Capitulo XI. CURVAS CARACTERISTICAS DE UM MOTOR A COMBUSTAO. INFLUENCIA DOS PARAMETROS DE REGULAGEM, DE EMPREGO E DE CONSTRUÇAO

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1 Capitulo XI. CURVAS CARACTERISTICAS DE UM MOTOR A COMBUSTAO. INFLUENCIA DOS PARAMETROS DE REGULAGEM, DE EMPREGO E DE CONSTRUÇAO XI.1. Características em função do regime de rotação. XI.1.1. Curva de potencia de um motor : Pmax = f( N ) Para um motor de serie- que possui regulagens previamente definidas e impostas pelo fornecedor é a representação gráfica da variação de potencia do motor em plena carga em função do seu regime de rotação. (FigXI.1) No caso dos motores de automóvel, àqueles nos iremos nos restringir neste capitulo, para um motor a injeção de um mistura ar/combustível, a plena carga corresponde a posição de abertura máxima da borboleta responsável pela introdução de ar no motor ( borboleta de aceleração). Esta posição de abertura é aquela que assegura o máximo enchimento de ar do motor em um regime de rotação determinado. Associado a outras regulagens (riqueza, avanço de ignição ) quando da plena abertura, ela define de maneira precisa a potencia máxima do motor. Para um motor Diesel, a plena carga corresponde a posição de comando da bomba injetora em máxima vazão de combustível para cada regime de utilização do motor. Sobre este motor, a carga máxima e limitada, não pelo enchimento em ar dos cilindros (que é quase sempre máxima) mas geralmente por uma combinação entre vazão de diesel injetado e concentração máxima de fumaça na linha de escapamento em condições normais de utilização. Este limite é definido pelo construtor, mas pode-se notar que um acréscimo da vazão de combustível injetado, por intermédio da bomba injetora ( ou pelo aumento do tempo de injeção em um motor equipado com sistema common rail ) permite um ligeiro aumento de potencia em detrimento de um aumento das emissões de particulados e consumo especifico.

2 combustível em plena carga em função do regime motor. ( Motor a ignição por centelha X). No caso de um motor equipado com um sistema de sobre- alimentação ( Turbo, blower, etc) a pressão de ar na admissão a ser levada em consideração para a plena carga é a pressão máxima fornecida pelo compressor a cada regime estudado, levando em conta as regulagens adotadas por cada construtor. Para cada tipo de motor, o construtor define um regime Maximo Nmax, imposto por considerações de âmbito tecnológico, e um Nmini abaixo do qual o funcionamento do motor em plena carga não é mais estável.( Fig XI.2) O regime Maximo de rotação Nmax é imposto pelo aumento dos esforços no motor, ao mal funcionamento de certos componentes ( sistema de distribuição por exemplo), a diminuição rápida do rendimento volumétrico uma vez que o regime aumenta ou ao aumento das cargas térmicas que vão de carona com o aumento da potencia mássica do motor. Nmax esta evidentemente ligado ao valor Maximo

3 da velocidade media do pistão Vp, que, como visto no capitulo (I.4) caracteriza os diferentes tipos de motor. Levando em conta a relação : P = k * C * N Para um ponto de funcionamento M determinado pelo plano ( P, N), o torque C disponível sobre o virabrequim do motor é proporcional a tangente do ângulo definido pelo eixo das absisas e pela reta de origem O no ponto M. Da mesma forma, a reta vinda da origem e tangente em M0 em relação a curva de potencia máxima definida pelo regime Ncmax onde o motor desenvolve o seu torque Maximo e para o qual a PME é a mais elevada. Para a grande maioria dos motores de automóvel, a PME apresenta um Maximo na zona de regimes intermediários. Na verdade, a otimização da alimentação em ar do motor ( geometria dos circuitos de admissão e escapamento, enquadramento da distribuição ) é em geral realizada com o objetivo de se obter um melhor enchimento para estas velocidades medias de utilização. Contrariamente ao caso apresentado na figura XI.1, existem curvas de torque que apresentam vários picos de torque Maximo ao longo da faixa de utilização útil do motor. Isto é resultado de ressonâncias acústicas naturais do sistema de admissão de ar ou de adaptações particulares do sistema com o objetivo de manter importantes estes enchimentos. ( admissão com características acústicas variáveis ou admissões a fluxo de ar separado onde, um exemplo é dado na figura seguinte XI.3).

