Melhora de Performance de Veículos Flex à GNV

(1)

Melhora de Performance de Veículos Flex à GNV

Centro Universitário da FEI

2020

Site

(2)

Organograma

Giovani

Fioretti

Integrante

Felipe

Padovan

Líder Protótipo

Gabriel

Carvalho

Integrante

Rodrigo

Gomes

Integrante

Ayrton

Dias

Líder Mkt e Custos

Denis

Luiz

Integrante

Lucas

Manrique

Integrante

Vitor Ferri

Líder

Orientador: Fernando Fusco Co-orientador: Cleber William Gomes

Coordenador: Marco Barreto

Mayco

Vinicius

Líder Projeto

(3)

Contextualização – Mercado de GNV

5,85%

% de Veículos a GNV 2018 Market Share

3,5x

Potencial de Aumento de Demanda

R$5.600

Original de Fábrica Custos de Implementação

R$4.000

Oficinas Homologadas

R$0,45

Gasolina Custo/km - Comparativo

100

97

85

Etanol Gasolina GNV

Potência Comparada – Base 100

Fonte: Fiat

R$0,49

Etanol

R$0,25

GNV

Emissões - Comparativo Presença de Pontos de Abastecimento GASOLINA ETANOL GNV CO [ton/ano] 330.765 66.899 13.049 Nox [ton/ano] 44.831 5.768 6.757 RCHO [ton/ano] 1.375 624 89 NMHC [ton/ano] 48.830 11.685 612 CH4 [ton/ano] 6.905 1.090 5.214 N2O [ton/ano] 3.049 80 -CO2 [mil ton/ano] 54.283 1.014 2.163

Fonte: Ministério do Meio Ambiente _{Fonte: Gasnet}

Fonte: ANP – Ref. Abr/20 Fonte: Toyota

Fonte: Adaptado Oliveira 2018

(4)

Velocidade de Combustão – Pós Centelha

Fonte: Adaptado Heywood

• GNV – Composição 70% a 95% de metano, com etano e nitrogênio

.

Fonte: Wildner 2006

• GNV demanda 3x mais energia para a ignição que o etanol.

Combustível PCI

Gasolina 40,546 KJ/g

Etanol 29,636 KJ/g

GNV (Metano) 53,922 KJ/g

• Poder Calorifico dos combustíveis automotivos.

Fonte: Autor

Lambda

Estequiométrico

(5)

Motivo da perda de torque e potência para veículos convertidos para GNV

Perda de

Performance

em veículos

convertidos

• Problema percebido pelos Clientes

Características

inerentes ao

combustível

• Causas

Baixa

velocidade de

queima e

deflagração

• Problema

Mecânico

O Problema

Baixa Velocidade de

Queima e Deflagração

(Diretamente proporcional à Pressão na Câmara de Combustão)

Propósito do Projeto

Aumento da Velocidade de

Queima e Deflagração

(6)

Golden Circle

WHY

HOW

WHAT

Desenvolveremos

um

produto

que potencialize a performance

do motor à GNV.

Através

de

um

sistema

de

mistura

de

combustíveis

e

turbulência

na

câmara

de

admissão

Acreditamos

que

podemos

oferecer uma solução para reduzir

o

consumo

de

combustíveis

fósseis.

(7)

Requisitos e Metas - Target

Requisitos

➢ Cumprir as legislações vigentes

➢ Veículo continuar sendo Flex

➢ Taxa de compressão ser adequada

para os dois tipos de combustíveis

Metas

➢ Aproximar o comportamento do

GNV ao Etanol

➢ Aumentar a potência do motor a partir

da mistura de combustíveis

➢ Melhorar o desempenho do veículo

➢ Diminuir o custo de abastecimento

➢ Aumentar a satisfação dos

proprietários

➢ Diminuir o impacto ambiental causado

pela queima de combustíveis fósseis

(8)

Análise Rápida de Viabilidade

Problemas

Inferioridade da performance

do motor movido a GNV em

relação aos motores movidos

a combustíveis líquidos.

Clientes

Donos de veículos

populares e frotistas.

Disposto a pagar

Redução do custo

operacional aliado a

aumento de

performance do motor.

8

(9)

No Brasil, a utilização do Gás Natural Veicular (GNV) em

automóveis é regulamentada pelo DECRETO Nº 1.787 do governo

federal, que exige o atendimento das exigências técnicas, de

segurança e ambientais editadas pelos departamentos nacionais

competentes.

Normas e Legislações

NBR 113535

- Sistemas de Gás Veicular

NBR 16583

- Qualificação de Pessoas Para Manutenção e Instalação de Sistemas de Gás Veicular

NBRNM – ISO11439

- Cilindros de alta pressão para armazenamento de Gás à bordo de Veículos Automotores

RTQ 33 (REVISÃO 01) - PORTARIA Nº102/2002:

Certificado de Registro de Instalador (CRI). Homologação de

empresas/oficinas para credenciamento de instalação.

RESOLUÇÃO Nº292:

Estabelece as regulamentações para modificações em veículo, incluindo

modificações de combustível.

RESOLUÇÃO Nº 280:

Exigência do Certificado de Segurança Veicular (CSV) em Instituição Técnica

Licenciada pelo INMETRO, a cada 12 meses.

