Simulação do Ciclo OTTO - Motor 4 tempos Professora: Cristiane Aparecida Martins Alunos: Nathália Matos da Silva e Alexander Minagawa

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1 Simulação do Ciclo OTTO - Motor 4 tempos Professora: Cristiane Aparecida Martins Alunos: Nathália Matos da Silva e Alexander Minagawa O ciclo OTTO é um ciclo termodinâmico, o qual idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por faísca. Para isso, o motor é de quatro tempos ou duas voltas do eixo de manivelas, pois o giro é de 720 graus, durante as quais os pistões recebem apenas um impulso motor. Os processos envolvidos no ciclo estão descritos a seguir e podem ser observados na figura 3. Processo 1-2: Compressão adiabática e reversível Processo 2-3: Combustão adiabática e volume constante Processo 3-4: Expansão adiabática e reversível Processo 4-5-6: Exaustão adiabática com os eventos de válvula ocorrendo no PMS e PMI Processo 6-1: Admissão Figura 1: Diagrama Pressão x Volume A partir da figura 3, observa-se que a pressão máxima ocorre no início da queima devido ao início da combustão em um pequeno volume Com isso, a partir do simulador de motores, foi possível analisar a variação da pressão de acordo com a mudança de alguns parâmetros do motor. Para isso, considerou alguns dados fixos, os quais estão listados na tabela 1. Escala de P Escala de T Borboleta Combustível Mistura Taxa 300 Kgf/cm o C 50% Gasolina 18:1 15:1 Tabela 1: Dados pré-estabelecidos Análise 1 A configuração do motor analisado foi de acordo com os dados da tabela Tabela 2: Motor 1 Com isso, a partir do simulador, ao término de cada etapa, verificou-se os dados da tabela 3. As pressões teórica e real máximas são e Kgf/cm 2, respectivamente. 1

2 Admissão 209 mg 121 mg 87 mg Compressão 209 mg 121 mg 87 mg Queima 209 mg 0 mg 209 mg Combustão 209 mg 0 mg 209 mg Ciclo 87 mg 0 mg 87 mg Tabela 3: Ar no motor 1 Tal processo tem como objetivo servir de referência para que seja possível a comparação com os demais processos. E assim averiguar quais são as diferenças entre eles. Figura 2: Motor sem avanço ou atraso de válvulas Análise 2 A configuração do motor analisado foi de acordo com os dados da tabela Tabela 4: Motor 2 Com isso, a partir do simulador, ao término de cada etapa, verificou-se os dados da tabela 5. Porém, As pressões teórica e real máximas são e Kgf/cm 2, respectivamente. 2

3 Admissão 139 mg 56 mg 82 mg Compressão 139 mg 56 mg 82 mg Queima 139 mg 0 mg 139 mg Combustão 139 mg 0 mg 139 mg Ciclo 139 mg 0 mg 139 mg Tabela 5: Ar no motor 2 Nesta análise, observa-se apenas o avanço da admissão. Com isso, a válvula de admissão abre com antecedência, o que aumenta o tempo de entrada, na câmara de combustão, de uma mistura de ar e combustível, enquanto o pistão se move de forma a diminuir o espaço no interior da câmara. Dessa forma, espera-se que o ar novo no cilindro aumente com o avanço da admissão, porém enquanto a válvula de admissão está abrindo, a válvula escape está ainda aberta, logo, parte do ar novo escapa. Nesse caso, o ar novo deve diminuir e, consequentemente, o ar total ta também, o que pode ser comprovado experimentalmente a partir da comparação dos dados das tabelas 3 e 5. Figura 3: Motor com avanço de admissão Análise 3 A configuração do motor analisado foi de acordo com os dados da tabela Tabela 6: Motor 3 Com isso, a partir do simulador, ao término de cada etapa, verificou-se os dados da tabela 7. Porém, As pressões teórica e real máximas são e Kgf/cm 2, respectivamente. 3

