Avaliação experimental da validade do modelo de J. Benajes para a previsão do comportamento das ondas de pressão nos dutos de admissão de um motor de ciclo otto

Abstract

Em montadoras de automóveis o projeto da geometria da admissão de motores de combustão interna é realizado utilizando modelos computacionais e mão de obra especializada. Em aplicações automobilísticas no Brasil, no âmbito das competições de velocidade, devido à carência de mão de obra especializada, utilizam-se admissões com geometrias obtidas empiricamente. Quando estas admissões são ensaiadas em bancada de fluxo ou colocadas no motor para ensaios em dinamômetro, verifica-se através da leitura de vazão mássica e cálculo da eficiência volumétrica que a geometria, por vezes, não está adequada, gerando altos custos para a equipe de competição. Este trabalho avalia experimentalmente a validade da abordagem proposta por Benajes, 1997, para a previsão do comportamento das ondas de pressão nos dutos de admissão de um motor de ciclo Otto. A abordagem baseia-se na propagação do pulso de pressão na admissão e nas reflexões das fronteiras para calcular as rotações as quais ocorre maior enchimento de ar no cilindro para uma determinada admissão. Este maior enchimento é devido à ressonância entre os pulsos de pressão e o momento de abertura das válvulas. Caso este estudo comprovasse experimentalmente a validade do modelo, seria possível utilizar a formulação analítica de J. Benajes como uma alternativa simples de pré-dimensionamento dos dutos de admissão. Concluiu-se que a abordagem utilizando a propagação de ondas de pressão proposta por J. Benajes tem aplicação prática limitada no desenvolvimento de geometrias de admissão, por não considerar o perfil dos cames do comando de válvulas de admissão e a posição do comando, além da complexidade geométrica tridimensional usual nesses sistemas.

The project of internal combustion engines intake manifold geometries uses computational fluid dynamics and specialized manpower in vehicles factories. In Brazilian motorsport, due to the non-attendance of specialized manpower, it is usually applied manifold geometries empirically designed. When this intake manifolds are experimentally tested on a flow bench, or a dynamometer, it is verified using the mass airflow sensor and calculating volumetric efficiency that many times the geometry is not acceptable, generating high costs to the competition team. This paper evaluates experimentally the approach of Benajes, 1997, in the prediction of pressure waves behavior inside the intake manifold ducts of an Otto cycle engine. This approach is based on the propagation of pressure pulses inside the manifold, and on the reflections in the boundaries to calculate the engine speed of maximum cylinder filling of an existing manifold. The maximum filling occurs due to the resonance of pressure pulses at the moment when intake valves open. If the experimental analysis had proved that Benaje’s model performs well, it would be possible to use Benajes’s analytical formulation as a simple alternative for intake manifolds pre-design. It was concluded that Benajes’s formulation using wave pressure has limited practical application in intake manifolds design, because it does not consider intake camshaft characteristics, valve opening time and manifold geometrical complexity.