Fonte: Associação das Empresas de Segurança Veicular

(10)

Requisitos

,

Grandezas de Engenharia e Benchmarkings

Grandezas de Engenharia

• Burning Velocity

• Taxa de Compressão do Motor

• Poder Calorífico do Combustível

• Fuel mass burn fraction

Requisitos

• Cumprir Legislações Vigentes

• Continuar sendo Flex

• Taxa de compressão adequada para

os dois tipos de combustíveis

Benchmarkings

• Taxa de Compressão Variável

• Aumento da Turbulência na Câmara

• Mistura de Combustível Líquido+GNV

• Sobrealimentação

(11)

Taxa de Compressão Variável

Possíveis abordagens para variar a taxa de compressão

• Cabeçote móvel;

• Altura do virabrequim variável;

• Pistão secundário para variar

o volume da câmara de

combustão;

• Pistão com altura do topo

variável

Desvantagens na implementação desta Solução

Fonte: Adaptado Shaik (2007)

• Alto Custo;

• Aumento de partes móveis;

• Aumento de vibração;

• Impacto na geometria das

válvulas e injetores.

Fonte: Adaptado Lopes (2015)

• Geometria variável da biela;

• Moentes excêntricos;

• Virabrequim de rolamento

excêntrico;

• Alavanca central engrenada;

Alteração no volume da câmara de combustão durante o funcionamento do motor, tornando a taxa de compressão adequada para diferentes situações.

(12)

Aumento da Turbulência na Câmara de Combustão

Fonte: Site da PPM

• Swirl: geometria do sistema de admissão

de ar, ou defletor borboleta que controla a

intensidade desta turbulência

• Tumble: defletor borboleta que controla a

intensidade de turbulência desejada.

Mecanismos de Acionamento

Possíveis abordagens aumentar turbulência na Câmara

Desvantagens na implementação desta Solução

• Baixa capacidade de melhora da

performance

• Aumento das partes móveis, em caso de

defletores borboletas moduladas

Fonte: Site da PPM

Câmara tipo Squish

Fonte: Adaptado Souza (2004)

Aumento da turbulência na câmara de combustão ocasiona maior homogeneidade da mistura ar-combustível, aumentando a velocidade de queima

(13)

Mistura de Combustível Líquido + GNV

Para menor perda de potência e torque em motores com uso de GNV, é feita a injeção de GNV e etanol na câmara de combustão simultaneamente

GNV

Líquido

+

Fonte: Adaptado Costa (2017)

Principais vantagens de se ter a mistura

Líquido + GNV na câmara:

• Aumento da velocidade de chama;

• Diminuição na perda de performance;

• Custo de implementação relativamente

baixo;

• Lubrificação dos componentes.

Principais desvantagens de se ter a mistura

Líquido + GNV na câmara:

• Alto grau de alterações no motor;

• Emissões de GEE (em relação a somente

GNV);

• Tecnologia relativamente complexa.

(14)

Sobrealimentação

Com o uso da sobrealimentação (turbocompressor), aumenta-se a pressão na câmara de combustão, elevando a velocidade

de propagação de chama

Fonte: Adaptado Baeta(2006)

Principais vantagens da

sobrealimentação:

• Aumento da velocidade de chama;

• Diminuição na perda de performance;

• Menor emissão de GEE;

• Diminuição no tempo de resposta do

motor.

Principais desvantagens da

sobrealimentação:

• Alto grau de alterações no motor;

• Custo de manutenção;

• Tecnologia relativamente complexa.

Fonte: Adaptado Revista Quatro Rodas (2017)

(15)

Intersecções Possíveis nas Alternativas

Taxa de Compressão

Variável

Mistura Combustível

+

Aumento da

Turbulência

Mistura Combustível

+

Sobrealimentação

Mistura Combustível

+

15

(16)

Matriz de Decisão – Alternativas de Soluções

-2 -1 0 +1 +2

Desfavorável Ref. Favorável

Melhora de Performance

Custo de Implementação

Alteração do

Motor Manutenção Emissões GEE

Tecnologia Embarcada Efeito Indesejados 25 15 10 15 15 10 10 Solução Corrente

(Kit 5ª Geração) - Referência 0 0 0 0 0 0 0 0

Taxa de Compressão 2 -2 -2 -2 1 -2 -2 -55

Turbulência Câmara de Combustão 1 2 2 0 0 2 2 115

Mistura Líquido + GNV 1 1 1 2 1 2 2 135

Sobrealimentação 2 -2 -1 -1 1 -1 0 0

Mistura + Taxa de Compressão 2 -2 -2 -2 1 -2 -2 -55

Mistura + Turbulência 2 1 1 2 2 1 1 155

Mistura + Sobrealimentação 2 -2 -2 -2 1 -2 0 -35

Total Solução \ Critérios

(17)

Matriz de Confirmação – Alternativas de Soluções

-2 -1 0 +1 +2

Desfavorável Ref. Favorável

Melhora de Performance

Custo de Implementação

Alteração do

Motor Manutenção Emissões GEE

Tecnologia Embarcada Efeito Indesejados 25 15 10 15 15 10 10 Mistura + Turbulência Referência 0 0 0 0 0 0 0 0

