Optimização do consumo específico de combustível ao freio de um motor de combustão interna para participar nas edições 2014 da Shell Eco-marathon

Abstract

O objetivo deste trabalho consiste em otimizar o consumo específico de combustível ao freio do motor de combustão interna M3165 que propulsiona o Eco Veículo XC20i com o intuito de o tornar mais competitivo na participação das edições de 2014 da SHELL Eco marathon (SEM). Como enquadramento são apresentadas as linhas gerais da estrutura e regulamento da SEM na categoria onde se insere o Eco Veículo, assim como um resumo do histórico do veículo, que o levou à forma e performance atuais, e explicados de forma detalhada os contornos e procedimentos da realização dos ensaios experimentais em ambiente laboratorial. Seguidamente são apresentados os resultados das simulações numéricas realizadas em computador e dos testes experimentais, realizados em banco de ensaio, em que foi quantificado o efeito da utilização de diferentes óleos lubrificantes no motor e de algumas variáveis de operação deste, nomeadamente a temperatura do cárter, temperatura da cabeça do cilindro, tempos de injeção, riqueza da mistura ar-combustível, condições climatéricas, entre outros. A análise destes resultados permite perceber de que forma a combinação destas variáveis influencia o desempenho do motor, somando-se à experiência obtida nas edições anteriores, assim como permite o conhecimento mais pormenorizado de alguns componentes que, direta ou indiretamente, intervêm no bsfc do motor. Este conhecimento resulta numa melhor preparação para a prova, pois com a identificação das condições ótimas de funcionamento em termos térmicos permite promover alterações de materiais ou isolamento a curto prazo, aperfeiçoar a programação da centralina (ECU) do motor, adaptando-a a diferentes circunstâncias, definir a melhor estratégia de prova e melhorar a capacidade de intervenção imediata durante a competição sempre com o objetivo de minimizar o consumo e obter uma boa classificação.

The objective of this work is to optimize the brake specific fuel consumption of an internal combustion engine, the M3165, which drives the Eco Veículo XC20i in order to make it more competitive in the participation of the 2014 editions of the SHELL Eco marathon (SEM). As an introduction we present the outline of the structure and regulation of SEM in the category where the Eco Veículo is inserted, and a summary of the history of the vehicle, which led to the present form and performance, and are explained in detail the contours and procedures of the experimental tests in the laboratory. Following, are presented the results of numerical simulations performed in a digital computer and of experimental tests conducted in an engine test bench, in which the effect of using different lubricants in the engine and some variables of it operation were quantified, namely the crankcase temperature, cylinder head temperature, injection duration, equivalence ratio of the air-fuel mixture, ambient conditions, among others. The analysis of these results allows understanding how the combination of these variables influences the engine performance, adding to the experience gained in previous editions as well as allows more detailed knowledge of some components that directly or indirectly influences the engine’s bsfc. This knowledge results in better preparedness for the competition, because the identification of the optimal operating thermal conditions, allows to promote changes in materials or thermal insulation in the short term, to improve the ECU programming, adapting it to different circumstances, to define the best race strategy and improves the capacity for immediate intervention during the competition, always aiming to minimize fuel consumption and get a good ranking.