4 FIG XI.3 Esquema do principio de funcionamento da admissão com acústica variável do motor V6 Peugeuot. Quando do capitulo V foi visto que: Pi = Nc* Mar * q * ηth Em se introduzindo ηv, como sendo o rendimento volumétrico do motor, podemos escrever para um motor a quatro tempos: E Pi = N/120 * ηv * ρa * Vcil * q * ηth PME = ηv * ρa * q * ηth Pode-se em primeira aproximação, considerar que a PMI é diretamente proporcional ao

5 Rendimento volumétrico ηv admitindo-se: Funcionamento a uma riqueza indentica qualquer que seja o regime de rotação, Sendo ηi constante ( CSI = cte) sobre toda faixa de utilização do motor. Na realidade, quando o motor funciona a baixos regimes, o rendimento indicado do ciclo é degradado em função dos seguintes aspectos: O enquadramento da distribuição geralmente esta mal adaptado a estes baixos regimes ( taxa de expansão do pistão limitado pela abertura prematura da válvula de escapamento ou AAE) ( vide VII.3.) Pelo crescimento relativo das perdas térmicas durante o ciclo de 4 tempos, isto se deve ao tempo de contato mais importante dos gases quentes com as paredes do cilindro, Pela tendência de aumento do vazamento pelos anéis quando destes baixos regimes de rotação. Nestas condições, a PMI tende a diminuir mais rapidamente que o ηv. Quando o motor opera em regimes elevados, a diminuição da PME provem essencialmente de uma diminuição do enchimento dos cilindros e do aumento das perdas por atrito interno. A evolução da PME resulta da relação: PME = PMI -PMF O mesmo caso vale para a potência: Pe = Pi -Pf Partindo de um ponto de vista teórico, vemos que a PME (Pe) se anularia quando de um regime N correspondente a intersecção das curvas PMI e PMF ( Pi e Pf). Sabendo-se que as perdas por atrito aumentam rapidamente com a velocidade de rotação, a queda da PME ( Pe) quando dos altos regimes é mais rapida que a curva da PMI ( Pi). Os valores máximos da PME e Pe são obtidos em regimes mais baixos que àqueles correspondentes aos valores máximos de PMI e Pi.

6 Fig. XI.4 Relações entre : enchimento, PME, PMI e PMF e as potencias Pi, Pe e Pf sobre a faixa de rotação do motor. Observações sobre a adaptação motor-transmissao e a aptidão de retomada de um veiculo No plano ( P,N), um ponto de funcionamento estável do motor é definido pela intersecção da curva Pabs e a curva A correspondente à potencia desenvolvida pelo motor para uma determinada regulagem. ( Fig XI 2). A potencia do motor necessária para que o veiculo avance ( Pabs), para uma dada marcha engrenada, e em se levando em conta um rendimento global da transmissão ηtr; Se Prodas é a potencia correspondente as rodas do veiculo, Pabs = Prodas / ηtr Para o ponto de funcionamento M1 assim definido, a reserva de potencia disponível é (P`1 - P1).

7 A aptidão às retomadas de um motor depende então diretamente da área delimitada no plano ( P, N) pela curva Pmaxi entre o regime minimo Nmini e o regime Maximo Nmaxi de utilização. A curva de potencia pode, no entanto, nos dar somente uma primeira indicação uma vez que a aptidão as retomadas de um veiculo ira depender evidentemente dos números de marchas e suas relações de redução ou multiplicação assim como do rendimento do cambio. (Fig XI.5). Fig XI.5. Exemplo de adaptação motor-veiculo. XI.1.2. Consumo especifico em função do regime a plena carga O consumo de combustível, a plena carga, é proporcional a cilindrada do motor Vcyl, ao rendimento volumétrico ηv, a riqueza de funcionamento Ф e ao numero de ciclos motor por unidade de tempo ou ao regime N sendo expresso: Gf = k * Vcyl * ηv * Ф * N Admitindo-se que a plena carga a riqueza Ф varie muito pouco em função do regime, a curva de consumo horário Gf cresce rapidamente a partir da origem depois tende a tornar-se horizontal dentro da zona teórica correspondente ao volume Maximo de ar que atravessa o sistema da admissão. A evolução esquemática do consumo especifica efetivo CSE resultante está apresentado pela figura XI.6. Tendendo para o regime mínimo de utilização do motor a plena carga, CSE tende a crescer em função da deterioração do rendimento indicado já citado anteriormente ( XI.1.1). O regime onde a CSE passa pelo seu ponto mínimo é geralmente inferior ao regime de potencia máxima.

