Jornada de Exatas 2013Jornada de Exatas 2013
MOTORES DE COMBUSTÃOMOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA: Novas Tecnologias
Prof Me Fabio TofoliProf. Me. Fabio Tofoli
Poluição AtmosféricaPoluição AtmosféricaPrincipal motivo dos avanços tecnológicos no setor
Poluição AtmosféricaPoluição AtmosféricaDentre os gases provenientes da combustão dos motores, pode‐se citaro dióxido de nitrogênio (NO ) monóxido de carbono (CO) dióxido deo dióxido de nitrogênio (NO2), monóxido de carbono (CO), dióxido deenxofre (SO2), ozônio (O3), partículas totais em suspensão, partículasinaláveis, fumaça entre outros.
Poluição AtmosféricaPoluição Atmosférica
Eficiência do SistemaEficiência do Sistema
Analise de SensibilidadeAnalise de Sensibilidade
CombustívelCombustívelQualidade do Diesel
CombustívelCombustívelBiodieselBiodiesel
Sistemas de Pós TratamentoSistemas de Pós TratamentoEGR – Exhaust Gas Recirculation
Sistemas de Pós TratamentoSistemas de Pós TratamentoEGR – Exhaust Gas Recirculation – Filtro DPF
Sistemas de Pós TratamentoSistemas de Pós TratamentoEGR – Exhaust Gas Recirculation
VANTAGENS• Sistema compacto não necessitando de tanques adicionais e maior espaçono berço do motorno berço do motor.
• Baixa emissão de Nox pela redução da temperatura de combustão.
DESVANTAGEM• Por ter menores temperaturas durante a combustão, tem problemas nautilização de combustíveis alternativos.
• Alta formação de particulados mascarada por filtro de particulado DPF.
• Não pode ser utilizado com combustível de baixa qualidade devido à altaconcentração de enxofre.
Sistemas de Pós TratamentoSistemas de Pós TratamentoSCR – Selective Catalityc Reduction
Sistemas de Pós TratamentoSistemas de Pós TratamentoSCR – Selective Catalityc Reduction
Sistemas de Pós TratamentoSistemas de Pós TratamentoSCR – Selective Catalityc Reduction
Sistemas de Pós TratamentoSistemas de Pós TratamentoSCR – Selective Catalityc Reduction
VANTAGENS• A maior vantagem é que esse dispositivo não interfere negativamente noconsumo nem no desempenho ainda que em caso de falta do Arla32 oconsumo nem no desempenho, ainda que em caso de falta do Arla32 osistema de autodiagnóstico de falhas faça com que a central degerenciamento do motor reduza potência e torque na ordem de 20 a 40%para manter os níveis de poluição dentro dos limites.p p ç
• Não tem funcionamento comprometido quando utilizado óleo diesel debaixa qualidade.
DESVANTAGEM• Necessita de um reservatório a mais, agregando peso ao veículo.
• Rede de distribuição no continente é fraca.
• Falta de treinamento adequado a pessoal de postos de combustível.
Motor HCCIMotor HCCI
Motor HCCIMotor HCCIVANTAGENSVANTAGENS• Os motores HCCI poderão queimar praticamente todo tipo de combustível,por exemplo: biodiesel, álcool, gasolina, diesel, gás natural, entre outros.
• Baixa emissão de gases, em laboratório não foi necessário o uso denenhum tipo de filtro pós‐combustão.
• Menor número de peças, visto que não há sistema de ignição e que seuscomponentes tornam‐se econômicos tanto na reparação quanto naprodução.
Motor HCCIMotor HCCIDESVANTAGENSDESVANTAGENS• O maior problema do motor HCCI é justamente o que traz seu maiorbenefício, ou seja, como controlar as inúmeras ignições dentro da câmarade combustão? Para isso, dois fatores têm extrema importância: a, ptemperatura de trabalho do motor e a qualidade do combustível utilizado.
• Atualmente, com os sistemas de arrefecimento dos motores, não épossível prever qual será a temperatura do motor no momento dacombustão, e isso pode criar pontos de pré‐ignição e prejudicar o seufuncionamento.
• combustível com diferentes características dificultam antevermos em quelugar a ignição se iniciará na câmara.
Motor MillerMotor MillerCiclo MillerCiclo Otto
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Alta taxa de expansãoEx
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p oAlta taxa de expansãotorna o sistema maiseficiente
Nem admissãonem
compressãoTaxa de expansãotorna-se maior que atorna se maior que a taxa de compressão
Motor MillerMotor MillerExemplo:Veículo: Mazda 2 (Demio)Veículo: Mazda 2 (Demio)Cilindrada: 1,3 litrosAutonomia: 23 km/l
Motor MillerMotor MillerVANTAGENSVANTAGENS• Ideal para utilização com combustíveis de baixo PCI.
• Não há necessidade de grandes mudanças estruturais no bloco e sistemag çde potência (pistão, biela, virabrequim).
DESVANTAGEM• Necessidade de utilização de sistema de comando de válvulas maissofisticado e utilização obrigatória de turbocompressor.
