CAPITULO 5 - damec.ct.utfpr.edu.brdamec.ct.utfpr.edu.br/automotiva/downloadsAutomot/6Perform.pdf ·...

CAPITULO 5

Potência máxima

Regulagem da carga

Enchimento do motor

2

Volvo PowertrainVolvo Powertrain - Julio Lodetti

Indice

1. Procura da potência máxima de um motor;

2. Regulagem de carga para motores clássicos;

3. Caracterização das operações de transvazamento de gases;

4. Definições relativas a mistura combustível

3


1. Procura da potência máxima de ummotor

• Consideraremos uma máquina a combustão mono-cilindro, contendouma massa de ar Mar podendo participar da combustão.

• O máximo trabalho indicado que pode ser fornecido a cada ciclo pode ser descrito:

• nc: Nº de tempos motores por segundo;• q: Energia calorifica da mistura associada a unidade de masa de ar (kJ/kg de ar);• Mair: Massa de ar que participa na combustão:

thairi qMW η..= P n M qi c air th= . . .η

Vazão de ar

4


1. Procura da potência máxima de ummotor

• A potência efetiva é:

thairi qMW η..= P n M qi c air th= . . .η

Vazao de ar

( )P n M qe c air th org= . . . .η η

A “vazão de ar”, “energia específica” e “ rendimentos” não são totalmenteIndependentes.

5


• Para un rendimento dado, a potência máxima é obtida para umariqueza ≥ 1

• Se realizamos essa regulagem,ou seja, relação ar/combustível fixa, para aumentar a potência atuaremos sobre:

thη

q = qs para Φ ≥ 1q = Φ.qs para Φ < 1

GasolinaDiesel

Procura potencia Procura potencia maximamaxima dum motordum motor

orgη Diminuindo as perdas mecânicas (atritos e auxiliares)

nc

↑ nº de cilindros

↑ N ou nº de tempos motor por volta

↑ Vu

Melhorando o enchimento em arMair

( )P n M qe c air th org= . . . .η η

6


Aumento da potência por ↑ N

1. A vazão de ar aumenta com N até um certo limite, a partir do qualcomeça a diminuir o rendimento volumétrico do motor.

2. ↑ N ↑ esforços mecânicos (acelerações f(N2))

3. ↑ N ↑ atritos

4. ↑ N ↑ carga térmica do motor:


carga térmica ≈ PME * Vp

7


• Duas possibilidades:

– O ciclo “dois tempos”: Permite um tempo motor por volta.

– Motores a duplo efeito nos quais duplicamos os tempos motores fazendo atuar os gases acima e abaixo do pistão. Esta solução jáfoi usada em motores Diesel LENTOS. Mas devido a sua complexidade tecnológica, foi substituído pela estratégia de sobre-alimentação.


Aumento da potência pelo aumento do numero de tempos motores por volta

8


• Para un motor com:

– Geometria conhecida (Vu, nºcilindros, …)

– N fixo

– Rendimentos e invariáveis

Aumento da potência por melhoramento do enchimento em ar

orgηthη

O aumento de potência só pode ser conseguido aumentando-se a massa de ar que pode participar da combustão

9


• Rendimento volumétrico:

Caracteriza a massa de ar aprisionada dentro de um cilindro de dimensão qualquer ( cilindrada de referência) sob uma determinada condição de funcionamento

Em aspiração natural, o enchimento motor depende em primeiro lugar do circuito de alimentação em ar do motor:

ηvair

ref

MM

= Mref = ρadm . Vcyl

ρadm• Densidade do ar no sistema de admissão

ou

• Densidade no ar atmosferico

Circuito admissão Sistema de distribuição

10


Sedes de válvulasOtimização do escoamento

Admissão Escapamento

STDSTD

Otimizado-3 ângulos na sede-Válvula com área decontato menor

Otimizado-3 ângulos na sede

Fonte: Livro La Preparation des Moteurs - ETAI

11


Otimização do fluxo no cabeçotebanca de fluxo

Fonte: Livro La Preparation des Moteurs - ETAI

12


Sistemas de distribuição nos motores alternativos

Diagrama teórico

AOA: Avanço da abertura da admissãoRFA: Retardo de fechamento admissãoAOE: Avanço abertura escapamentoRFE: Retardo fechamento escapamentoDiagrama real