8 Fig 6. Evolução geral da CSE a plena carga. XI.1.3. Características em cargas parciais Os motores atualmente usados na industria do automóvel, são sobretudo, utilizados em cargas parciais, traduzindo-se em bom português, para um motor a ignição por centelha, a carga parcial ocorre quando o corpo de borboleta assume posições de abertura diferentes da plena abertura.. Um exemplo das variações de potencia e consumo especifico em função do regime de rotação, expressas para diferentes posições do corpo de borboleta, são mostradas a titulo indicativo pela figura XI.7. Quanto mais fechada a posição da borboleta, o enchimento dos cilindros diminui mais e mais com o aumento da rotação do motor e, o a potencia máxima para aquela condição de funcionamento aparece em regimes cada vez menores. Abaixo de uma certa abertura da borboleta, o regime que corresponde a potencia efetivamente nula vem a se tornar inferior ao regime Maximo de utilização do motor Nmaxi.

9 Fig XI.7 Características de potencia e consumo especifico para diferentes posições de abertura da borboleta. XI.2. Características em função da carga. Curvas de iso-regimes de utilização : CSE = f (P) para N = cte. A curva de utilização de um motor para um regime de rotação N determinado, é a representação gráfica da variação do consumo especifico em função quer seja da potencia efetiva PME, quer seja da carga expressa em porcentagem da potencia máxima desenvolvida em um certo regime. O Conjunto de curvas de utilização permite de julgar as performances de um motor com regulagens da injeção de combustível e avanços de ignição são fixos. ( Fig XI.8 e XI.9). O CSE será proporcional a inclinação da reta que vai da origem ao ponto de funcionamento correspondente sobre as curvas de consumo horário Gf. Em particular, a tangente a cada curva Gf define o ponto de consumo especifico mínimo quando de um determinado regime de funcionamento.(fig XI.8). Podemos observar que, para desenvolver-se uma mesma potencia efetiva, o CSE aumenta com a velocidade de rotação. Isto deve-se essencialmente ao aumento das perdas mecânicas uma vez que o regime aumenta; alem do mais, a redução do rendimento volumétrico para manter uma mesma potencia a um regime mais elevado acompanha, em um motor a ignição por centelha, de uma diminuição dos rendimentos do ciclo em si e eventualmente da combustão. (mesmo que a turbulência aumente com a rotação). O aspecto hiperbólico da curva de utilização a um dado regime pode ser colocado em evidencia de forma simples. Na verdade, admitiremos que o produdo:

10 ηcomb * ηth.th * ηciclo = ηi reste constante qualquer que seja a carga, tem-se: Consumo especifico indicado: CSI = cte. Para uma dada rotação Pf correspondente as perdas orgânicas de potencia perdas por atrito e perdas pela carga imposta pelos acessórios do motor varie muito pouco com a carga do motor. Podemos admitir então: Pf cte. De onde tiramos o consumo especifico efetivo: CSE = Pf CSI 1 + Pe Onde CSI e Pf constantes correspondem a: CSE K = K e P Que é a equação de uma hipérbole eqüilátera. Fig XI.8 Curvas de utilização e consumo horário em função da potencia. (Motor a ignição por centelha Y com regulagens de serie).

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12 Fix XI.9 -Curvas de utilização e consumo horário em função da porcentagem de potencia máxima para cada regime. (Motor a ignição por centelha Y com regulagens de serie). Fix XI.10 Evolução real da CSE de um motor a ignição por centelha.

13 NA realidade, por um motor a ignição por centelha, a hipótese de um rendimento indicado ηi (ou CSI ) constante qualquer que seja a carga, não é comprovado. A curva de utilização real se afasta da curva de utilização definida pelas hipóteses precedentes. (a curva em pontilhado da fig. XI.10), pelas seguintes razoes: Quando o motor funciona em baixo regime, temos deterioração do ηciclo pelo crescimento das perdas por bombeamento, pela diluição mais significativa pelos gazes residuais que fazem diminuir a velocidade de combustão e justificam assim um enriquecimento da mistura admitida pelo motor. As trocas de calor também aumentam quando a carga diminui. Quando o motor funciona com fortes cargas, temos uma deterioração do rendimento da combustão devido ao enriquecimento normalmente adotado na busca de extrair-se o Maximo da potencia gerada pelo motor. Em um motor Diesel, o crescimento do CSE na vizinhança da plena carga resulta essencialmente da deterioração da combustão que, como anteriormente visto, limita a carga máxima do motor. XI.3. Curvas de iso-consumo especifico Estas curvas que estão traçadas em um diagrama ( P, N), ( PME, N ), ou ( C, N ) constituem as localizações geométricas dos pontos de funcionamento correspondente a uma mesma CSE ( Fig. XI.11 e XI.12). Tais curvas permitem visualizar o rendimento em diferentes zonas de funcionamento e despertam um interesse quando da adaptação de um motor em um veiculo. Isto se deve ao fato de nos mostrar uma previsão das curvas de consumo em diferentes velocidades a partir da curva de potencia absorvida: Pabs = f (N). Podemos notar que em um diagrama (PME,N) ou ( C,N) as curvas de iso-potência são representadas por hipérboles eqüiláteras.