TurbocompressoresTurbocompressoresAtualmente no Brasil há um grande movimento das montadoras para autilização de turbocompressores em veículos de passeio Isto aconteceutilização de turbocompressores em veículos de passeio. Isto acontececom o objetivo de atender as exigências do Inovar‐Auto, novo regimeautomotivo, que tem o intuito de incentivar o aumento de eficiência
éti d ã d i ã d l tenergética e a redução de emissão de poluentes.
TurbocompressoresTurbocompressores
TurbocompressoresTurbocompressoresVANTAGENSVANTAGENS• Diminuição do consumo de combustível causando uma melhor eficiênciaenergética.
DESVANTAGEM• Piora de eficiência para baixas cargas o que pode ser reduzido com a otimizaçãodo sistema.
TurbocompressoresTurbocompressoresSistema VGT – Turbo de Geometria Variável
TurbocompressoresTurbocompressoresSistema VGT – Turbo de Geometria Variável
TurbocompressoresTurbocompressoresSistema VGT – Turbo de Geometria Variável
VANTAGENS• Melhora da eficiência em baixas rotações.
DESVANTAGEM• Sistema complexo com alta taxa de falha e baixa durabilidade.
TurbocompressoresTurbocompressoresSistema de duplo estágio
TurbocompressoresTurbocompressoresSistema de duplo estágio
TurbocompressoresTurbocompressoresSistema de duplo estágio
VANTAGENS• Melhora da eficiência em baixas rotações.
DESVANTAGEM• Necessidade de dois turbocompressores acoplados.
Combustão Pobre – Lean BurnCombustão Pobre Lean BurnSpark Plug
StoichMixture Pilot Gas
Spark Plug
Ultra Lean MixturePlug Mixture Pilot Gas
g MixturePre
Chamber
Open ChamberSpark Ignited Pre Chamber
Spark Ignited
Fuel
Spark Ignited
Ultra LeanFuel
InjectorFuel Injector Lean
Mixture Pre Chamber
Pilot GasUltra Lean
MixtureInjector
Open Chamber Pre ChamberOpen ChamberLiquid Fuel Injection
Pre ChamberLiquid Fuel Injection
Combustão Pobre – Lean BurnCombustão Pobre Lean Burn
Spark Plug
Stoich Mixture
Ultra Lean Mixture
Pilot Gas
P C bPre Camber
Pre ChamberSpark Ignited
Open ChamberSpark Ignited
HighThermal EfficiencyNOx MHI Gas Engine
Low emissionsHigh Thermal Efficiency
1 0 1 5 2 0
LowStoichiometric Lean Burn Ultra Lean Burn
High Thermal Efficiency
1.0 1.5 2.0
Combustão Pobre – Lean BurnCombustão Pobre Lean Burn
Combustão Pobre – Lean BurnCombustão Pobre Lean Burn
VANTAGENS• Melhora da eficiência térmica para combustíveis de baixo PCI.
DESVANTAGEM• Necessidade de sistema de tratamento de NOx.
Motor de Taxa de Compressão Variável
MCE‐5VCRi
Motor de Taxa de Compressão Variável
MCE‐5VCRi
VANTAGENS• Taxa de compressão adequada para qualquer tipo de combustível.
• Melhora no desempenho (potência e torque)
• Melhora no consumo de combustível.
DESVANTAGEMDESVANTAGEM• Alto custo
Ignição a Laser e a PlasmaIgnição a Laser e a PlasmaNa ignição a laser, a ideia é utilizar dois feixes de laser na câmara decombustão aumentando eficiência da queima da mistura ar‐combustão, aumentando eficiência da queima da mistura ar‐combustível.A vela por plasma proporciona benefícios como durabilidade,
l t i l à id d t di i i d t dprovavelmente igual à vida do motor, diminuindo gastos demanutenção, e fácil adaptação à arquitetura elétrica dos motores.
Tecnologias Plug‐inTecnologias Plug in
• Start stop
• Bomba de água elétricaBomba de água elétrica
• Bomba de óleo de geometria variável
• Termostato elétrico
Al d i li• Alternador inteligente
Tecnologias Plug‐inTecnologias Plug inAlternador inteligente
Sistemas HíbridosSistemas Híbridos
Sistemas HíbridosSistemas Híbridos
Sistemas HíbridosSistemas Híbridos
ConsideraçõesConsiderações• Os motores de combustão interna continuaram sendo tecnologias de propulsão• Os motores de combustão interna continuaram sendo tecnologias de propulsão no período de curto a médio prazo (2030);
• Utilização de combustíveis alternativos continuará sendo a solução mais viável a• Utilização de combustíveis alternativos continuará sendo a solução mais viável a curto e médio prazo;
• Sistemas híbridos ainda tem limitações devido aos altos custos em relação aSistemas híbridos ainda tem limitações devido aos altos custos em relação a redução de CO2;
• Os motores elétricos ainda tem muitos pontos em aberto e alto custo de Os oto es e ét cos a da te u tos po tos e abe to e a to custo deprodução.
Novas Tecnologias nos MCINovas Tecnologias nos MCI
FIM
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