 13. Escolha da variável para ser escaneada. Fonte: Diesel-RK (2015).

29 28 Figura 14. Escaneamento. Fonte: Diesel-RK (2015). Realizado o modo Scanning, apertar as teclas Ctrl+5, para abrir uma nova interface do software, onde será realizada a plotagem dos gráficos em função do torque e requisito de octanagem, conforme Figura 15. Após a plotagem dos gráficos observa-se em qual valor da variável obtém-se o máximo torque, atentando sempre para não ultrapassar o requisito de octanagem. No exemplo o valor de lambda para alcançar o máximo torque de 99,7 Nm com 61,8 octanas, está entre o intervalo de 0,73 a 0,74, sendo de aproximadamente 0,734, valor que respeita o requisito de octanagem, que nesse caso era de 110 octanas para o etanol hidratado. Figura 15. Plotagem dos gráficos em função do torque e octanagem do combustível. Fonte: Diesel-RK (2015).

30 29 Sendo assim, é feito a atualização dos parâmetros inicialmente determinados no software com o novo valor da variável, conforme Figura 16. Desta forma, é realizado outro ICE simulation para a comparação dos resultados, avaliando se houve otimização. Figura 16. Alteração da variável escaneada. Fonte: Diesel-RK (2015). Nos resultados (Figura 17), é possível fazer avaliação de diversos parâmetros como exemplo, torque, potência, eficiências, consumo, emissões, avanço de ignição, tempo de válvulas, razão de compressão entre outros. Figura 17. Resultados obtidos através do modo ICE. Fonte: Diesel-RK (2015).

31 30 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos no decorrer do presente trabalho. Sendo estes, apresentados por meio de tabelas e gráficos, para melhor representação. As variáveis seguem apresentadas em função do modo de operação do motor, levando em consideração o combustível aplicado e a faixa de rotação analisada. A Tabela 5 apresenta os resultados obtidos através do software Diesel-RK, comparando os valores das variáveis listadas, em várias configurações do motor, as quais foram alcançadas para a rotação nominal de rpm, na qual, teoricamente, se enxerga o torque máximo do motor. Estes resultados são de extrema importância, pois, é possível evidenciar a melhoria no desempenho do motor após a otimização das variáveis, por meio da elevação do torque e, consequentemente potência, aliados à redução do consumo específico de combustível e outros parâmetros como podem ser visualizados no decorrer deste capítulo. Tabela 5. Resultados das variáveis a rotação nominal de 2500 rpm. ICE 0 ICE I ICE II ICE III Torque [N m] 151,35 150,59 167,36 168,14 Potência [kw] 39,62 39,42 43,81 44,02 Consumo específico de combustível [kg/kwh] 0,27 0,50 0,49 0,48 Lambda (relação de equivalência ar-combustível) 0,78 0,71 0,70 0,71 Avanço de ignição (θi) 9,00 11,00 8,00 7,00 Requisitos de octanagem [octanas] 94,96 95,52 105,18 103,93 Redução específica de emissão de NOx [g/kwh] 1,11 0,00 0,00 0,00 bmep [bar] 11,90 11,84 13,16 13,22 Fonte: Próprio autor. Sendo, ICE 0: Parâmetros originais do motor operando com gasolina; ICE I: Parâmetros originais do motor operando com etanol; ICE II: Parâmetros otimizados do motor operando com etanol hidratado (1ª iteração); ICE III: Parâmetros otimizados do motor operando com etanol hidratado (2ª iteração). Após obter o torque máximo para todas as configurações do motor, sempre respeitando os requisitos de octanagem dos respectivos combustíveis, foram feitas iterações