Solução Corrente (Kit 5ª Geração) -2 -1 -1 -2 -2 -1 -1 -155

Taxa de Compressão 2 -2 -2 -2 1 -2 -2 -55

Turbulência Câmara de Combustão -1 1 0 1 -1 1 -1 -10

Mistura Líquido + GNV -1 1 0 0 -1 1 -1 -25

Sobrealimentação 1 -2 -2 -1 -1 -2 -1 -85

Mistura + Taxa de Compressão 2 -2 -2 -2 1 -2 -2 -55

Mistura + Sobrealimentação 2 -2 -2 -1 0 -2 -1 -45

Solução \ Critérios Total

(18)

Storyboard

Módulo de

Controle

Unificado

%L %GNV

δ

%L Fração de combustível liquido

%GNV Fração de GNV

Ɵ Ângulo de posição do pedal

V Tensão transmitida pelo potenciômetro

δ Ângulo do flap

ADMISSÃO θ

Economia Performance

(19)

Storyboard

Módulo de

Controle

Unificado

%L %GNV

δ

δ Ângulo do flap

ADMISSÃO θ

Economia Performance

(20)

Storyboard

Módulo de

Controle

Unificado

%L

δ

δ Ângulo do flap θ %GNV ADMISSÃO Economia Performance 20

(21)

Boundary Diagram

Seletor Esportividade/ Economia Sensor de Rotação do Motor Pedal Acelerador Eletrônico (Torque Solicitado)

Bico Injetor - Líquido

Bico Injetor - GNV Elétrico Mecânico Rede CAN

Motorista

Motor

Válvula Borboleta Avanço de Ignição

ECU

Módulo GNV

Sensor de Tanque de Combustível Gasoso Atuador de Turbulência Sensor de Tanque de Combustível Líquido Elemento Existente Elemento à Desenvolver

Módulo de

Controle

Unificado

Módulo de Controle Unificado

(22)

Engenharia reversa – Kit GNV

Sistema:

Componentes

Cilindro GNV Redutor de pressão

NG2 Manômetro

Válvula de

abastecimento Rail Flauta Filtro GNV ECU Tubulação

Componentes de

Fixação Bicos Injetores

Massa 32 kg 2,25 kg 0,3 kg 0,43 kg 0,5 kg 0,1 kg 0,15 kg 5 kg 2 kg 0,2 kg

Diametro 279mm 63,5 mm 41mm 8mm - 20,00 - 8 mm - 16 mm

Dimensões Basicas Comprimento 860mm 125 mm - 150 mm 120mm 120,00 100 mm 6 m - 37,5 mm

Espessura 7,7mm - 53mm - - - 2 mm - -

-Capacidade 40L / 10m 40 kg/h 2 à 20 bar 26Mpa 4 Injetores 10.000km - - - 10,4 kg/h

Material Aço-Liga cromo

molibdênio Aluminio

Latão /

Policarbonato Aço/Borracha/Polimero Polimero Aluminio Polimero Aço-liga Latão Aço inox/ Polimero

Fornecedores Grupo MAT, LuzTech Landirenzo/Préssor Famabras Tomasseto/Landirenzo Landirenzo Eurogas Landirenzo/ IGT Motors

Tomasetto/ IGT

Motors IGT Motors Bosch/Landirenzo

Aquisição Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido Kit GNV

(23)

Engenharia reversa – M.C.I.

Sistema:

Componentes

Swirl Flap Atuador Swirl Flap

Coletor de

Admissão ECU unificada Sensor Throttle

Sensor de mistura Líquido

+ GNV

Chave Comutadora Bicos Injetores

Massa 0,05 kg 0,5 kg 1 kg 0,3 kg 0,1 kg 0,05 kg 0,05 kg 0,2 kg

Diametro - - - - 60 mm 16 mm

Dimensões Basicas Comprimento - 90 mm 250 mm 170 mm 100 mm - 37,5 mm

Espessura - - - 10 mm - -

-Capacidade - - - 10,4 kg/h

Material Aluminio Polimero Polimero Aluminio Polimero - Polimero Aço inox/ Polimero

Fornecedores Manifold Manifold Weiand Magneti Marelli - NGK/Bosch Scheider/Schmersal Bosch/Landirenzo

Aquisição Adquirido Adquirido Adquirido Desenvolvido Adquirido Adquirido Adquirido Adquirido

M.C.I.

(24)

Componentes – FAST – Function Analysis System Tree

Componente Função Cilindro de GNV Armazenar GNV Aumentar Peso Ocupar Espaço Garantir Segurança Redutor de Pressão Reduzir Pressão Manômetro Aferir Pressão

Garantir Segurança Válvula de Abastecimento Abastecer Cilindro

Garantir Segurança Rail Flauta Distribuir combustível

Atomizar Combustível Filtro GNV Filtrar GNV

ECU GNV

Controlar Avanço de Ignição Controlar Injeção de GNV

Gerenciar mistura Controlar atuador Swirl Flap

ECU Veículo

Consolidar sinais Controlar Injeção Líquido Controlar admissão de ar Bico Injetor GNV Injetar combustível Bico Injetor Líquido Injetar combustível Atomizar Combustível

Componente Função

Coletor de Admissão

Misturar Combustível Posicionar Bicos de Injeção Aumentar velocidade de queima

Swirl Flap / Tumble Flap

Provocar Trubulência Direcionar ar Causar vibração

Aumentar velocidade de queima

Atuador Swirl Flap Movimentar Flap

Tubulação GNV Transportar GNV Reduzir Pressão Sensor Throttle Aferir aceleração Alterar performance Alterar consumo Sensor de Mistura Líquido+GNV Aferir mistura