• Consideram-se as inércias da massa de ar;

• A abertura e fechamento das válvulas não é instantâneo

PMH

PMB

Fonte: Renault

13



14




ESCAPAMENTO

Cruzamento

ADMISSÃO

Levantamentode

enquadramento

•Nos últimos anos, grande desenvolvimento dos sistemas de distribuição variável:

•Defasagem do eixo de comando;

•Variação amplitude do levantamento das válvulas;

•Em breve: Comando eletro-magnetico ou hidráulico das válvulas.

15



Lift

Velocidade

Aceleração

Fonte: La prepatation des moteurs-ETAI

16



Motor 2.0 TURBO Rallye

Motor 2.0 TURBO Super Turismo

Fonte: La prepatation des moteurs-ETAI

17



Fonte: Edelbrock.com

18




•Defasagem do eixo de comando;

Advantage: Cheap and simple, continuous VVT improves torque delivery across the whole rev range.

Disadvantage: Lack of variable lift and variable valve opening duration, thus less top end power than cam-changing VVT.

Who use it ? Most car makers, such as:

• Audi V8 - inlet, 2-stage discrete• BMW Double Vanos - inlet and exhaust, continuous• Ferrari 360 Modena - exhaust, 2-stage discrete• Fiat (Alfa) SUPER FIRE - inlet, 2-stage discrete• Ford Puma 1.7 Zetec SE - inlet, 2-stage discrete• Jaguar AJ-V6 and updated AJ-V8 - inlet, continuous• Lamborghini Diablo SV engine - inlet, 2-stage discrete• Porsche Variocam - inlet, 3-stage discrete• Renault 2.0-litre - inlet, 2-stage discrete• Toyota VVT-i - inlet, continuous• Volvo 4 / 5 / 6-cylinder modular engines - inlet, continuous

Fonte: www.ukcar.com

19


Sistemas de distribuição nos motores alternativos• CAMELESS Renault e VALEO: eletromagnético

Fonte: webmotors

20


Sistemas de distribuição nos motores alternativos• CAMELESS LOTUS: Hidráulico e/ou pneumático

Fonte: Engine Technology International Magazine

21


Sistemas de distribuição nos motores alternativos• Válvulas rotativas ou esféricas

Fonte: www.coates.com

22



• BMW Valvetronic

Fonte: bmw.com

23



• Operating Parameters:

• Valve lift is variable between 0 and 9.7 mm.

• Adjustment of the worm gear from one extreme to the other takes 300 milliseconds.

• Combined with double-Vanos valve timing technology, the camshaft angle relative to the crankshaft can be adjusted by up to 60°.

• The intermediate arm is finished to a tolerance of 0.008 mm.

• The cams controlling the eccentric shaft are machined to tolerances of a few hundredths of a millimeter.

http://www.bmwworld.com/technology/vanos.htm

24



• Acionamento

DESMODRÔMICO

Principais construtores a utilizar a solução:

• Salmson type M9 nos anos 20;

• Mercedes-Benz nos anos 50;

• Ducatti nos dias de hoje

Foto: J.Lodetti

25



fonte: www.carbibles.com

26


• Fiat Multi-Air


27


• Sobre-alimentação dinâmica:

– Baseada em fenômenos de pulsação que aumentam a pressão dos gases na admissão.

– Depende das características dos condutos de admissão e escapamento: comprimento, forma, diâmetro, ...

– Só funciona para pequenas faixas de regime.

Circuitos de admissão


•Sistemas de admissão variável:

Ver página 57.