14 XI.12 Representação das curvas de iso-consumo especifico em um diagrama ( C ou PME, N) XI.4. Influencia dos parametros de regulagem, de emprego e construção do motor a ignição por centelha. XI.4.1. Influencia do avanço da ignição. Como visto anteriormente, a combustão da mistura ar/combustível admitida dentro do cilindro não é instantânea. A comparação dos diagramas de pressão teórica (combustão a volume constante) e real, mostra que devido ao avanço da ignição, o crescimento da pressão dentro do cilindro começa antes do PMS e termina após o PMS. Se comparado com o ciclo teórico, existe uma diminuição da área do diagrama no valor de ( S1 + S2 S3 ) correspondente as regiões hachuradas da figura XI.13. Dentro das condições de funcionamento determinadas, a potencia indicada é máxima para um valor de avanço que minimize a superfície ( S1 + S2 S3 ). Existe uma diminuição do rendimento do motor quando se aplica avanço muito elevado ou muito fraco em relação a este valor ótimo. (avanço de Maximo torque ou simplesmente avanço ótimo.). A velocidade de propagação da chama em uma mistura ar/combustível depende de diversos fatores ou parâmetros: riqueza, pressão de admissão, turbulência, etc...variáveis estas que seguem as condições de funcionamento do motor. A adaptação do ângulo de avanço da centelha permitira de se obter melhores performances do motor em se centrando a fase de subida da pressão dentro do cilindro na vizinhança do PMS. (Fig. XI.14). Deste modo, no caso dos diagramas 1,2 e 3 correspondem as durações de combustão diferentes φ1, φ2 e φ3, com uma centragem da fase de combustão em torno do PMS para os diagramas 2 e 3 conduziria a adotar avanços θ2 e θ3, compensando parcialmente a diminuição do rendimento indicado devido as velocidades de combustão mais baixas.

15 Fig XI.13. Influencia da duração de combustão sobre o rendimento do ciclo e Posicionamento da fase de combustão pelo avanço da centelha. - Influencia da velocidade de combustao sobre o rendimento indicado Se a lei de aporte de energia em função do ângulo de rotação for conhecido, durante a fase de combustão, podemos estimar a perda gerada sobre o rendimento do ciclo pela velocidade finita de combustão, comparativamente ao caso teórico de uma combustão a volume constante. Um analise aproximativa, baseada sobre o ciclo teórico a volume constante, consiste em uma primeira aproximação, a negligenciar as trocas térmicas do fluido motor com as paredes do cilindro. As fases de compressão e de expansão do ciclo são adiabáticos e no caso de uma combustão a volume constante da totalidade da carga, o rendimento indicado do ciclo não depende que da taxa de compressão real ao momento da combustão, então, da posição do pistão no instante de liberação da energia. Assim, no caso da figura XI.15, os dois ciclos representados, onde a combustão acontece em um caso antes do PMS (traço continuo) e no outro caso, após o PMS ( traço pontilhado) nos dão teoricamente o mesmo trabalho indicado, por conseqüência o mesmo rendimento indicado ηi. Podemos notar todavia que estas hipóteses muito simplificadas conduzem a não se levar em conta os níveis de pressão e temperaturas máximas atingidas na câmara de combustão e que, sendo diferentes em cada caso, influenciarão necessariamente sobre as perdas térmicas nas paredes dos cilindros.