32 31 para alcançar os valores de todas as variáveis, em função da rotação, com um passo de rpm, conforme apresentado na Tabela 6. Torque [N.m] Potência [kw] Consumo Específico [kg/kwh] Lambda [λ] Theta_i [θi] Requisito de Octanagem [octanas] NOx [g/kwh] bmep [bar] Tabela 6. Resultados das variáveis em função da rotação. Rotação [rpm] ICE 0 132,06 150,75 151,76 149,55 126,17 114,11 94,89 69,240 ICE I 135,24 151,11 150,59 145,72 122,54 110,18 88,317 62,452 ICE II 139,34 164,04 173,14 174,99 161,39 148,66 125,9 95,502 ICE III 140,54 164,26 172,95 172,14 157,77 146,28 123,03 93,313 ICE 0 13,828 31,571 47,673 62,639 66,059 71,694 69,553 58,002 ICE I 14,161 31,647 47,305 61,035 64,157 69,225 64,735 52,316 ICE II 14,591 34,353 54,389 73,295 84,497 93,401 92,283 80,001 ICE III 14,717 34,401 54,33 72,101 82,6 91,906 90,178 78,168 ICE 0 0,330 0,273 0,267 0,271 0,283 0,299 0,328 0,375 ICE I 0,548 0,505 0,502 0,513 0,537 0,551 0,633 0,738 ICE II 0,549 0,487 0,476 0,478 0,489 0,503 0,535 0,591 ICE III 0,540 0,488 0,477 0,480 0,492 0,507 0,540 0,605 ICE 0 0,72 0,78 0,78 0,78 0,78 0,78 0,78 0,78 ICE I 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,74 0,71 0,71 ICE II 0,7 0,71 0,71 0,71 0,71 0,72 0,73 0,74 ICE III 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,72 0,73 0,73 ICE ICE I ICE II ICE III ICE 0 94,482 94,189 94,701 90,489 79,667 77,336 71,771 66,259 ICE I 107,74 99,201 95,336 91,946 79,555 75,127 71,429 61,755 ICE II 108,7 108,08 101,97 100,15 92,954 89,013 81,314 76,268 ICE III 109,19 108,17 103,82 99,093 91,594 86,524 80,093 71,956 ICE 0 0,2130 0,8809 1,1482 1,0643 0,9216 0,9665 0,9014 0,8568 ICE I 3,9E-04 7,5E-04 0,0014 0,0018 9,7E-04 0,0034 8,9E-04 7,9E-04 ICE II 1,6E-04 NaN 0,0035 0,0067 0,0070 0,0130 0,0178 0,0308 ICE III 2,9E-04 0,0018 0,0044 0,0067 0,0072 0,0118 0,0187 0,0178 ICE 0 10,386 11,856 11,935 11,762 9,9231 8,9747 7,4629 5,4455 ICE I 10,636 11,885 11,843 11,461 9,6375 8,6656 6,946 4,9117 ICE II 10,959 12,901 13,617 13,763 12,693 11,692 9,9018 7,511 ICE III 11,053 12,919 13,602 13,539 12,408 11,505 9,6759 7,3389 Fonte: Próprio autor.

33 Potência [kw] Torque [Nm] 32 Em termos de valores para comparação e discussão, os principais resultados são: ICE I, ICE II e ICE III. Para melhor compreensão e visualização dos resultados, as Figuras de 18 a 22 apresentam, respectivamente, o comportamento do torque, potência, consumo específico de combustível e emissões de NOx, todos traçados em função dos modos de operação e da faixa de rotação analisada. Adicionalmente, o software Excel foi empregado para a plotagem dos gráficos. 190 Figura 18. Torque em função da rotação para diversas configurações ICE 0 ICE I ICE II ICE III Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. Figura 19. Potência em função da rotação para diversas configurações Rotação [rpm] ICE 0 ICE I ICE II ICE III Fonte: Próprio autor.

34 Consumo Específico [kg/kwh] 33 Figura 20. Consumo específico em função da rotação para diversas configurações. 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ICE 0 ICE I ICE II ICE III 0, Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. Conforme esperado, após a otimização das variáveis, foi avaliado um salto em termos de torque e potência, comparando os modos ICE I e ICE II, conforme ilustrado nas Figuras 18 e 19. Além disso, observou-se uma melhoria com relação ao consumo específico do motor, conforme ilustrado pela Figura 20. Diante disso, no modo ICE II, o motor otimizado gerou um torque máximo de 174,99 Nm a rpm, enquanto que no modo ICE I se alcançou um torque máximo de 151,11 Nm a rpm. Em termos percentuais, a otimização proporcionou um aumento de 15,8% no valor do torque máximo. Em termos de potência máxima, foi possível alcançar 93,401 kw com o motor otimizado e 69,225 kw com motor original, resultando em um ganho percentual de 34,9% na potência máxima desenvolvida pelo propulsor. O consumo específico de combustível diminuiu, fazendo uma comparação do ICE I com o ICE II, por consequência do aumento do torque e potência, desta forma gerando uma melhor autonomia do motor. Em função dos dados obtidos, tem-se uma redução na ordem de 5,18%.

