Simulação de sistema de turbocompressão para redução de temperatura de admissão em motores ciclo Otto

Abstract

Este trabalho analisa a viabilidade técnica do emprego de um sistema de turbocompressão que tem como função reduzir a temperatura do ar de admissão em motores que operam segundo o ciclo Otto e com isso aumentar sua eficiência volumétrica. O software GT-POWER é usado para simular o motor SI_4cyl_GDI_Turbo-WOT e nele acoplar o turbocompressor de baixa temperatura (TCBT) e compará-lo com o emprego de um turbocompressor convencional. Os dois casos são simulados para rotações entre 2000 e 6000 RPM e a pressão absoluta de operação na borboleta de 2 bar e são avaliadas as curvas de pressão e de temperatura do ar na borboleta, de torque e de eficiência do motor. O sistema com o TCBT apresenta um intervalo inicial com falta de pressurização entre 2000 e 3000 RPM. A partir de 3000 RPM a massa específica do ar oferecido é maior em todo o intervalo em comparação com o sistema convencional. É encontrada uma melhoria máxima de 7% no torque, com um valor de 321,5 Nm em 4600 RPM, e uma temperatura mínima de 39°C (16°C a menos que o turbo convencional). Não há melhora significativa quanto à eficiência do motor. Conclui-se que o sistema é funcional, entretanto devem ser avaliadas outras tecnologias disponíveis para expandir o intervalo com funcionamento aprimorado. Trabalhos experimentais são sugeridos para avaliar a ocorrência de autodetonação durante o uso do TCBT e de outros possíveis efeitos não previstos na simulação.

This work analyses the technical viability of the use of a turbocharging system with the objective to decrease charge air temperature in Otto engines, consequently increasing its volumetric efficiency. The GT-POWER software is used to simulate the engine SI_4cyl_GDI_Turbo-WOT coupled to the low temperature turbocharger (TCBT) and to compare it to the use of a conventional turbocharging system. Both cases are run in engine speeds between 2000 and 6000 RPM and for an operation absolute pressure of 2 bar at the throttle. Air temperature and pressure at the throttle, torque and system efficiency curves are analyzed. The setting with TCBT shows an interval at low speeds with lack of pressurization between 2000 and 3000 RPM. From 3000 RPM, the delivered air is denser in the whole interval in comparison to the conventional system. A maximum improvement of 7% on torque is found, with a value of 321,5 Nm at 4600 RPM, and a minimum temperature of 39°C (16°C less than with the conventional turbocharger). There is no significant improvement on engine efficiency. It is concluded that the system is functional, however other available technologies must be considered applying in order to expand the interval with enhanced operation. Also experimental work is suggested to evaluate the occurring fuel detonation while using the TCBT and other possible effects not predicted on simulation.