4 Admissão 295 mg 205 mg 89 mg Compressão 295 mg 205 mg 89 mg Queima 295 mg 0 mg 295 mg Combustão 295 mg 0 mg 295 mg Ciclo 89 mg 0 mg 89 mg Tabela 7: Ar no motor 3 O Atraso da Emissão significa que a válvula de admissão irá demorar mais para se fechar, desta maneira a massa de ar novo admitido será maior. Consequentemente com maior quantidade de ar novo, haverá maior massa de ar queimado na combustão. Por fim a descarga permanece com ar queimado final praticamente inalterado, pois não houve mudanças na válvula de escape. Figura 4: Motor com atraso de admissão Análise 4 A configuração do motor analisado foi de acordo com os dados da tabela Tabela 8: Motor 4 Com isso, a partir do simulador, ao término de cada etapa, verificou-se os dados da tabela 9. Porém, As pressões teórica e real máximas são e Kgf/cm 2, respectivamente. 4

5 Admissão 221 mg 120 mg 101 mg Compressão 221 mg 120 mg 101 mg Queima 221 mg 0 mg 221 mg Combustão 221 mg 0 mg 221 mg Ciclo 101 mg 0 mg 101 mg Tabela 9: Ar no motor 4 Nesta análise, verifica-se apenas o avanço da descarga. Com isso, a válvula de descarga abre com antecedência em relação ao pistão atingir o PMI, o que aumenta o tempo de escape do ar queimado. Observando as tabelas 3 e 9, verifica-se que a quantidade de ar queimado que escapa é 121mg na análise 1 Figura 5: Motor com avanço de admissão Análise 5 A configuração do motor analisado foi de acordo com os dados da tabela Tabela 10: Motor 5 Com isso, a partir do simulador, ao término de cada etapa, verificou-se os dados da tabela 11. Porém, As pressões teórica e real máximas são e Kgf/cm 2, respectivamente. 5

6 Admissão 189 mg 142 mg 47 mg Compressão 189 mg 142 mg 47 mg Queima 189 mg 0 mg 189 mg Combustão 189 mg 0 mg 189 mg Ciclo 50 mg 0 mg 50 mg Tabela 11: Ar no motor 5 Como ocorre um atraso na descarga, a válvula de descarga ficará mais tempo aberta, o que explica a diminuição do ar queimado durante a admissão. Figura 6: Motor com atraso de descarga Análise 6 A configuração do motor analisado foi de acordo com os dados da tabela Tabela 12: Motor 6 Com isso, a partir do simulador, ao término de cada etapa, verificou-se os dados da tabela 13. Porém, As pressões teórica e real máximas são e Kgf/cm 2, respectivamente. 6

7 Admissão 197 mg 124 mg 72 mg Compressão 197 mg 124 mg 72 mg Queima 197 mg 0 mg 197 mg Combustão 197 mg 0 mg 197 mg Ciclo 72 mg 0 mg 72 mg Tabela 13: Ar no motor 6 Nesta análise, verifica-se apenas o avanço da ignição. Com isso, a ignição ocorre antes do PMS, o que provoca o início da combustão durante a compressão. Entretanto, como a velocidade da combustão é constante, o avanço de ignição deve ser tanto maior quanto maior a velocidade de rotação do motor. Figura 7: Motor com avanço de ignição Análise 7 A configuração do motor analisado foi de acordo com os dados da tabela Tabela 14: Motor 7 Com isso, a partir do simulador, ao término de cada etapa, verificou-se os dados da tabela 15. Porém, As pressões teórica e real máximas são e Kgf/cm 2, respectivamente. 7

8 Admissão 604 mg 505 mg 99 mg Compressão 604 mg 505 mg 99 mg Queima 604 mg 0 mg 604 mg Combustão 604 mg 0 mg 604 mg Ciclo 141 mg 0 mg 141 mg Tabela 15: Ar no motor 7 Situação que ocorre no início da admissão, quando as duas válvulas ficam abertas simultaneamente, devido ao avanço na abertura da válvula de admissão e o atraso da descarga. Figura 8: Motor com modificações variadas 8