Componentes de Fixação Kit GNV Fixar componentes Garantir Segurança

Chave Comutadora - Performance/Economia

Alterar performance Alterar consumo

Prover estilo

GNV Perder performance

Ressecar componentes

Etanol Lubrificar componentes

(25)

Funções - FAST

Função P/S +/0/- Uso/Estima

Abastecer Cilindro S 0 Uso

Aferir aceleração S 0 Uso

Aferir mistura S 0 Uso

Aferir Pressão S 0 Uso

Alterar consumo S + Uso

Alterar performance S + Uso

Armazenar GNV S 0 Uso

Atomizar Combustível S + Uso

Aumentar Peso S - Uso

Aumentar velocidade de queima P + Uso

Causar vibração S - Uso

Consolidar sinais S 0 Uso

Controlar admissão de ar S + Uso

Controlar atuador Swirl Flap S + Uso

Controlar Avanço de Ignição S + Uso

Controlar Injeção de GNV S + Uso

Controlar Injeção Líquido S + Uso

Direcionar ar S 0 Uso

Função P/S +/0/- Uso/Estima Distribuir combustível S 0 Uso

Filtrar GNV S 0 Uso

Fixar componentes S 0 Uso

Garantir Segurança S 0 Uso

Gerenciar mistura S + Uso

Injetar combustível S 0 Uso Lubrificar componentes S 0 Uso Misturar Combustível S + Uso

Movimentar Flap S + Uso

Ocupar Espaço S - Uso

Perder performance S - Uso Posicionar Bicos de Injeção S 0 Uso

Prover estilo S + Estima

Provocar Turbulência S + Uso

Reduzir Pressão S 0 Uso

Ressecar componentes S - Uso

Transportar GNV S 0 Uso

(26)

Diagrama - FAST

(27)

P-Diagram

Posição de Pedal

(Solicitação de torque)

Posição do Atuador de Turbulência Mistura do Combustível

Controle da combustão

Aumento da velocidade de queima Performance do motor

Curso do pedal Rotação do Motor Composição da Mistura Programação Eletrônica da ECU

Escolha da chave Seletora

Turbulência não ocorre Mistura GNV+Etanol Incorreta

Não troca do filtro de ar Entrada de água no coletor de

admissão Variação na instalação do Kit GNV Variação da versão do Kit Temperatura ambiente Qualidade do Combustível

Ruídos por conta da turbulência Indisponibilidade de combustível Excesso de carga Entradas Saídas Modo de Uso Interação Ambiente Externo Variação entre Peças

Fatores de Controle Erros

(28)

DFMEA - Design Failure Mode and Effect Analysis

Nº Grupo Item Func tion Potential Failure Mode Potential Ef f ec t(s )

of Failure Severity

Potential Caus e(s ) of Failure Cu rren t Desi gn Con trol s Preven ti on Occu rrenc e Cu rren t Desi gn Con trol s Detecti on Detec tion R P N Recommen ded Acti on (s)

1 GNV C ilindro de GNV Armazenar GNV Ro mpimento da parede do vaso de pressão Explo são 10

I mpacto de o bjeto s no cilindro

Falta de manutenção preventiva

Pro jeto do vaso de pressão prevê impacto s mo derado s 3 U so de manô metro Substância o do rizada no GNV

Teste Hidro stático

6 180Selec io nar cilindro de aco rdo co m no rmas 2 GNV Tubulação GNV Transpo rtar GNV Ro mpimento da Tubulação Explo são 10

I mpacto de o bjeto s no cilindro Falta de manutenção preventiva Pro jeto de tubulação prevê impacto s mo derado s 3 U so de manô metro Substância o do rizada no GNV 4 120 Estudar po ssibilidade de pro teger tubulação que estiver expo sta. 3 C o ntro le EC U GNV Gerenciar mistura % de etano l o u GNV inco erente na mistura Excesso o u f alta de po tência 7

Falha na leitura de sinal do pedal o u do senso r de mistura

I ntegridade na pro gramação e sinais eletro nico s

3 I ndicado r visual no painel 5 105

Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 4 GNV Reduto r de Pressão Reduzir Pressão Ro mpimento das membranas

C o ngelamento do reduto r Pressão de saída acima da pressão atmo sf érica 8 Falta de manutenção preventiva Furo s na câmara de pressão Baixa temperatura de trabalho I nstalação em lo cal

de f ácil manutenção 4 I nspeç ão anual do sistema 2 64

U tilizar a água de entrada do radiado r, co mo aquec edo r para o reduto r.

5 GNV GNV Ressecar co mpo nentes Black f ire Explo sõ es dentro do escapamento 8 Verif icação das velas do mo to r

Subistituir velas co muns po r de iridium Variado r de avanço

2 Manutenção preventiva 4 64I ncluir a vela de iridium co mo um item padrão do kit GNV 6 GNV Rail Flauta Distribuir co mbustível Dimunuição o u intupimento da interf ace co m o bico

injeto r

Alteração no f luxo de co mbustível para o

bico injeto r 7 Acúmulo de impurezas na entrada no bico injeto r.

Manutenção preventiva do bico injeto r da da interf ace co m o sistema de distribuição . 2

I dentif icação de f alhas de perf o rmance do mo to r pelo co nduto r. Manutenção preventiva.

