Combustíveis convencionais Carlos Sousa AGENEAL, Agência Municipal de Energia de Almada

1. Combustíveis convencionais Carlos SousaAGENEAL, Agência Municipal de Energia de Almada

2. MOTORES A DIESEL E GASOLINA Motores a 4 tempos Principais componentes Sistemas auxiliares

3. Admissão O ar entra na câmara de combustão Ciclo a 4 tempos DIESEL

4. COMPRESSÃO Com todas as válvulas fechadas o pistão inicia a subida comprimindo o ar Aumento da temperatura e pressão Ciclo a 4 tempos DIESEL

5. INJECÇÃO Com o ar comprimido o gasóleo é injectado a alta pressão Ciclo a 4 tempos DIESEL

6. EXPANSÃO O gasóleo ao entrar em contacto com o ar quente auto inflama-se. É nesta altura que se gera a potência mecânica debitada pelo motor. Ciclo a 4 tempos DIESEL

7. ESCAPE Com toda a mistura queimada os gases de escape abandonam os cilindros pelas válvulas de escape Ciclo a 4 tempos DIESEL

8. ADMISSÃO COMPRESSÃO INJECÇÃO EXPANSÃO ESCAPE Ciclo a 4 tempos DIESEL COMBUSTÃO

9. Razão de Compressão =

10. PRINCIPAIS COMPONENTES DO MOTOR

11. PRINCIPAIS COMPONENTES DO MOTOR • Pistão – Transmite o movimento à biela • Biela – Transmite o movimento à cambota • Cambota – Transforma o movimento alternativo em movimento circular

15. PRINCIPAIS SISTEMAS AUXILIARES Distribuição (abertura e fecho de válvulas) Sistema de arrefecimento (previne o sobre aquecimento dos componentes do motor) Sistema deLubrificação (reduz atrito, limpa componentes, etc.) Combustível (admissão de combustível)

16. DISTRIBUIÇÃO Dupla árvore de cames à cabeça, DOHC Came Lateral

17. DISTRIBUIÇÃO

18. SISTEMAS DE ARREFECIMENTO Objectivos • Arrefecer os componentes do motor: • Manter o motor a uma temperatura de operação adequada (prevenindo que estes derretam) • Manter as propriedades físicas e químicas do óleo lubrificante (que se deteriora com temperaturas excessivas) • Proporcionar calor para o sistema de climatização do habitáculo • Melhorar o arranque a frio

19. SISTEMAS DE ARREFECIMENTO Bomba de água Termóstato Radiador Ventoinha Sistema de aquecimento

20. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO A função do óleo lubrificante é muito mais lata do que lubrificar. O óleo tem de ter: • Elevado poder detergente e dispersante • Elevado poder antioxidante • Boa capacidade de arrefecimento (contribui para o arrefecimento do motor) • Boa capacidade de neutralizar ácidos • Capacidade de manter as suas características com a variação de temperatura (aquecimento e arrefecimento)

21. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO

22. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL Objectivo: • Introduzir combustível no motor, que se misturará com o ar quente dentro do cilindro, para que se dê a evaporação, auto inflamação e queima

23. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL • Injecção indirecta • INJECÇÃO DIRECTA • Injecção directa nos cilindros • Elevada pressão de injecção • Tecnologia mais cara e mais exigente • Injectores multi-jacto

24. INJECÇÃO DIRECTA vs. INJECÇÃO INDIRECTA

25. INJECÇÃO DIRECTA vs. INJECÇÃO INDIRECTA

26. INJECÇÃO DIRECTA

27. INJECÇÃO DIRECTA Squish e Swirl

28. TIPOS DE SISTEMAS DE INJECÇÃO • Bombas radiais e em linha • Bomba-injector • Common Rail

29. TIPOS DE SISTEMAS DE INJECÇÃO • Bomba em linha 600...700 bar  1 000 bar na ponta do injector

30. TIPOS DE SISTEMAS DE INJECÇÃO • Bomba radial 1 000 to 1 500 bar na ponta do injector

31. TIPOS DE SISTEMAS DE INJECÇÃO Bomba de injecção 2000 bar • Vantagens • No high-pressure fuel lines • Elevadas pressões de injecção • Consumos de combustível baixos • Melhor potência e binário a baixas velocidades de motor

32. SISTEMAS DE INJECÇÃO Pressão máx. 1350 – 1500 bar Common-Rail 1 800  2 000 bar Vantagens • Melhor controlo da injecção • Redução do ruído e vibrações • Bons consumos • Boa potência e binário • Redução de emissões poluentes

