Projeto de motor monocilindro de pesquisas termodinâmicas
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Data
2023-11-08Primeiro coorientador
Lanzanova, Thompson Diórdinis Metzka
Primeiro membro da banca
Zabeu, Clayton Barcelos
Segundo membro da banca
Wittek, Karsten Jörg
Metadata
Mostrar registro completoResumo
A homologação dos veículos equipados com motores a gasolina de injeção de direta
(GDI), frente aos novos requisitos de emissões e eficiência, é um desafio. A ultra-alta
pressão de injeção direta de combustível (UHPDI) em motores de ignição por centelha
traz significativos ganhos termodinâmicos, sendo uma das possíveis soluções para
vencer esse desafio. Sob demanda de realização de uma pesquisa para verificar os
ganhos da aplicação dessa tecnologia, foi realizado o projeto, o dimensionamento e a
construção de um motor monocilindro de pesquisas (SCRE) protótipo. O SCRE foi
desenvolvido com base no processo de desenvolvimento integrado de produtos em
quatro macro fases: (1) projeto informacional, (2) projeto conceitual, (3) projeto
preliminar e (4) projeto detalhado. No projeto informacional foram identificadas as
necessidades que o SCRE deve suprir, as quais foram transformadas em métricas
nas formas de especificação de projeto. O conceito estrutural do motor foi definido na
etapa de projeto conceitual, onde através da divisão da função global em funções
elementares na estrutura funcional, foram definidos três grandes módulos: (1) unidade
de potência, (2) bloco de cilindro e (3) bloco base. A partir deles, foi especificada uma
configuração de 500 componentes, dos quais apenas 19% são fabricados, fato que
acelera o processo de execução do projeto. Os principais componentes foram
dimensionados, sendo eles: (1) bloco de cilindro, (2) virabrequim e (3) sistema de
sincronia. O bloco de cilindro foi dimensionado para uma pressão de pico de até 200
bar. O virabrequim foi dimensionado para vida infinita em fadiga sob crivo da norma
M53 com fator de aceitabilidade mínimo de 1,15, tendo como limites de operação
22,5 bar de pressão média efetiva indicada (IMEP) a 800 rpm e 30 bar de IMEP a
4500 rpm. Contudo, devido a limitações paramétricas de projeto, a máxima carga de
pressão no cilindro para vida infinita em fadiga alcançada foi de 150 bar. O sistema de
sincronia foi projetado considerando uma potência de acionamento do comando de
válvulas de 0,37 kW, o qual devido a questões geométricas, demandou o
dimensionamento de uma caixa de redução. Uma estimativa de custos mostrou que a
construção do protótipo demandou um montante de R$ 79.581,00, e seu
desenvolvimento um custo de R$ 234.400,00, somando um total de R$ 314.251,00.
Todos os componentes do motor foram fabricados e retrabalhados para a montagem,
instalação e instrumentação em célula de testes. Foi realizado um ensaio de
verificação operando com 10 bar de IMEP @ 2000 rpm, avaliando a influência da
pressão de injeção no desempenho do motor, evidenciando que o SCRE projetado
atende a necessidade de obter dados para a realização da pesquisa. Até a data da
confecção desse documento, o motor operou por mais de 36 horas.
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