35 NO x [g/kwh] NO x [g/kwh] 34 Figura 21. Emissão de NOx em função da rotação para diversas configurações. 1,2000 1,0000 0,8000 0,6000 0,4000 0,2000 ICE 0 ICE I ICE II ICE III 0, Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. Figura 22. Gráfico aproximado para melhor visualização dos níveis de NOx. 0, , , , , ,01000 ICE I ICE II ICE III 0, , Rotação [rpm] Fonte: Próprio autor. A Figura 21 ilustra os níveis de emissão de NOx, evidenciando os maiores níveis de emissão da gasolina, se comparado ao etanol. Por outro lado, A Figura 22, se trata de uma aproximação da Figura 21, a fim de se facilitar a visualização das emissões de NOx, nos modos em que se opera com etanol. O aumento nas emissões do motor otimizado, quando comparado ao motor original operando com etanol, se deve ao aumento da taxa de

36 35 compressão, que proporciona um aumento dos níveis de pressão e temperatura no interior da câmara de combustão, ocasionando uma maior emissão de NOx.

37 36 5. CONCLUSÃO Neste trabalho, desenvolveu-se uma análise numérica do funcionamento de um motor de ignição por centelha flex fuel, buscando a otimização dos parâmetros dinâmicos e geométricos para se alcançar um melhor desempenho do motor operando apenas com etanol hidratado. Para a obtenção dos resultados, foi utilizado o software Diesel-RK, desenvolvido para realizar uma completa análise termodinâmica em motores de combustão interna, contemplando suas diversas configurações geométricas e de funcionamento. Após a análise das variáveis do motor, pode-se concluir que é possível realizar a otimização de vários parâmetros, como os tempos de válvula, avanço de ignição, relação de equivalência ar-combustível e razão de compressão. Diante disso, comparando a operação com etanol nas configurações original e otimizada, se alcançou um aumento de 15,8% no torque e, consequentemente, uma elevação de 34,9% na potência de eixo. Adicionalmente, tem-se uma redução de 5,18% no consumo específico de combustível. Por fim, se conclui que uma opção para alcançar maior desempenho nos motores é a fabricação de modelos que funcionam apenas com um combustível, ou seja, apenas gasolina ou apenas etanol, para então realizar a otimização dos seus parâmetros e alcançar maior eficiência.

38 37 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARRO FLEX NO BRASIL. Carros. Disponível em: < Acesso em: 04 de dezembro CARVALHO, M. A. S. de. Avaliação de um motor de combustão interna ciclo Otto utilizando diferentes tipos de combustíveis p. Dissertação (Pós-Graduação). Escola Politécnica, Universidade Estadual da Bahia, Salvador, BA. ETANOL NO BRASIL. Cana de açúcar. Disponível em: < Acesso em: 06 de dezembro GOL FLEX. Carros. Disponível em: < Acesso em: 04 de dezembro LANZANOVA, T. D. M. Avaliação numérica e experimental de um motor Otto operando com etanol hidratado p. Dissertação (Pós-Graduação). Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do sul, Rio Grande do Sul, RS. MARTINS, Jorge. Motores de combustão interna. 4. Ed. Porto. Publindústria, edições técnicas, p. MELO, T. C. C. de. Análise experimental e simulação computacional de um motor flex operando com diferentes misturas de etanol hidratado na gasolina p. Doutorado (Pós-Graduação). UFRJ/COPPE, Rio de Janeiro, RJ. PULKRABEK, W. W. Engineering fundamentals of the internal combustion engine. 2ª Ed p.

39 38 RODRIGUES, B. R. Estoques reguladores de etanol combustível frente à introdução dos veículos flex fuel na frota nacional p. Mestrado (Pós-Graduação). UFRJ/COPPE, Rio de Janeiro, RJ. RODRIGUES, T. de M. Downsizing em motores de combustão interna: uma abordagem de inovação tecnológica p.(pós-graduação). CEUN/IMT, São Caetano do Sul, SP. WANG, X. et. al. The effects of hydrous ethanol gasoline on combustion and emission characteristics of a port injection gasoline engine p. ScienceDirect.

