Contribuição para o fabrico de motor de ciclo sobre-expandido

Abstract

Desde o aparecimento dos primeiros motores de combustão interna, estes têm sido constantemente alvo de evoluções em função das necessidades do meio ao qual se destinam, seja a procura por melhor fiabilidade, por maiores potências ou mesmo pela otimização dos mesmos de modo a tornar o seu custo de produção mais sustentável. Atualmente existe uma crescente preocupação pelos problemas ambientais, bem como pela escassez das reservas de petróleo, o que associado à crise económico-financeira vivida torna a procura por uma maior eficiência energética dos motores de combustão interna, o principal campo de evolução dos mesmos. Neste contexto, surge o conceito de motor sobre-expandido, sendo este um tipo de motor que apresenta rendimentos superiores aos motores convencionais, permitindo deste modo registar valores de consumos e emissões de poluentes francamente inferiores aos dos motores convencionais. O presente trabalho tem como finalidade o fabrico de um motor de combustão interna, mais concretamente o UMotor. Este é um motor de ciclo sobre-expandido que vem sendo desenvolvido há já alguns anos no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade do Minho e que se destina a equipar o EconomicUM. O trabalho apresentado faz inicialmente um enquadramento teórico acerca dos motores de ciclo sobre-expandido, dando a conhecer a sua origem, o seu principio de funcionamento e o seu papel na sociedade atual. Posteriormente, o trabalho é focado no desenvolvimento e fabrico de alguns componentes do UMotor, tais como o cárter, a árvore de cames, os balanceiros, a cambota e o coletor de admissão. Ao longo do trabalho apresentado são dadas a conhecer as diferentes fases no desenvolvimento dos componentes, desde o projeto dos mesmos utilizando ferramentas CAD/CAM, aos processos de fabrico utilizados bem como os procedimentos a ser adotado de modo a que no futuro se concretize a realização de um protótipo funcional do motor.

Since internal combustion engines made their early appearance, continuous evolutions took place in order to fulfill the requests of their application domains, whether pursuing reliability improvement, higher engine power or even manufacturing optimization and cost sustainability. Nowadays there is a growing concern about environmental issues, including oil reserves shortage, economic and financial crisis impact, so driving critical increase of energetic efficiency in internal combustion engines, as a field of study. In this context arises the concept of over-expanded engine, for it shows higher efficiency, allowing less fuel consumption and lower polluting emissions than conventional engines. The present work describes the manufacturing constraints and solutions of an experimental internal combustion engine, the UMotor. This is an over-expanded cycle engine under development in the Department of Mechanical Engineering of University of Minho, to equip the EconomicUM, a formula Shell® prototype vehicle. A theoretical overview is presented about the over-expanded cycle engines, describing its principles of operation and their possibilities in the society. The work is focused on the development and manufacturing of components of the engine, including the crankcase, the camshaft, the rocker arms, the crankshaft and the intake manifold. The work presents an overview of the actual stage in the development of components, including modifications to the project using CAD/CAM tools, and describes the manufacturing processes and procedures to be undertaken in the near future to achieve a fully functional prototype engine.