Aplicação de física de plasma em engenharia automotiva : aquisição e análise sensorial da corrente iônica em motores de combustão interna

Abstract

A corrente iônica é uma corrente elétrica gerada pelo fluxo de íons. Este fluxo pode ser o resultado tanto de efeitos hidrodinâmicos quanto de campos elétricos e magnéticos. No caso de um motor de combustão interna, há a formação de íons quando a mistura de ar e combustível entra em combustão, pois a temperatura elevada transforma o gás da câmara de combustão em um plasma. A vela de ignição é um dispositivo elétrico que tem a função de inflamar a mistura comprimida de ar/combustível por meio de um feixe plasmático, também chamado de centelha elétrica. Esse feixe plasmático é gerado através de uma tensão elétrica criada por uma bobina que passa pelo corpo da vela de ignição. Devido a propriedades de continuidade de circulação da corrente elétrica nos circuitos indutivos, se solta a centelha, provocando a explosão da mistura dentro do cilindro do motor. Essa centelha é uma passagem de corrente elétrica entre os eletrodos, sendo eles de materiais diferentes. Após a centelha, o gás no interior da câmara de combustão se transforma em um plasma, que possui menor resistência à passagem da corrente elétrica. As propriedades do plasma, como pressão e temperatura, influenciam sua resistência elétrica. Sendo assim, ao se medir esta resistência é possível inferir as propriedades do plasma. A principal ideia desse trabalho é utilizar a vela de ignição de um motor de combustão interna como um sensor da resistividade do plasma na câmara de combustão. Para isto, após a centelha, submetem-se os eletrodos da vela a uma pequena diferença de potencial, formando uma corrente iônica entre os eletrodos da vela, cuja intensidade depende fortemente das propriedades do plasma na câmara de combustão. Assim, pretende-se entender melhor alguns fenômenos e dados do funcionamento do motor de combustão interna, como a detonação, definição da fase de ignição, captação da razão volumétrica e estequiométrica da mistura, e outros. __________________________________________________________________________ ABSTRACT

The ionic current is an electric current generated by the flow of ions. This flux flow may be a result of hydrodynamic effects as both of electric and magnetic fields. In the case of an internal combustion engine, there is the formation of ions when the air-fuel mixture combusts, because the higher temperature transform the gas from the combustion chamber into a plasma. The spark plug is an electrical device which has the function of igniting the compressed mixture of air / fuel through a plasma beam, also called electric spark. This plasma beam is generated by an electric voltage, created by a coil, which passes through the body of the spark plug. Due to the properties of continuous electric current flow in inductive circuits, the spark is released, causing the explosion of the mixture within the engine cylinder. This spark is a passage of electrical current between the electrodes, made from different materials. After the spark, the gas inside the combustion chamber becomes plasma, which has lower resistance to the passage of electric current. The properties of plasma, such as pressure and temperature, affect its electrical resistance. Therefore, when measuring this resistance is possible to infer the properties of the plasma. The main idea of this work is to use the spark plug of an internal combustion engine as a sensor of the plasma resistivity in the combustion chamber. For this, after the spark, undergo the electrodes of the spark plug to a small potential difference, forming an ionic current between the electrodes of the spark plug, whose intensity depends strongly on the properties of the plasma in the combustion chamber. Thus, it is intended to better understand some phenomena data and the operation of the internal combustion engine, such as knock, definition of the ignition phase, capture of the volumetric ratio and stoichiometric ratio of the mixture, and others.