4 56Tro ca regular do f iltro em tempo determinado 7 GNV Rail Flauta Ato mizar C o mbustível

Alteração da mo vimentação adequada do êmbo lo da válvula regulado ra de pressão integrante do co mpo nente rail f lauta.

I njeç ão po de apresentar pressão mais alta o u mais baixa do que a pressão idea l para o f uncio namento do mo to r, gerando po ssíveis perdas de po tência e dif iculdade de ignição .

7

Falta de manutenção preventiva. Po ssíveis f alhas de co mpo nentes elétrico s do sistema.

Manutenção preventiva no s co mpo nentes rail f lauta, f iltro s, bo mba, além da verif icação do nível de co mbustível.

2

4 56Tro ca regular do f iltro em tempo determinado 8 GNV Filtro GNV Filtrar GNV Entupimento do f iltro

Alteração na mistura de co mbustível, prejudicando o f uncio namento do mo to r e gerando perdas de perf o rmance do veículo

7

C o mbustível GNV co m impurezas o u partículas residuais de ó leo que po dem prejudicar a vida últil do f iltro e co nsequentemente, causar o entupimento . Manutenção preventiva a partir da tro ca do f iltro no perío do adequado f o rnec ido pelo f abricante.

2

4 56Tro ca regular do f iltro em tempo determinado 9 C o ntro le EC U GNV C o ntro lar I njeç ão de GNV I rregularidade na injeç ão do GNV Falta / Excesso de GNV na mistura 7 Falha no mapea mento I ntegridade na

pro gramação e sinais eletro nico s

2 I ndicado r visual no painel 4 56

Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 10 C o ntro le EC U GNV C o ntro lar atuado r Swirl Flap Não gerar turbulencia adequada I ntermitencia do atuado r 7 Sinal equivo cado

Pro blema no atuado r Manutenção

preventiva 2 I ndicado r visual no painel 4 56

Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 11 C o ntro le EC U Veículo C o nso lidar sinais Não co nso lidar a co mparação de sinais Alteraçõ es na padro nização das variaveis

de co mando 7 Falha na pro gramação da EC U

Revisão no co digo da EC U e

ho mo lo gação 2 Função de Saf ety 4 56

Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico .

Nº Grupo Item Func tion Potential Failure Mode Potential Ef f ec t(s )

of Failure Severity

Potential Caus e(s ) of Failure Cu rren t Desi gn Con trol s Preven ti on Occu rrenc e Cu rren t Desi gn Con trol s Detecti on Detec tion R P N Recommen ded Acti on (s)

12 C o ntro le EC U Veículo C o ntro lar I njeç ão L íquido Vazão inadequada de co mbustivel liquido

Mistura inco rreta L ambda inadequado

C o nsumo excessivo de co mbustivel 7

Sinal equivo cado Mapea mento errado

I ntegridade na pro gramação e sinais eletro nico s 2

I ndicação visual no painel

do veiculo 4 56

I ndicação visual no painel do veiculo . Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 13 C o ntro le EC U Veículo C o ntro lar admissão de ar Admissão inco rreta de Ar

Relação inco rreta Ar- C o mbustível, Redução da vida util do s co mpo nentes mec ânico s, co mpro meter desempenho e po tência

7 Mapea mento inco rreto , Sinal inco rreto

Revalidação do s sinais de co municação entre o s sistemas presentes

2 I ndicação visual no painel

do veiculo 4 56

verif icar co municação entre dispo sitivo s via co mputado r co m um mec ânico da area . 14 L íquido C o leto r de Admissão Po sicio nar Bico s de I njeç ão Falha EC U Falha na injeç ão de co mbustível 7 Mapea mento inco rreto ,

Sinal inco rreto

Revalidação do s sinais de co municação entre o s sistemas presentes 2

I ndicação visual no painel

do veiculo 4 56

Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 15 C o ntro le Etano l L ubrif icar co mpo nentes Falha devido a adulteração Danif icação do mo to r 7 Verif icação da qualidade

do etano l

C o nsiderar po ssiveis adulteraçõ es do etano l no pro jeto

2 Senso r de qualidade 4 56

Verif icação do termo densimetro po r parte do co nduto r, ao abastec er o veículo 16 C o ntro le EC U GNV C o ntro lar Avanço de I gnição Avanço inco erente co m a mistura

Tempo de abertura de valvulas que não acarretera na melho r ef iciencia da co mbustão

9

C o mbustivel de baixa qualidade

Mistura inco reta para o avanço utilizado

C o rreç ão de avanço

simultanea 2 I ndicado r visual no painel 3 54

Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 17 L íquido C o leto r de Admissão Misturar C o mbustível Back f ire Ro mpimento do co leto r de admissão 7

C o mpo nentes interno s em estado inadequado I nstalação inadequada do sistema Subistituir velas co muns po r velas de iridium Variado r de avanço I nstalação em lo cal espec ializado

2 Manutenção preventiva 3 42I ncluir a vela de iridium co mo um item padrão do kit GNV 18 L íquido C o leto r de Admissão Aumentar velo cidade de queima Back f ire Ro mpimento do co leto r de admissão 7

C o mpo nentes interno s em estado inadequado I nstalação inadequada do sistema Subistituir velas co muns po r velas de iridium Variado r de avanço I nstalação em lo cal espec ializado