16 Se V1/V2 = ε 0 é a razão volumétrica (ou taxa de compressão) do motor e Se V1/V = ε a razão volumétrica efetiva no momento da combustão, temos, para um ciclo genérico: ηcomb * ηth.th (ε ) = ηi ou ainda th th η.(ε ') η th th (ε ) η ciclo =. 0 Em um caso genérico, em se conhecendo a lei de combustão, pode-se fracionar a carga em n partes xi (Fig. XI.16) e associar a cada uma delas uma ângulo médio de combustão αi e então um rendimento termodinâmico teórico ηth.th.(i) conhecido:..( 1 η i th th ) = 1 ε γ i A influencia do enquadramento da combustão no ciclo fator de degradação do rendimento do ciclo pode ser estimado então pela equação: n..( i Xi η i th tn ) η ciclo = η th th.(o).

17 Fig XI.15 Combustão a volume constante antes e depois do PMS. Logo abaixo estimativa do rendimento do ciclo para uma combustão real em torno do PMS. - Determinaçao do avanço otimo do motor A procura do avanço ótimo do motor no banco de ensaios, se faz, para cada condição de funcionamento do motor que se deseja estudar. Em se medindo as variações do torque do motor ou da pressão media indicada ( PMI), em função do avanço da centelha imposto pelo operador. A curva da potencia ou de torque- apresenta um Maximo ( Fig. XI.17): a curva de consumo especifico apresenta um mínimo para o mesmo valor de avanço. Deve-se observar que, com todos os parâmetros iguais, o ângulo de avanço ótimo pode variar com o tipo de combustível usado uma vez que, ele depende da velocidade de combustão da mistura ar/combustível.

18 Fig XI.17. Influencia do avanço sobre a potencia efetiva do motor. Se o índice de octanagem do combustível utilizado é suficiente, a máxima potencia será obtida párea um avanço inferior àquele do aparecimento de detonação (caso 1). Se este ultimo é observado em condições de funcionamento do motor estudado. Uma vez que o índice de octanagem do combustível for muito baixo, o avanço ótimo corresponde quando da aparição da detonação (caso 2). A forma da curva varia com as características do motor, em particular o tipo e dimensões da câmara da combustão e das condições de regulagem (riqueza, rendimento volumétrico,...) - Regulagens do avanço em utilização As características em função do avanço são habitualmente extraídas para diferentes regimes a plena carga, uma vez que permite determinar a lei ótima da variação do avanço em função da rotação do motor ( Fig. XI.18 e XI.19). Da mesma maneira, as variações de consumo especifico em função do avanço a cargas parciais permitem determinar uma lei ótima para a variação do avanço em função da depressão medida em um ponto do circuito de admissão de ar.(fig. XI.20). Estas leis de avanço ótimo uma vez determinadas no bando dinamométrico, em regime estabilizado de rotação, servem de base para a realização e o afinamento do sistema de ignição do motor quando de sua produção em serie. Podemos notar de toda maneira que, estas leis podem ser modificadas e adaptadas para responder a objetivos não necessariamente limitados somente pelo rendimento do motor (avanço de Maximo torque por exemplo) mas levando em conta, em particular, as emissões de poluentes no escapamento. Os sistemas de ignição atuais permitem que se otimize os avanços em função das necessidades instantâneas do motor, em realizando um avanço de base de maneira mais rigorosa através de uma cartografia em se levando em conta correções complementares que fazem intervir o estado térmico do motor, a evolução da carga em aceleração ou desaceleração, o aparecimento de detonação sobre certos cilindros, etc etc.

19 Fig XI.18 Influencia do avanço a plena carga para diferentes regimes de funcionamento. Fig XI.20 Avanço ótimo em função da depressão na admissão em cargas parciais para um regime determinado.

20 XI.4.2. Influencia da riqueza da mistura admitida no motor Como anteriormente visto na analise do processo de combustão (capitulo VI.2), a faixa de riqueza utilizada em um motor a ignição por centelha esta limitada na vizinhança da estequiometria, afim de que se mantenha uma velocidade de propagação de frente de chama suficientemente elevada e compatível com a duração do ciclo. Este parâmetro, riqueza ou em um termo mais genérico, composição da mistura admitida dentro dos cilindros, constitui um dos parâmetros essenciais de regulagem deste tipo de motor. - Influencia da riqueza sobre a potencia e consumo especifico para um enchimento de ar constante A figura XI.22, mostra as variações de potencia indicada Pi e consumo especifico indicado CSI de um motor que funcionaria a um regime e enchimento em ar constantes, a riqueza da mistura varia dentro da zona de utilização e o avanço da ignição estando regulado em seu valor de ótimo valor mínimo de avanço para o torque Maximo para cada condição de regulagem.