28


Análise simplificada do enchimento dinâmico

• Para TODO motor, o sistema de admissão, do ar ambiente até os cilindros, constitui um sistema ressonante.

• O mesmo é válido para o sistema de escapamento do motor.

• Similar ao que indica a figura ao lado.

• Abordaremos neste tópico, somente os fenômenos ligados a admissão do motor.

Massa de ar

29



• A TODO momento, na fase de admissão, podemos considerar que a pressão “P” que reina logo antes da válvula de admissão, resulta de 2 componentes:

• Oscilação forçada: Pelo pistão

• Oscilação livre: Dependente das características geométricas e acústicas do duto de admissão.

30



Volume variável

31



• Sobreposição dos 2 tipos de oscilação, ao longo de um ciclo.

32


Influência da rotação sobre o enchimento• Existe uma rotação do motor que

causa uma ressonância na admissão.

• A velocidade dos gases “frescos” éNULA, na seção da válvula, quando de seu fechamento.

• A pressão no CILINDRO é então MÁXIMA e igual a pressão no duto de admissão.

• LOGO: Enchimento MAXIMO em ar do motor.

33


Influência da rotação sobre o enchimento

• Se o regime de rotação for MENOR que o de ressonância;

• A velocidades dos gases “frescos”se anula ANTES do fechamento da válvula de admissão;

• E antes que ela se feche, a velocidade dos gases “frescos” se INVERTE e volta para o circuito de admissão.

• LOGO: Perda de enchimento em ar.

34


Influência da rotação sobre o enchimento• Se o regime de rotação for MAIOR

que o de ressonância;

• A válvula se FECHA antes que a velocidades dos gases “frescos”seja nula, quando do fechamento da válvula de admissão;

• Não dá tempo então para encher completamente o cilindro;

• LOGO: Perda de enchimento em ar.

35


Com a válvula fechada, o duto de admissão se comporta como um tubo fechado em uma extremidade

• 1 : chegando a extremidade aberta, a onda de pressão se reflete em onda de depressão

• 2: A onda de depressão se reflete na válvula (extremidade fechada) sem mudar de sinal;

• 3: De retorno a extremidade livre, a onda volta para a válvula em forma de onde de pressão


Fonte: La preparation des Moteurs-ETAI

36


Com a válvula fechada, o duto de admissão se comporta como um tubo fechado em uma extremidade.

- Entre 2 oscilações de pressão ( ou depressão) a onde percorre 4x o comprimento do duto. O sistema vibra então a ¼ de onda.

Onde:

L = comprimento do duto

C = velocidade de propagação da onda = velocidade do som f(temperatura)

f = freqüência de vibração



37


No caso real, beneficia-se de uma sobre-alimentação acústica se no momento de abertura da válvula (AOA) a onde de pressão refletida no conduto esteja em fase com a onda de depressão provocada pelo movimento de descida do pistão.


Pressão +


38


No caso real, NÃO se beneficia de uma sobre-alimentação acústica se no momento de abertura da válvula (AOA) a onda de pressão refletida no conduto esteja em fase INVERSA com a onda de depressão provocada pelo movimento de descida do pistão.


Pressão -


39


Exemplo:

L = 600 mm = 0,6 m

T = Temperatura média dos gases na admissão = 40 C ~313 K

Θa = 300!! = ângulo de abertura da válvula de admissão

Elocubrando-se matematicamente o efeito do ângulo de abertura da válvula tem-se os regimes de acordes:


Para K (1,2,3,4...)= sobre-alimentação positiva

Para K (1,5 ; 2,5 ; 3,5 ;...)= sobre-alimentação negativa


40



• A curva de enchimento volumétrico de um motor émodulada por sobre alimentações ( K inteiro) e subalimentações acústicas.