2 Manutenção preventiva 3 42I ncluir a vela de iridium co mo um item padrão do kit GNV 19 L íquido Swirl Flap / Tumble Flap Pro vo car Trubulência Desprendimento da peç a do canal de admissão Danif icação da cabeç a do pistão e/o u

válvula de admissão 8

I nterf erência co m valvula de admissão , evitando seu f ec hamento . Po de co lidir válvula co m cabeç o te

I nspeç ão perió dica

das abas de swirl 1 Ruido severo na região do

mo to r 4 32

Envio de sinal de f alha po r parte do atuado r do f lap, em caso de so nal chavea do ao invéd de PWM

20 L íquido Swirl Flap / Tumble Flap Direc io nar ar Quantidade de ar insuf iciente Queima inef iciente 7

Acúmulo de sujeira pro veniente da explo são na câmara de co mbustão

I nspeç ão perió dica

das abas de swirl 1 Manutenção preventiva 4 28

I ndicação visual no painel do veiculo . Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 21 Elétrico Senso r Thro ttle Af erir aceleração Falha no envio do sinal Mistura inco rreta 7

C o mpo nentes eletrô nico s Erro de co municação entre EC U s

Regra espec íf ica no pro grama em caso de f alta de sinal do Senso r Thro ttle

2

EC U atual identif ica esta f alha, po is o utro s sistemas

dependem do mesmo sinal 2 28

I ndicação visual no painel do veiculo . Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico . 22 C o ntro le Senso r Thro ttle Af erir aceleração Escape do chico te elétrico Mistura inco rreta 7

C o mpo nentes eletrô nico s Erro de co municação entre EC U s

Regra espec íf ica no pro grama em caso de f alta de sinal do Senso r Thro ttle

2

EC U atual identif ica esta f alha, po is o utro s sistemas dependem do mesmo sinal

2 28

I ndicação visual no painel do veiculo . Pro gramar có digo de erro espec íf ico para este pro blema em OBD 2 para diagnó stico .

Nº Grupo Item Function Potential Failure Mode Potential Effect(s)

of Failure Severity

Potential Cause(s) of Failure

Cu rren t Design Con trols Preven tion Occ

urre

nce Cu rren t Design Con trols Detection Detecti

on R P N

Recommen ded Action (s)

23 Controle Chave Comutadora - Performance/Economia Alterar performance Intermitencia do dispositivo Não funcionamento 6 Falta de manutenção preventiva Projeto prever possiveis falhas na seleção de potência 2 Inspeção do dispositivo periodicamente 2 24

Incluir item como necessário de verificações em revisões 24 GNV Bico Injetor GNV Injetar combustível bico injetor sujo

Diminuição da mistura de combustível, influindo diretamente na performance do veículo

7 Carro por muito tempo parado.

Manutenção

corretiva 1 Indicação visual no painel

pela luz do injetor. 3 21Manutenção preventiva 25 Líquido Bico Injetor Líquido Injetar combustível bico injetor sujo Diminuição da mistura de combustível,

causando até uma falha de ignição. 7 Combustível de má qualidade.

Limpeza periódica dos bicos na manutenção

1 Indicação visual no painel

pela luz do injetor. 3 21Manutenções preventivas 26 Líquido Bico Injetor Líquido Atomizar Combustível Orifícios bloqueados

Diminuição da injeção de combustível liquido na mistura, queima não otimizada, performance afetada

7

Combustível de má qualidade, adulterado ou velho

Inspeção periódica

dos bicos injetores 1 Indicação visual no painel

pela luz do injetor. 3 21Abastecer em locais confiáveis 27 Controle Chave Comutadora - Performance/Economia Alterar consumo Intermitencia do dispositivo Não funcionamento 5 Falta de manutenção

preventiva

Projeto prever possiveis falhas no consumo

1 Indicador visual no painel 4 20

Programar código de erro específico para este problema em OBD 2 para diagnóstico.

28 GNV Manômetro Aferir Pressão Descalibração Erro na aferição da pressão 9

Falta de manutenção preventiva Produto de baixa qualidade Uso de manometro vistoriado pelo INMETRO 2 Sensor de pressão eletronico Indicação luminosa e sonora

1 18Incluir item na inspeção 29 GNV Válvula de Abastecimento Abastecer Cilindro Vazamento Explosão

Cheiro de combustivel 9 Falta de manutenção preventiva Produto de baixa qualidade Abastecimento com pressão excessiva Uso de valvula vistoriado pelo INMETRO Abastecimento com pressões até 220 bar 2 Sensor eletronico de estanqueidade 1 18Abastecer GNV em postos confiáveis

30 Líquido Swirl Flap / Tumble Flap Aumentar velocidade de queima Má homogenização da mistura Queima ineficiente 7

Acumulo de impurezas provenientes dos gases de admissão, impossibilitam o correto controle da aba de swirl

Indicação visual no painel do veiculo. Programar código de erro específico para este problema em OBD 2 para diagnóstico.

31 Controle Atuador Swirl Flap Movimentar Flap Mistura inadequada Queima ineficiente 7

Aleta com excesso de sujeira proviniente do retorno de gases. Sujeira acumulada no contato entre eixo da aleta e atuador.

