Estudo experimental da variação de velocidade de combustão para diferentes combustíveis, relações de mistura e relações de compressão em um motor ASTM CFR

Abstract

Uma das principais preocupações dos pesquisadores na otimização do par combustível motor é a de encontrar a velocidade de propagação da chama em motores de combustão interna, sendo de importância fundamental para esta definição o avanço de ignição, a relação de compressão, e a relação ar/combustível. Sabendo-se que, quanto maior a velocidade de propagação, menor deverá ser o trabalho negativo necessário para comprimir a mistura antes do ponto morto superior, e conseqüentemente maior deverá ser a eficiência do ciclo, foram ensaiados 5 relações ar/combustível e 3 relações de compressão, para 5 diferentes combustíveis de composição química conhecida. Para o combustível gás natural veicular realizou-se a análise de emissões dos resíduos de combustão, cujos resultados demonstram variações significativas entre as medidas de tempo, a ignição do combustível e a máxima variação de pressão na câmara de combustão, em um motor CFR (Cooperative Fuel Research). As medidas do tempo de combustão foram realizadas utilizando-se combustíveis líquidos oxigenados como o metil terc butil éter (MTBE), terc amil etil éter (TAEE) e a gasolina comum, e não oxigenados como o isooctano e como combustível gasoso o GNV (gás natural veicular), em função da relação de compressão e razão de mistura ar + combustível. Os resultados obtidos indicaram que os combustíveis de cadeias ramificadas e combustíveis oxigenados apresentam menores velocidades de propagação da chama na câmara de combustão. Verificou-se um acréscimo na velocidade de combustão entre os diversos combustíveis ensaiados, que mostrou-se diretamente proporcional à relação de compressão. Comprovou-se a existência de uma variação da velocidade de combustão devido as variações da relação ar + combustível, onde esta passa por um valor máximo próximo a lambda 0,9 para os combustíveis líquidos e 1 para o gás natural veicular, tendo seu valor reduzido para relações de mistura ar + combustível diferentes destes valores até tornar-se instável.

Essential considerations from researcher that works on the motor-fuel optimization problem, is find out the best flame speed from internal combustion engines. To establish this propagation speed is essential to know: the ignition advancement, the compression link, and the air/fuel relation. As higher as the ignition speed, lower is the need of a negative work to compress the mixture before the top dead center, and than the best cyclic efficiency point. Five relations air/fuel, at three different compression rate where tested, for five different fuel types, with a known chemical composition. For the vehicle natural gas, the combustion residue remaining for the emission was also analyzed, and the results are presented on this paper. The analytical results allow us to demonstrate deep variations between the time table, the fuel ignition and the maximum pressure variation inside the internal combustion chamber on a CFR engine (Cooperative Fuel Research). The combustion time table data were acquired on a high oxygen liquid metil terc butil éter (MTBE) and terc amil etil éter (TAEE) fuels, on a normal gasoline, on no oxygen isooctano fuel, and on a vehicle fuel gas as GNV (natural gas), as a function of the relation in between the compression and the air/fuel mixture proportion. The lab results expressed that the branched of chains and high oxygen fuel have lower speed flame propagation inside the combustion chambers. A speed up on the combustion fuel tested could be appraised, and shows that have a strait and direct proportional connection with the compression rate. We could confirm a speed variation on the combustion connected with the air + fuel relation, giving evidences that the high values are near the lambda 0.9 value for the liquid fuels and near 1.0 for the natural gas, that have a reduction on the values for different air + fuel relations till an instable point.