40 39 APÊNDICES Segue os resultados das simulações ICE 0, ICE I, ICE II e ICE III por completo utilizados na Tabela 5. ICE 0: Parâmetros originais do motor operando com gasolina "Motor CCRA 1.6 -" Mode: #1 :: "RPM=2500, PR=2.00 "; Title: "A/F ratio is settled" Fuel: Gasolina PARAMETERS OF EFFICIENCY AND POWER RPM - Engine Speed, rev/min P_eng - Piston Engine Power, kw BMEP - Brake Mean Effective Pressure, bar Torque - Brake Torque, N m m_f - Mass of Fuel Supplied per cycle, g SFC - Specific Fuel Consumption, kg/kwh Eta_f - Efficiency of piston engine IMEP - Indicated Mean Effective Pressure, bar Eta_i - Indicated Efficiency FMEP - Friction Mean Effective Pressure, bar Eta_m - Mechanical Efficiency of Piston Engine ENVIRONMENTAL PARAMETERS po_amb - Total Ambient Pressure, bar To_amb - Total Ambient Temperature, K p_te - Exhaust Back Pressure, bar (after turbine) po_afltr - Total Pressure after Induction Air Filter, bar TURBOCHARGING AND GAS EXCHANGE p_c - Pressure before Inlet Manifold, bar T_C - Temperature before Inlet Manifold, K m_air - Total Mass Airflow (+EGR) of Piston Engine, kg/s Eta_TC - Turbocharger Efficiency po_t - Average Total Turbine Inlet Pressure, bar To_T - Average Total Turbine Inlet Temperature, K m_gas - Mass Exhaust Gasflow of Pison Engine, [g/s A/F_eq.t - Total Air Fuel Equivalence Ratio F/A_eq.t - Total Fuel Air Equivalence Ratio PMEP - Pumping Mean Effective Pressure, bar Eta_v - Volumetric Efficiency x_r - Residual Gas Mass Fraction Phi - Coeff. of Scavenging (Delivery Ratio / Eta_v) BF_int - Burnt Gas Fraction Backflowed into the Intake, % %Blow-by - % of Blow-by through piston rings INTAKE SYSTEM p_int - Average Intake Manifold Pressure, bar T_int - Average Intake Manifold Temperature, K Tw_int - Average Intake Manifold Wall Temperature, K hc_int - Heat Transfer Coeff. in Intake Manifold, W/(m2*K)

41 hc_int.p - Heat Transfer Coeff. in Intake Port, W/(m2*K) EXHAUST SYSTEM p_exh - Average Exhaust Manifold Gas Pressure, bar T_exh - Average Exhaust Manifold Gas Temperature, K v_exh - Average Gas Velocity in exhaust manifold, m/s Sh - Strouhal number: Sh=a*Tau/L (has to be: Sh > 8) Tw_exh - Average Exhaust Manifold Wall Temperature, K hc_exh - Heat Transfer Coeff. in Exhaust Manifold, W/(m2*K) hc_exh.p - Heat Transfer Coeff. in Exhaust Port, W/(m2*K) COMBUSTION A/F_eq - Air Fiel Equivalence Ratio in the Cylinder F/A_eq - Fuel Air Equivalence Ratio in the Cylinder p_max - Maximum Cylinder Pressure, bar T_max - Maximum Cylinder Temperature, K CA_p.max - Angle of Max. Cylinder Pressure, deg. A.TDC CA_t.max - Angle of Max. Cylinder Temperature, deg. A.TDC dp/dtheta- Max. Rate of Pressure Rise, bar/deg Theta_i - Injection / Ignition Timing, deg. B.TDC Phi_id - Ignition Delay Period, deg Phi_z - Combustion duration, deg m_w - Wiebe's Factor in the Cylinder ON - Minimum Octane Number of fuel (knock limit) ECOLOGICAL PARAMETERS NOx,ppm - Fraction of wet NOx in exh. gas, ppm NO,g/kWh - Specif. NOx emiss. reduc. to NO, g/kwh (Zeldovich) SO2 - Specific SO2 emission, g/kwh CYLINDER PARAMETERS p_ivc - Pressure at IVC, bar T_ivc - Temperature at IVC, K p_tdc - Compression Pressure (at TDC), bar T_tdc - Compression Temperature (at TDC), K p_evo - Pressure at EVO, bar T_evo - Temperaure at EVO, K HEAT EXCHANGE IN THE CYLINDER T_eq - Average Equivalent Temperature of Cycle, K hc_c - Aver. Factor of Heat Transfer in Cyl., Wt/m2/K Tw_pist - Average Piston Crown Temperature, K Tw_liner - Average Cylinder Liner Temperature, K Tw_head - Average Head Wall Temperature, K Tw_cool - Average Temperature of Cooled Surface head of Cylinder Head, K Tboil - Boiling Temp. in Liquid Cooling System, K hc_cool - Average Factor of Heat Transfer, W/(m2*K) from head cooled surface to coolant q_head - Heat Flow in a Cylinder Head, J/s q_pist - Heat Flow in a Piston Crown, J/s q_liner - Heat Flow in a Cylinder Liner, J/s MAIN ENGINE CONSTRUCTION PARAMETERS CR - Compression Ratio EVO - Exhaust Valve Opening, deg. before BDC EVC - Exhaust Valve Closing, deg. after DC IVO - Intake Valve Opening, deg. before DC IVC - Intake Valve Closing, deg. after BDC