21 Pi passa por um Maximo em mistura rica independentemente de qual seja o enchimento de ar no motor. As perdas mecânicas Pf podem ser consideradas como constantes nestas condições, a potencia efetiva Pe segue uma evolução idêntica. (Fig. XI.27). A evolução da Pi esta diretamente ligada à variação de energia calorífica especifica q da mistura admitida ( ver capitulo III.5); ela será idêntica a q = f(φ) se o ηth restasse constante qualquer que fosse a riqueza. Em mistura pobre, em particular, Pi, cresce a medida que Φ aumenta até Φ =1 por causa que a energia especifica introduzida é diretamente proporcional a riqueza da mistura. A posição do Maximo de potencia em mistura rica é derivada dos efeitos indiretos da riqueza sobre o rendimento térmico ηth, que é modificado por: A velocidade de propagação da chama em uma mistura injetada, ou carburada, independentemente da natureza dos hidrocarbonetos, é máxima dentro da zona compreendida entre 1 a 1,3. A temperatura máxima da combustão, que leva em conta os fenômenos de dissociação, passa por um Maximo em mistura rica. (ver Fig XI). A expansão molecular, ao longo da combustão, que em funcao da riqueza, cresce muito mais rápido em misturas ricas que em misturas pobres. CSI será mínimo em mistura pobre, quando o valor da riqueza correspondente ao ponto A da tangente a curva Pi de uma reta que passa pela origem dos eixos de coordenadas; o CSI será em efeito, por definição, inversamente proporcional a tangente do ângulo α formado pelo eixo das abscissas e esta mesma reta. ( Fig XI.22).

22 Fig XI.22. Influencia da riqueza sobre as performances indicadas, a enchimento constante. A forma da curva CSI = f(φ) resulta da influencia da riqueza sobre os diferentes rendimentos parciais do motor. Em particular: Rendimento de combustão (ver VIII.1.) : Ele decresce rapidamente em mistura rica com a aparição dos gazes não queimados, isto explica o crescimento rápido da CSI com valores superiores a riqueza 1. Já para mistura pobre, para riquezas distantes da riqueza limite de estabilidade, este rendimento é geralmente vizinho de 1 ( baixas emissões de CO, H2, hidrocarbonetos não queimados ( falhas no motor devido a não ocorrência da combustão) acompanhadas de uma instabilidade do motor.. Rendimento termodinâmico teórico ( ver VIII.2): Dependente da riqueza pela influencia desta sobre os calores específicos do fluido motor, ela CRESCE quando a riqueza diminui. ( ver VIII.4).. Rendimento do ciclo ( ver VIII.3): ele é, como visto anteriormente dependente da velocidade de combustão, esta por sua vez esta condicionada diretamente pela riqueza. O ηciclo tende desta forma a aumentar com a velocidade de combustão, velocidade esta que passa por um Maximo em mistura rica. A dispersão cíclica, que segue uma evolução análoga àquela da duração da combustão, conduz igualmente a um Maximo para este rendimento em mistura rica, Admitindo-se em uma primeira aproximação:

23 Que as curvas Pi = f(φ) obtidas a um mesmo regime, para diferentes enchimentos em ar, se deduzem umas das outras por uma afinidade ortogonal tendo como eixo das abcissas ( FIG XI.23), onde isto implica em um ηi = cte, Que a Pf = cte As curvas de evolução Pe = f(φ) se deduzem de Pi = f(φ) pela translação e fica evidente que a CSE mínima será obtida para valores de riqueza mais e mais elevados a medida que o enchimento em ar diminui ( fig XI.23). Na realidade, as diferenças de riquezas de rendimento ótimo em direção a zona RICA fica ainda mais acentuada em razão da degradação de ηi uma vez que o enchimento e/ou a riqueza diminuem. Na pratica, todos os valores de riqueza encontram um valor mínimo do CSE em função das condições de utilização. Para um motor clássico e uma rotação media, elas estão situadas entre 0,8 e 1,1 ( fig XI.28 e XI.31). Em certos casos, uma instabilidade muito elevada do motor pode ser observada antes de se atingir o consumo especifico mínimo. FIG. XI.23 Evolução da riqueza do rendimento efetivo Maximo com o enchimento em ar dos cilindros. Em uma bancada de ensaios, a influencia da riqueza a uma velocidade de rotação determinada, pode ser examinada, em se operando o banco de diferentes maneiras: Mantendo-se uma posição fica da borboleta de ar de admissão ( vazão de ar praticamente constante) e regulando-se a vazão de combustível, método valido para todas as condições de funcionamento salvo a marcha lenta sem carga. Em se mantendo uma vazão de combustível constante