• Isto se deve ao fato que a coluna gasosa vibra em ¼ de onda dentro do duto de admissão e entre 2 aberturas da válvula


41


Circuitos de admissão

42



43



44


Sobre-alimentação

• Método generalizado hoje, pode ser por :

– Turbo-compressor

– Compressor movimentado mecanicamente (BLOWER)


• Normalmente se associa um radiador (intercooler) para arrefecer o ar antes de chegar ao cilindro.

Mp Vr Tair

cyl=..

45


Sobre-alimentação

Fonte: BOSCH/MTZ

46


Sobre-alimentação por Turbo-Compressor

Video

47


Aplicações Diversas Turbo-Compressor

48


Sistema de admissão com compressor volumétrico –“Blower”. Motores a ignição por centelha

The TVS supercharger’s patented design features four-lobe rotors and high-flow inletand outlet ports that greatly enhance thermal efficiency, deliver higher volumetriccapacity, and enable higher operating speeds. The improvements incorporated into theTVS design allow for the use of a smaller supercharger, reducing the package size andweight of the system. The sizes range from 350cc to 2300cc per revolution, and coverengines from 0.6 liter up to large displacement V-engines. All TVS superchargers have a 2.4 pressure ratio capability and a thermal efficiency that exceeds 70 percent, whichenables more compact packaging and greater output. => FONTE: EATON

49


Sistema de admissão com compressor volumétrico para motores diesel automotivos

Fonte: Automotive Engineer Magazine

50


Sistema de admissão com compressor volumétrico – “Blower”

51


Sistema de admissão com compressor volumétrico –“Blower”

Rotor Speed

Eficiência

62%

Fonte: eaton.com

52


Sistema de admissão com Blower – tipo “Roots”

1 bar @ 57% eficiência

53


Sistema de sobre-alimentação com Blower –tipo “Roots”

Bentley 1929 – Le Mans winer

Fotos: J.Lodetti

Top Fuel Dragster

54


Sistema de admissão com Blower – tipo “Roots”

MAD MAXFord XB Falcon Hardtop 1973

The motor in Max's car may have been a 300 horsepower 351 cubic inch(about 5.7 liters) V8 but there is some controversy. It has a Weiandsupercharger that is non-functional. I don't believe anyone has ever made a functional supercharger which can be switched on and off . In the movies, the supercharger was actually driven by an electric motor rather than by theengine itself. So, even though it is said in Mad Max (the movie) that the caris 600 hp, it was in actuality only 300 hp. However, if the supercharger wasfunctional, it just might be possible to generate about 600 hp but the engineprobably wouldn't last very long. …

55


Sistema de sobre-alimentação com “Paxton”

J Lodetti

56


Sistemas de sobre-alimentação Compressor “G” by VW

57


Sistemas de sobre-alimentação Compressor “G” by VW

58


Sistemas de sobre-alimentação COMPREX

59



60



61


Index

1. Procura da potência máxima de um motor;

2. Regulagem de carga para motores clássicos;

3. Caracterização das operações de transvazamento de gases;

4. Definições relativas a mistura combustível

62


Regulagem da carga nos motores clássicos• Os rendimentos e dependem das características de

construção, de regulagem e das condições de utilização do motor.

• Para um N fixo, o utilizador pode regular a carga do motor atuando sobre:

• Motor a igniçao centelha:

• Motor Diesel:

orgηthη

*. , . qMeequivalentseuqM melair =

-Atuamos sobre Mair (borboleta)

-q* (energina calorífica especifica) sensivelmente cosntante pois R = cte

-Atuamos sobre vazão de combustível “q”

-Mair sensivelmente constante

CAPITULO 5 - damec.ct.utfpr.edu.brdamec.ct.utfpr.edu.br/automotiva/downloadsAutomot/6Perform.pdf ·...

Documents

Transcript of CAPITULO 5 - damec.ct.utfpr.edu.brdamec.ct.utfpr.edu.br/automotiva/downloadsAutomot/6Perform.pdf ·...