Análise experimental da velocidade de combustão em motores de combustão interna

Abstract

A velocidade de propagação da chama em motores ciclo Otto é determinante das características do combustível, sendo fundamental seu conhecimento para um melhor ajuste do par motor/combustível. Maior velocidade de propagação da chama possibilita aumentar a potência com o aumento da rotação do motor. Assim, pode-se inclusive atrasar o avanço de ignição, com isto, menor será o trabalho negativo necessário para comprimir a mistura já em combustão antes do Ponto Morto Superior, e, maior será a eficiência do ciclo. A velocidade de propagação da chama é fortemente influenciada pela relação de compressão, condição de mistura, turbulência e avanço de ignição. Este trabalho tem como objetivo analisar a influência destes parâmetros de operação na velocidade de propagação da chama em um motor CFR (Cooperative Fuel Research). Para tanto são apresentados resultados experimentais de medidas de ângulo entre o momento de ignição do combustível e a detecção da chama na extremidade oposta da câmara de combustão por um sensor de ionização em um motor CFR. Também é mapeado o trabalho no diagrama pressão versus volume, que permite a avaliação do trabalho líquido produzido por ciclo e disponibiliza o valor do pico de pressão, o ângulo em que este ocorre, a pressão média efetiva e a curva de fração mássica queimada para cada condição ensaiada. Apresenta-se as análises da variação do ângulo de combustão tanto do MTBE quanto do isooctano em 5 diferentes avanços de ignição. Para o ensaio com etanol hidratado são apresentadas as análises realizadas com 6 relações de compressão, 5 avanços de ignição e 5 relações ar-combustível, onde todos os valores destes parâmetros em estudo abrangem faixas típicas de operação de motores comerciais. Os resultados indicam um menor ângulo de combustão para relações de compressão elevadas, condição de mistura ligeiramente rica e elevados avanços de ignição.

The flame speed propagation in Otto cycles engine is a conclusive fuel feature, whose knowledge has a fundamental importance for a better accuracy of the pair engine/fuel. The higher flame speed propagation enables a greater cylinder filling, which can also increase power with improvements in engine speed, as a result holding back the ignition advance. Thus, it will be necessary a lower negative work to compress the mixture already in combustion before the top dead center, then resulting a greater efficiency cycle. The flame speed propagation is highly influenced by the compression ratio, mixture condition and ignition advance. This thesis proposes to investigate the influence of these operational parameters over the flame speed propagation in a CFR engine [Cooperative Fuel Research]. In this way, the angle measurements are performed between the fuel ignition timing and the flame detection over the opposite edge of combustion chamber by a ionization sensor in a CFR engine, as well as the diagram work pressure versus volume, which allows the net work evaluation produced by cycles and available the high pressure value, the angle with this occurs, the mean effective pressure and the curve of mass fraction burned for each tease condition. It introduces the analysis of combustion duration variation as much MTBE as the isooctane in 5 distinct ignition advance for the hydratated ethanol testing are introduced analysis accomplished with 6 compression ratio, 5 ignition advances and 5 air/fuel ratio, whose parameters values studies incorporates typical operational ratios of commercial engines. The results indicated a low angular combustion duration for the higher compression ratio, slightly rich mixture condition and elevated ignition advance.