Jornada de exatas 2013

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