Estudo de possíveis melhorias no torque e potência de motores de combustão interna a partir do reposicionamento geométrico do cilindro

Abstract

Tendo em vista a demanda por motores de combustão interna mais eficientes, por motivos econômicos e de saúde, o presente trabalho analisou as consequências que o deslocamento lateral do cilindro (offset engine), “e”, teria nos quesitos de geração de torque, potência e força lateral máxima atuante no êmbolo, para um motor do ciclo Otto em uma determinada rotação. Partindo da configuração convencional de motor (cilindro não deslocado) e tomando um ciclo genérico de pressão, retirado da literatura, dado um ponto padrão no qual a biela encontrava-se na posição vertical, θ’, para uma certa mudança no volume foi considerada uma correspondente mudança na pressão aplicada na face do êmbolo. Este padrão de pressão foi replicado às configurações modificadas (cilindro deslocado). Com o auxílio do software de simulação multicorpos Adams®, paralelamente à uma abordagem de forças atuantes no mecanismo, o sistema êmbolo-biela-manivela foi simulado no intervalo de e = 0 até e = 0,7. Os resultados da simulação indicaram que há crescimento no torque e potência com o aumento do deslocamento. A força lateral máxima atuante no êmbolo apresentou redução em todo o intervalo de análise, sendo coerente com o apresentado por outros autores. Entretanto, essa redução na força demonstrou-se não ser proporcional ao parâmetro “e”, atingindo valores mínimos por volta de e = 0,4. Por fim, o motor usado como base de comparação do estudo teve o cilindro deslocado até e = 0,1 e foi testado em um dinamômetro. Embora inconclusivo para a potência, este demonstrou a capacidade de aplicar a modificação em motores comerciais sem maiores alterações em seus componentes.

Considering the demand for more efficient internal combustion engines, for economic and health reasons, the present study analyzed the consequences that the lateral displacement of the cylinder (offset engine), "e", would have in the questions of generation of torque, power and maximum lateral force acting on the piston for an Otto cycle engine at a certain rotation speed. Starting from the conventional engine configuration (non-displaced cylinder) and taking a generic pressure cycle from the literature, given a standard point at which the connecting rod was in the vertical position, θ ', for a certain change in volume it was applied a corresponding change in pressure acting on the piston face. This pressure pattern was replicated to the modified configurations (displaced cylinder). With the help of the Adams® multi-body simulation software, parallel to the approach of forces acting on the mechanism, the slider crank mechanism was simulated in range from e = 0 to e = 0.7. The results of the simulation indicated that torque and power raise with the increase of the displacement. The maximum lateral force acting on the piston presented reduction throughout the analysis interval, being consistent with that presented by other authors. However, this reduction in force was not proportional to the "e" parameter, reaching the minimum around e = 0.4. Finally, the engine taken as a basis of comparison in the study was modified to e = 0,1 and tested on a dynamometer. Although inconclusive for the power, it demonstrated the possibility of applying the modification in commercial engines without major changes in its components.