Previsão do desempenho de motores alternativos com ignição por faísca

Abstract

O presente trabalho teve como objectivo principal o estudo do desempenho de três motores de pequena cilindrada de forma a verificar se o motor Honda Gx120, que equipou o veículo de baixo consumo da equipa responsável pelo projecto UBICAR, do Departamento de Engenharia Electromecânica da Universidade da Beira Interior, que participou na prova Shell Eco Marathon, foi a melhor escolha. Para o estudo da previsão dos desempenhos dos motores foram efectuadas medições e cálculos de forma a conhecer as suas curvas características, para posteriormente serem utilizadas no programa de simulação UBIANSim. Este, por sua vez, permitiu simular os desempenhos dos motores ao longo da prova da Shell Eco Marathon, tendo em conta a aerodinâmica, o peso, a relação de transmissão, os atritos do veículo e a estratégia que foi utilizada pela equipa para ligar e desligar o motor ao longo da prova. Das simulações foi possível constatar que a opção pelo motor Honda Gx120 foi a mais adequada, pois este apresentou os melhores resultados ao nível de economia do combustível. Foi ainda realizado um estudo sobre a influência que a relação de transmissão, o peso, a aerodinâmica e os atritos de do veículo têm sobre o consumo de combustível do veículo, tendo-se verificado que a melhoria destes parâmetros permitiria obter uma economia de combustível de 26%. Por fim, foi realizado um estudo para determinar como seria o desempenho do motor se o seu ciclo termodinâmico fosse modificado, convertendo o ciclo de Otto num ciclo de Miller, conseguido através da modificação da árvore de cames existente no motor. Para este estudo foram realizadas medições sobre a árvore de cames, cálculos e simulações através do programa Engine Analizer Pro, que permitiu simular um banco de ensaios, permitindo obter as curvas características do motor antes e após a modificação da árvore de cames. Foram também efectuadas simulações com o UBIANSim para determinar o desempenho do motor com a árvore de came modificada ao longo da pista. Pelos resultados obtidos foi possível verificar que, com base nas simulações efectuadas, a modificação da árvore de cames não traria benefícios para o desempenho do motor.

This study's main objective was to study the performance of three small displacement engines in order to verify if the Honda Gx120 engine, which powered the low fuel consumption vehicle of the team responsible for the project UBICAR from Department of Electromechanical Engineering, of the University of Beira Interior, who participated in the Shell Eco Marathon challenge, was the best choice. To predict the engine performance, measurements and calculations were made in order to know their characteristic curves, to later be used in the simulation program UBIANSim. This, in turn, allowed to simulate the performance of the engines along of the Shell Eco Marathon challenge, taking into account the aerodynamic, weight, gear ratio, friction of the vehicle and strategy used by the team to turn the engine on and off throughout the race. From the simulations, we determined that Honda Gx120 engine was the most appropriate, because this showed the best results in terms of fuel economy. Was also carried out a study on the influence that the gear ratio, weight, aerodynamics and friction of the vehicle have on the fuel consumption of the vehicle, it was found that the improvement of these parameters would lead to a fuel economy of 26%. Finally, a study was conducted to determine the performance if the engine’s thermodynamic cycle was modified by converting an Otto cycle in to a Miller cycle, achieved by modifying the engine’s camshaft. For this study were made measurements on the camshaft and calculations and simulations using Engine Analyzer Pro program, which permitted the simulation of the results obtained throught the use of a test bench. These results will result in the characteristic curves of the engine before and after the modification of the camshaft. Simulations were made also with UBIANSim to determine the performance of the engine with the modified camshaft along the track. From the results obtained it was verified that, based on simulations, changing the camshaft would not bring benefits to the engine performance.