24 notavelmente no caso de uma injeção de combustível independente da vazão de ar e em se modificando a vazão de ar. Em se mantendo a potencia desenvolvida pelo motor constante por modificações simultâneas da posição da borboleta e da riqueza. Método valido para todas as condições de funcionamento em cargas parciais, a excessao do funcionamento a plena carga. Nas figuras XI.24, estão sendo representados, a um titulo indicativo, as formas das variações da Pe, CSE, vazão de ar ou Padm, vazão de combustível...que correspondem a estas condições de ensaio em particular. Fig XI.24 Influencia da riqueza para diferentes condições operatórias. A Ensaio da vazão de ar constante. B Ensaio a vazão de combustível constante C Ensaio a potencia efetiva constante. - Efeitos das diferenças de riqueza entre os cilindros de um motor multi-cilindro ou flutuações de riqueza em funcionamento estabilizado. Uma alimentação perfeita em mistura ar/combustível admitida de um motor muiti-cilindros corresponde ao caso ideal onde cada cilindro recebe, a cada ciclo motor, a mesma quantidade de mistura homogênea a mesma riqueza. Na pratica, estas condições são difíceis de se realizar e dependem enormemente da concepção e da geometria do circuito de admissão. Pode-se constatar geralmente flutuações de riqueza, sobre um mesmo cilindro, e de diferenças de riquezas mais ou menos importantes

25 entre os cilindros. As variações da quantidade de mistura admitida em diferentes cilindros se repercutem sobre a potencia indicada, que é diretamente proporcional a massa total de mistura recebida por todos os cilindros. Uma vez que elas existem, estas variações começam fracas e não modificam a relação da riqueza de funcionamento evolução da potencia indicada do motor e por conseqüência, a regulagem ótima de injeção de combustível deste ultimo. Conforme mostra a figura XI.25, flutuações ou diferenças importantes de riqueza entre os cilindros podem acarretar modificações de potencia ou de consumo específicos não negligenciáveis, particularmente em mistura pobre. Estas deficiências de alimentação do motor conduzem a uma modificação da riqueza limite de funcionamento estável, uma redução de potencia máxima desenvolvida, um aumento dos limites mínimos de consumo especifico e por conseqüência, podem impor regulagens de injeção diferentes da regulagem ótima correspondente ao caso de uma alimentação perfeita. Desta maneira, se sobre um motor mono-cilindro o Maximo de potencia é geralmente obtido para Φ 1,00 a 1,15, sobre um multi-cilindro, a riqueza global correspondente a este Maximo será geralmente mais elevado, da ordem de Φ 1,10 a 1,25 em razão das diferenças de riqueza entre os cilindros. ( Fig XI.26). As figuras XKI.27 e XI.26 representam as variações de potencia e de consumo especifico efetivos em função da riqueza, medidas para diferentes taxas de enchimento ( posição fixa da borboleta) sobre um motor multi-cilindro funcionando a 3000 rpm, o avanço da ignição esta regulado em seu valor ótimo para cada condição de funcionamento. Pode-se observar que a riqueza que atinge o Maximo de potencia é sensivelmente a mesma qualquer que seja a taxa de enchimento de ar (Φ 1,15). Em contrapartida, a riqueza permite, para uma posição genérica da borboleta, de se obter o mínimo de consumo especifico, tende a aumentar uma vez que o enchimento diminui.

26 Fig XI.27 Variações da potencia efetiva em função da riqueza para diferentes enchimentos. ( Motor Y, N = 3000 rpm, avanços ótimos).

27 Fig XI.28 Variações de consumo especifico efetivo em função da riqueza para diferentes enchimentos. ( Motor Y, N = 3000 rpm, avanços ótimos). - Consumos específicos mínimos a regime constante (Curvas em ANZOL) A transcrição dos resultados de medições precedentes, obtidos para diferentes enchimentos, com uma riqueza variável e o avanço estando em seu ótimo, sob a forma de curvas características CSE = f ( Pe ), são chamadas curvas em ANZOL ( fish-hook curves). Estas curvas permitem, para regimes de rotação determinados, de estabelecer os consumos específicos mínimos que podem ser obtidos em um motor. Isto para funcionamento estabilizado nestes regimes considerados. ( Fig XI.29). A um dado regime de rotação, a curva de consumo especifico mínimo é a curva limite das diferentes curvas CSE f(pe). Ela se diferencia sensivelmente da curva que passa pelos pontos de consumo especifico mínimo a cada modo de enchimento. Logo, quando de enchimentos parciais, para um dada posição da borboleta, o funcionamento mais econômico do motor corresponde a um consumo especifico mais elevado que o consumo especifico mínimo obtido para esta mesma posição da borboleta. Este resultado, a primeira vista paradoxal, provem do fato que o melhor rendimento efetivo do motor deve ser determinado em relação com a potencia dada, parâmetro imposto pelo condutor, e não por uma posição determinada da borboleta.

