Avaliação da intensidade de turbulência em motores do Ciclo Otto

Abstract

Ganhos significativos de torque e potência são obtidos por meio da adequada turboalimentação de motores originalmente aspirados. Estes ganhos decorrem da elevação da pressão no interior do cilindro em função da maior massa de ar admitida, por ação do compressor. A relação peso/potência do motor é reduzida, possibilitando o emprego de sistemas de menor porte para o atendimento de uma mesma demanda. Conforme constatado em trabalhos anteriores, sob determinadas condições, pode-se operar o motor com misturas ar-combustível mais pobres sem perda de desempenho. No presente estudo avaliou-se o efeito da turboalimentação sobre o escoamento no coletor de admissão e no interior do cilindro de um motor originalmente aspirado. Compararam-se ambas as configurações do motor em termos da intensidade de turbulência da mistura arcombustível, do desempenho, consumo e emissões. As medições foram realizadas em um dinamômetro hidráulico, ao qual se acrescentaram sistemas de medição de temperatura, pressão e emissões. No interior do motor, as medições foram realizadas com um anemômetro de fio quente. Para o cálculo da intensidade de turbulência, utilizaram-se as médias amostrais ao longo de 200 ciclos para as medições no interior do cilindro, e 300 ciclos para as medições no coletor de admissão. Com base nos resultados obtidos às rotações de 2500, 3000 e 3500 rpm, verificou-se que a turboalimentação promoveu o aumento da intensidade de turbulência no interior do motor nos processos de admissão e compressão. Em conseqüência, a combustão na versão turboalimentada se deu de maneira mais eficiente, o que se constatou sob a forma de ganhos de potência, redução do consumo específico de combustível, e redução das emissões específicas de CO, HC e CO2. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Adequate turbocharging of naturally aspirated engines may lead to increased torque and power. These advantages are a consequence of higher in-cylinder pressure due to the larger amount of induced air by means of the compressor. The weight/power ratio is reduced, allowing the use of a smaller system for the same duty. According to previous works, under certain conditions the engine can operate with poorer air-fuel mixtures without performance losses. This work evaluated the effects of turbocharging on the intake manifold and in-cylinder flows of a normally aspirated engine. Both engine configurations were compared in terms of air-fuel mixture turbulence intensity, performance, fuel consumption and emissions. The measurements were performed on a hydraulic dynamometer equipped with temperature, pressure and emissions sensors. The measurements inside the engine were performed with a hot-wire anemometer. The turbulence intensity was calculated based on the ensemble average from 200 engine cycles for the in-cylinder measurements and from 300 engine cycles for intake manifold measurements. Based on the results obtained for the speeds of 2500, 3000 and 3500 rpm, the turbocharged brought about higher turbulence intensity levels inside the engine along the intake and compression strokes. As a consequence, the combustion process in the turbocharged configuration was more efficient, and it was verified in terms of increased power, reduced specific fuel consumption and specific CO, HC and CO2 emissions.