Indicação visual no painel do veiculo. Programar código de erro específico para este problema em OBD 2 para diagnóstico. 32 Controle Sensor de Mistura Líquido+GNV Aferir mistura Falha na aferição da composição da mistura Envio incorreto de informações 6 Alteração na potencia

entregue

sistema alternativo capaz de suprir a falha por curto periodo de tempo

1

Identificação por "luz no painel" que identifique a falha no sistema

5 30

Programar código de erro específico para este problema em OBD 2 para diagnóstico. 33 GNV Componentes de Fixação Kit GNV Fixar componentes Deprendimento dos componentes Explosão, vazamento e excesso de

vibração devido á má fixação 10

Materias de má qualidade; Erro de aferição na qualidade PPAP com fornecedores e exigencia de certificações de qualidade 1

Exigir relatorio de qualidade de amostras do fornecedor; manutenção preventiva;

2 20

Obtenção dos relatórios de torque da instalação do kit

(29)

DFMEA – Itens Críticos

Nº Grupo Item Function Potential Failure Mode Potential Effect(s)

of Failure Sever it y Potential Cause(s) of Failure Current Design Controls Prevention O cc u rr en ce Current Design Controls Detection _Detec ti o n _R P N Recommended Action(s)

1 GNV Cilindro de GNV Armazenar GNV Rompimento da parede do vaso de

pressão Explosão 10 Impacto de objetos no cilindro Falta de manutenção preventiva Projeto do vaso de pressão prevê impactos moderados 3 Uso de manômetro Substância odorizada no GNV Teste Hidrostático

6 180Selecionar cilindro de acordo com normas

2 GNV Tubulação GNV Transportar GNV Rompimento da Tubulação e

vazamentos Explosão 10 Impacto de objetos no cilindro Falta de manutenção preventiva Projeto de tubulação prevê impactos moderados 3 Uso de manômetro Substância odorizada no GNV 4 120 Estudar possibilidade de proteger tubulação que estiver exposta. Utilização de sensores de pressão entre as[ida do cilindro e entrada do redutor de pressão + software de diagnóstico

3 Controle ECU GNV Gerenciar mistura % de etanol ou GNV incoerente na

mistura Excesso ou falta de potência 7

Falha na leitura de sinal do pedal ou do sensor de mistura Integridade na programação e sinais eletronicos 3 Indicador visual no painel 5 105

Programar código de erro específico para este problema em OBD 2 para diagnóstico.

4 GNV Redutor de Pressão Reduzir Pressão Rompimento das membranas Congelamento do redutor

Pressão de saída acima da pressão atmosférica 8 Falta de manutenção preventiva Furos na câmara de pressão Baixa temperatura de trabalho Instalação em local de fácil manutenção 4 Inspeção anual do sistema 2 64

Utilizar a água de entrada do radiador, como aquecedor para o redutor.

5 GNV GNV Ressecar componentes Misfire Explosões dentro do

escapamento 8

Verificação das velas do motor Subistituir velas comuns por de iridium Variador de avanço 2 Manutenção preventiva 4 64

Incluir a vela de iridium como um item padrão do kit GNV

(30)

Quadro Morfológico

Parâmetros Soluções parciais (conhecidas ou possíveis)

Detectar performance requerida

pelo usuário Posição do pedal do acelerador Botão de performance

Analise do torque

necessário no virabrequim

Analisar se a marcha atual é adequada

Analisar velocidade com que o pedal é acionado

Estequiometria da combustão Sonda lambda ECU Enriquecer/empobrecer

mistura de combustível

Taxa de compressão variável

Sobrealimentação

Razão de combustível liquido e gasoso

Análise dos sinais de comando dos injetores

Sinal do botão de

performance Sonda lambda

Turbulência Swirl flap Tumble flap Câmara tipo Squish

Taxa de compressão variável

Gerador de tensão Bobina convencional

Maior tempo de carga da bobina (dwell time) para o GNV

Transportador de tensão Cabos de vela

Pencil coil/coil plug (bobina diretamente sobre a vela)

Gerador de centelha Vela de iridium Vela convencional

Modelo 4

Modelo 1 Modelo 2 Modelo 3

(31)

SCAMPER

Substituir Combinar Adaptar Minimizar,

Modificar

Pensar em outro

uso Eliminar Reverter

Combustíveis líquidos com GNV para ganho de performance Reduzir emissão de CO2 Pedal do acelerador será responsável por controlar a mistura de combustível Utilizar um sistema de ignição com pencil coil ao invés de cabos de vela convencionais Otimizar dimensões do cilindro e do tanque de combustível para obter mais espaço interno Botão de performance Reclamações e más impressões de usuários de veículos convencionais convertidos

S

C

A

M

P

E

R

31

(32)

Desenhos 3D - Parciais

32

(33)

Especificação dos Componentes

Válvulas

Redutor de Pressão

Sistema GNV

(Vaso de Pressão, Tubulação, Conexões)

33

Fonte: Eaton

Fonte: Tury

(34)

Cálculo de Melhoria Proposta – Estratégia de Simulação

RESULTADO

FINAL

Modelagem 3D do

Sistema

Definição da

proporção de mistura

Configuração de

Variáveis de Software

de Simulação

(AVL Boost)

Simulação Numérica

do Sistema

Avaliação dos

Resultados Obtidos

Retroalimentação do

Modelo

34

(35)

SIMULAÇÃO – AVL BOOST

Ficha técnica • Torque: 12,5 kgfm (A) e 10,7 kgfm (GNV); • Potência: 88 cv (A) e 75 cv (GNV). Fonte: Autor 35 Fonte: Fiat Fonte: Autor

(36)