28 A figura XI.30 relança o caso de um motor Y ( ver fig XI.29), a relação CSE f (Pe) mais detalhada a 3000 rpm quando de enchimentos relativos em ar em relação a plena admissão vizinhos de 50%. Para a posição da borboleta correspondente a vazão de ar: Gar = 1200 g/min, o ponto de consumação mínima é o ponto C, para o qual: CSE = 309 g/kw.h -Pe = 15,5 kw -Φ 0,96 Para um mesmo consumo de combustível, Gf = 80 g/ min, podemos obter no ponto D: CSE = 300 g/kw.h -Pe = 16 kw Mesmo assim, a potencia Pe = 15,5 kw poderá ser obtida no ponto E com um consumo especifico menor: CSE = 301 g/kw.h Os pontos de funcionamento E e D são obtidos para posições da borboleta diferentes e correspondem a enchimentos mais elevados que 1200 g/min. Para este ultimo enchimento, o ponto F representa o melhor compromisso potencia consumo especifico. Nota-se que as riquezas dos pontos de funcionamento D, E e F são claramente mais baixas (Φ 0,83 a 0,85) que aquela do ponto C (Φ 0,96).

29 Fig XI.29 malha de curvas em anzol, curvas de consumo especifico mínimo e curvas de utilização. ( motor Y). Fig XI.30 Influencia do compromisso entre enchimento em ar riqueza, sobre o consumo especifico.

30 - Curvas de iso PME A influencia da riqueza pode igualmente ser posta em evidencia, para um dado regime, por um conjunto de curvas representando a evolução do consumo especifico em função da riqueza, a PME constante. Estas curvas, onde um exemplo é dado pela figura XI,31, são mais delicadas de se obter experimentalmente que as curvas em ANZOL porque elas precisam de ensaios a potencia constante. Eles representam o interesse de colocar claramente em evidencia a evolução na direção das misturas ricas da riqueza de CSE mínimo uma vez que a carga diminui. Podemos igualmente notar que, no caso da figura, as diferenças entre os valores das riquezas ótimas do ponto de vista do rendimento, que são obtidos por ensaios a enchimento de ar fixo e pelos ensaios a potencias ou PME constantes.

31 Fig XI.31 Exemplo de curvas iso-pme. Motor Z N = 2000 rpm ( os traços mais finos representam as curvas obtidas a enchimentos fixos). - Regulagens em utilização motor Na prática, a regulagem de alimentação em combustível adotada sobre um motor deve levar em conta diferentes fatores como: Variações da riqueza com as condições atmosféricas ou com a natureza do combustível; Dispersão da riqueza de misturas admitidas nos diferentes cilindros; Influencia de certos parâmetros como: Velocidade de rotação, cruzamento de válvulas, contrapressão no escapamento. Contudo, esta regulagem é sempre o resultado de um compromisso entre a obtenção de performances ótimas do motor e certas imposições de ordem técnica e econômica ( por exemplo, impossibilidade de realizar uma regulagem ótima para toda a faixa de utilização do motor com um dispositivo simples e pouco oneroso) ou de certas exigência impostas pelas normas anti-poluição. De um ponto de vista da performance do motor ( potencia e consumo especifico) em funcionamento estabilizado, a regulagem ótima da riqueza em função da carga pode ser determinada a partir de uma rede de curvas em ANZOL para cada regime de rotação. A figura XI.32 mostra um exemplo da evolução da riqueza ótima para um regime determinado. A regulagem pratica adotada proporciona geralmente riquezas mais elevadas, assegurando um funcionamento do motor aceitável levando-se em conta as variações possíveis de fatores mencionados anteriormente. O aumento do consumo especifico resultante, pode ser deduzido da comparação entre as

32 curvas de utilização e as curvas de CSE mínimas ( ver fig XI.30).