Modelagem unidimensional de motor de combustão interna do ciclo de dois-tempos e simulação de taxas de compressão e pontos de ignição

Abstract

A eficiência térmica de um dado motor de combustão interna de ignição por centelha pode ser aumentada, dentre outras técnicas, através da elevação de sua taxa de compressão. Esta alteração gera a necessidade de adequar o ponto de ignição para melhorar o desempenho da combustão e/ou evitar a ocorrência de detonação. A modificação da taxa de compressão de um motor geralmente está associada a custos elevados de projeto e adaptação, de modo que uma simulação numérica que represente esta alteração se faz bem-vinda. O presente estudo trata da modelagem unidimensional de um motor do ciclo de dois-tempos a gasolina com ignição por centelha elétrica, operando com diferentes taxas de compressão e pontos de ignição. O modelo do motor é desenvolvido no software GT-POWER com os dados geométricos e parâmetros de desempenho obtidos experimentalmente, como perfil de pressão no cilindro e potência útil. São realizados ensaios experimentais para avaliar os coeficientes de descarga das janelas internas do motor. O modelo simulado original do motor apresenta resultados com diferença inferior a 7 % comparando com dados experimentais, nos parâmetros pressão média efetiva útil e indicada, potência útil, consumo específico útil de combustível, massa de ar e massa de ar retida. As simulações realizadas variando a taxa de compressão e ponto de ignição indicam a possibilidade de aumento da eficiência e potência, mas com um acréscimo da taxa máxima de aumento de pressão.

The thermal efficiency of a given spark ignited internal combustion engine can be increased, among other techniques, through its compression ratio rising. This modification generates the necessity of spark timing adjustment in order to enhance combustion performance and/or avoid knock occurrence. The engine’s compression ratio modification is usually associated to highly design costs and adaptation, in a manner that a simulation representing this modification is welcome. The present study covers the unidimensional modelling of a two-stroke internal combustion engine, gasoline fuelled, spark ignited, operating under various compression ratio and spark timing. The engine model is developed in the GT-POWER software with geometrical data and performance parameters experimentally obtained, such as pressure trace and brake power. Tests are performed in order to evaluate internal ports discharge coefficients of the engine. The original simulated engine model presented less than 7 % difference, compared to experimental data, in brake and indicated mean effective pressure, brake power, brake specific fuel consumption, air mass and air trapped mass. Simulations varying compression ratio and spark timing indicated the possibility of efficiency and power increase, but with an increase in the maximum rate of pressure rise.