Parâmetros de performance dos motores:

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1 Parâmetros de performance dos motores: Os parâmetros práticos de interesse de performance dos motores de combustão interna são: Potência, P Torque,T Consumo específico de combustível. Os dois primeiros dependem do volume deslocado, sfc. Para motores de 4 tempos: P PME A p S P 4 T PME 4 V d Então, para motores bem projetados 1, a potência é proporcional à área do pistão e o torque é proporcional ao volume deslocado. 1 motores onde os valores máximos da PME e da velocidade média do pistão, S d, são limitados pela capacidade de respiração do motor (nos motores naturalmente aspirados) ou por limitação por stress (nos motores turbocomprimidos)

2 Parâmetros de performance dos motores: Os parâmetros práticos de interesse de performance dos motores de combustão interna são: Potência, P Torque,T Consumo específico de combustível. Os dois primeiros dependem do volume deslocado, sfc. Para motores de 4 tempos: P PME A p S P 4 T PME 4 V d PME Q f v HV a, i F A A importância de uma alta eficiência de conversão de combustível, boa capacidade de respiração (alto rendimento volumétrico), e da densidade do ar de admissão ficam claras. O consumo específico de combustível relaciona-se com a eficiência de conversão de combustível pela equação: 1 sfc f Q HV

3 Potência Indicada, Potência de Frenagem e Pressão Média Efetiva As características de operação WOT*, wide open throttle, de um motor automotivo de ignição por centelha estão mostradas na figura. A potência mostrada é a potência bruta do motor básico. A potência máxima líquida do motor completamente equipado (com coletor de admissão completo e sistema de exaustão e outros acessórios) é cerca de 14 por cento menor. A potência indicada foi obtida somando-se a potência de atrito com a potência de frenagem. A potência indicada corresponde a taxa média de transferência de trabalho dos gases no interior dos cilindros para os pistões nos cursos de compressão e expansão. A PME indicada alcança um máximo um pouco antes das 3000 rpm. Desde que o consumo específico de combustível indicado (e também a eficiência de conversão de combustível indicada), varia pouco na faixa de velocidades mostrada, atribui-se a variação na PME i e P i com a velocidade à variação no rendimento volumétrico. P PME A p S P 4 PME Q f v HV a, i F A 1 sfc f Q HV

4 Potência Indicada, Potência de Frenagem e Pressão Média Efetiva Desde que a PME de atrito aumenta quase linearmente com a velocidade de rotação, a potência de atrito irá aumentar mais rapidamente com a velocidade. Devido ao aumento na potência de atrito, a eficiência mecânica decresce de cerca de 0.9, a baixas velocidades, para cerca de 0.7 a 5000 rpm. PME A p S P P 4

5 Potência Indicada, Potência de Frenagem e Pressão Média Efetiva A potência de frenagem atinge um máximo próximo de 4300 rpm, aumentos da velocidade acima deste valor resultarão em decréscimo na potência de frenagem.

6 Potência Indicada, Potência de Frenagem e Pressão Média Efetiva Dados de dois motores Diesel diferentes à esquerda: 6 cilindros, naturalmente aspirado, injeção direta de combustível, 8,4 dm 3 de volume deslocado, diâmetro = 115mm, curso = 135 mmrazão de compressão =16; à direita: 4 cilindros, naturalmente aspirado, injeção indireta de combustível, 1,8 dm 3 de volume deslocado, diâmetro = 84 mm, curso = 82 mm, razão de compressão =22.

7 Variáveis operacionais que afetam a performance, eficiência e emissões de motores de ignição por centelha: As variáveis que mais influenciam a performance, eficiência e emissões de motores de ignição por centelha a uma dada carga e velocidade são: Tempo de ignição; Razão de compressão; Razão Ar/Combustível (ou Combustível/Ar) em relação a razão estequiométrica; Fração dos gases de escape que são reciclados para controle de emissão de NO x.

8 Tempo de ignição: O processo de combustão deve estar propriamente localizado em relação ao PMS para que se obtenha o máximo torque e potência. A duração do processo de desenvolvimento e propagação da chama corresponde a um intervalo de 30 a 90 graus de rotação. A combustão começa antes do final do curso de compressão, continua durante a fase inicial do curso de expansão, e termina depois do ponto em que o pico de pressão acontece no interior do cilindro. Se o início do processo de combustão é progressivamente avançado antes do PMS, o trabalho transferido no tempo de compressão (que é do pistão para os gases no cilindro) aumenta. Se o tempo de ignição é progressivamente retardado, o pico de pressão no cilindro ocorre mais tarde no curso de expansão e sua magnitude é reduzida. Estas variações reduzem o trabalho transferido no curso de expansão dos gases para o pistão. O tempo que proporciona o máximo torque, MBT Maximum Brake Torque timing, ocorre quando a magnitude destas duas tendências opostas se anulam. O avanço ou retardo em relação a este MBT timing produzira troque menor.

9 Tempo de ignição: O MBT timing depende da taxa de desenvolvimento e propagação da chama, o comprimento do caminho que a chama percorre na câmara de combustão e dos detalhes do processo de extinção da chama quando ela encontra as paredes no interior do cilindro. Estes fatores dependem do projeto do motor e de condições de operação, das propriedades do combustível, ar e dos gases queimados residuais. A parte b da figura mostra os efeitos da variação do tempo de ignição no torque de um motor de ignição por centelha. Regras empíricas para relacionar o MBT timing com o pico de pressão no interior do cilindro são frequentemente usadas: Por exemplo, com um ótimo tempo de ignição: 1 A máxima pressão ocorre a cerca de 16 graus depois do PMS; 2 Metade da mistura é queimada até 10 graus depois do PMS.

10 Tempo de ignição: A figura mostra o efeito de variações do avanço no tempo de ignição no torque de frenagem a velocidades entre 1200 e 4200 rpm. A cada velocidade quando o tempo de ignição avança a partir de uma posição previamente retardada, o torque atinge um máximo e depois diminui. O tempo ótimo de ignição, MBT, depende da velocidade, quando a velocidade de rotação aumenta o tempo de ignição deve ser avançado porque a duração do processo de combustão, em ângulos de rotação, aumenta. O tempo ótimo também depende da carga (quantidade de mistura admitida). Quando a pressão no coletor de admissão diminui, o tempo de ignição deve ser ainda mais adiantado para manter ótima performance.