Cálculo de Melhoria Proposta – Performance - Resultados

Parciais

Ficha técnica • Torque: 12,5 kgf.m (A) e 10,7 kgf.m (GNV); • Potência: 88 cv (A) e 75 cv (GNV). 0 20 40 60 80 100 120 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Po tê n ci a [c v] Rotação [rpm]

Potência

05Metano05Etanol+Swirl 025Metano075Etanol+Swirl 075Metano025Etanol+Swirl Etanol+Swirl Etanol Metano+Swirl Metano _{Fonte: Autor}

Fonte: Autor 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 To rque [k gf. m ] Rotação [rpm]

Torque

05Metano05Etano+Swirl 025Metano075Etanol+Swirl 075Metano025Etanol+Swirl Etanol+Swirl Etanol Metano+Swirl Metano 36

(37)

Cálculo de Melhoria Proposta – Resultados Parciais

A relação entre velocidade de propagação de chama e pressão na câmara de combustão é direta, portanto utilizando das mesmas condições e provocando um aumento de pressão na câmara de combustão proveniente da mistura de combustíveis, ocasionamos aumento na velocidade de propagação de chama. (Wildner, 2006)

37 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 BM EP [b ar ] Rotação [rpm]

BMEP

05Metano05Etanol+Swirl 025Metano075Etanol+Swirl 075Metano025Etanol+Swirl Etanol+Swirl Etanol Metano+Swirl Metano

(38)

Cálculo de Melhoria Proposta – Consumo - Resultados

Parciais

0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 C ombutí ve lc o n sumi d o [ mg ] Rotação [rpm]

Combustível consumido

05Metano05Etanol+Swirl 025Metano075Etanol+Swirl 075Metano025Etanol+Swirl Etanol+Swirl

Etanol Metano+Swirl Metano

Fonte: Autor

(39)

Cálculo de Melhoria Proposta – Emissões - Resultados

Parciais

0 50 100 150 200 250 300 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 H C [ p p m] Rotação [rpm]

Emissão de HC

05Metano05Etanol+Swirl 025Metano075Etanol+Swirl 075Metano025Etanol+Swirl Etanol+Swirl Etanol Metano+Swirl Metano 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 N O X [ p p m] Rotação [rpm]

Emissão de NOX

05Metano05Etanol+Swirl 025Metano075Etanol+Swirl 075Metano025Etanol+Swirl Etanol+Swirl Etanol Metano+Swirl Metano ₃₉ 0 5 10 15 20 25 30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 C O [ p p m] Rotação [rpm]

Emissão de CO

05Metano05Etanol+Swirl 025Metano075Etanol+Swirl 075Metano025Etanol+Swirl Etanol+Swirl Etanol Metano+Swirl Metano Fonte: Autor

(40)

Cálculo de Melhoria Proposta – Resultados Finais

Avaliando as curvas apresentadas, determinamos que a mistura que apresentou melhor

resultado é 75% de GNV + 25% de etanol + Swirl.

0 2 4 6 8 10 12 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 BM EP [b ar ] Rotação [rpm]

BMEP

075Metano025Etanol+Swirl Etanol Metano

15,8% de pressão, em relação ao GNV.

40

97,4% de pressão, em relação ao Etanol

(41)

Cálculo de Melhoria Proposta – Performance - Resultados

Finais

0 2 4 6 8 10 12 14 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 To rq u e [ kg f.m] Rotação [rpm]

Torque

0 20 40 60 80 100 120 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Po tê n ci a [c v] Rotação [rpm]

Potência

15,8% de performance, em relação ao GNV.

41 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 C o mb u sti ve lc o n sumi d o [ mg ] Rotação [rpm]

Combustível consumido

38,5% de combustível consumido,

em relação ao etanol.

97,4% da performance do Etanol

(42)

Cálculo de Melhoria Proposta – Emissões - Resultados

Finais

42

15,1% de HC emitido, em

relação ao etanol.

0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 N O X [ p p m] Rotação [rpm]

Emissão de NOX

075Metano+025Etanol+Swirl Etanol Metano

0 50 100 150 200 250 300 0 2000 4000 6000 8000 H C [p p m] Rotação [rpm]

Emissão de HC

Emissão de Nox semelhante ao

Etanol

0 5 10 15 20 25 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 C O [ p p m] Rotação [rpm]

Emissão de CO

075Metano+025Etanol+Swirl Etanol Metano

15,5% de CO emitido, em

relação ao etanol.

(43)

Custos do Projeto

43

ESTIMATIVA DE CUSTO

DESCRIÇÃO DO ITEM / SERVIÇO QUANTIDADE VALOR CONSIDERADO OBSERVAÇÕES

Injetor Eaton 1.4L 8V Flex Fuel 4 R$ 1.040,00

O Valor final é resultado da média de três pesquisas de mercado

realizadas por item. Kit Instalação GNV TURY 1 R$ 2.000,00

Redutor de Pressão Tomasseto 1 R$ 500,00 Flap Duto de Admissão - Swirl 4 R$ 640,00

Sub-total R$ 4.180,00

(44)

Key Partners Key Activities ValuePropositions Customer Relationships Customer Segments Key Resources Channels

Cost Structure Revenue Streams

Canvas de Negócio

(45)

Próximos Passos - AVL Cruise

45 Fonte: Autor

AVL Boost

Simulação da Combustão

AVL Cruise

Simulação da Operação Fonte: AVL

(46)

Referências Bibliográficas

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