33. ADMISSÃO NOS MOTORES A GASOLINA • Um motor a gasolina admite: • Mistura de ar e gasolina • Ar, com a gasolina a ser injectada directamente no cilindro - motores de injecção directa Source: Total

34. SOBREALIMENTAÇÃO (TURBO) • Objectivo: Aumentar a razão potência/peso • Necessidade de accionar um compressor que aumenta a densidade do ar antes de este ser admitido para dentro dos cilindros • Desvantagens relativamente ao naturalmente aspirado: • Maior complexidade do motor e custo • Motor sujeito a maiores esforços e cargas térmicas • Vantagens: • mais potência e binário • melhores consumos

35. SOBREALIMENTAÇÃO

36. SOBREALIMENTAÇÃO

37. SOBREALIMENTAÇÃO Turbocompressor com pás variáveis • maior binário (gama de rotação) • melhores consumos • mais potência

38. SOBREALIMENTAÇÃO • INTERCOOLER • Objectivo: Aumentar a relação potência/peso • Baixa a temperatura do ar após a compressão aumentando a sua densidade • Maior massa de ar dentro dos cilindros • => Mais entrada de combustível • => Mais Potência • => Mais Binário

39. FORMAÇÃO E CONTROLO DE POLUENTES • A combustão nos motores Diesel caracteriza-se por uma elevada concentração de gotas (atomização pobre/vaporização do combustível). • Principais poluentes: • Matéria particulada (PM) • Hidrocarbonetos não queimados, HC • Monóxido de Carbono, CO • Óxidos de Azoto, NOx

40. FORMAÇÃO E CONTROLO DE POLUENTES • Controlo de emissões: • EGR (Recirculação dos gases de escape) • Filtros de Partículas • Catalisadores de NOx e partículas

41. FORMAÇÃO E CONTROLO DE POLUENTES • Controlo de emissões • Diesel: • Recirculação dos Gases de Escape, EGR (previne a formação de NOx) • Filtros de Partículas, activos e passivos (PM) • Conversores Catalíticos de Oxidação (HC e CO) • Redução Catalítica Selectiva, SCR (NOx em N2 e H2O) • Gasolina: • Conversores catalíticos de 3 vias • Catalizadores de oxidação (CO e HC em CO2 e H2O) • Catalizadores de redução (NO em N2 e O2)

42. QUALIDADE DO COMBUSTÍVEL, DIESEL: • Diesel é derivado do cetano (C10H22) • Número de Cetano: É um indicador da maior ou menor capacidade de um combustível sofrer auto-ignição ( menor atraso à auto-ignição) • 15: Baixa capacidade de auto-ignição: isocetano • 100: Alta capacidade de auto-ignição : cetano • Valor de cetano mínimo necessário: 51 • Conteúdo de Enxofre: Menos de 50 ppm  Combustível com baixo conteúdo de Enxofre • Eliminar emissões de dióxido de enxofre (SO2) • Reduzir emissões de PM • Menos de 10 pmm: Combustível sem enxofre (desde 2009)

44. FORMAÇÃO E CONTROLO DE POLUENTES

45. Veículos de passageiros a Diesel  2.5t (values in g/km) STANDARDS DAS EMISSÕES EUROPEIAS

46. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA • Binário • Energia gerada numa rotação do motor, resultante da combustão do combustível [kg.m ou N.m]. • 1 kg.m = 9.8 N.m • Quanto maior o binário, mais eficiente é o motor para uma determinada velocidade. • POTÊNCIA • Energia gerada por unidade de tempo [W ou CV]. • 1kW = 1,36 CV • 1 CV = 0,736 kW

47. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA • Curva de Binário • Mostra a distribuição de binário ao longo do regime de funcionamento do motor à carga máxima. • Interessa que seja o mais planas possível, significando grande elasticidade a muitos regimes • RPM x N.m (ou kg.m)

48. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA • Curva de Potência • Mostra a distribuição de potência em função do regime de funcionamento do motor à carga máxima • RPM x kW (ou CV)

49. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA • Emissões de CO2 por litro: gasolina um pouco mais baixas que as de Diesel • Emissões de CO2 por km: veículos Diesel consomem menos... …emitem menos CO2 • Eficiencia energética é função da razão de compressão • Motores Diesel usam estequiometrias variáveis (relações entre combustível e ar) • Motores a gasolina usam estequiometrias constantes (14.7 para 1), independentemente das velocidades e cargas • Diesel engines have an unthrottled intake and the air to fuel ratio at idle speed can go as low as 100 to 1, thus giving a much greater partial load fuel efficiency than petrol engines

50. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA