Análise de desempenho e emissões de um motor do ciclo otto com sistema de ignição com pré-câmaras em condições de operação veicular

Abstract

As legislações ambientais e o custo do combustível têm influenciado no desenvolvimento de novas tecnologias em motores de combustão interna. Neste sentido, o emprego de misturas pobres emerge como uma estratégia promissora, permitindo aliar baixo consumo de combustível e baixos níveis de emissões. Apesar das vantagens, a queima de misturas pobres depende de diversos fatores para que ocorra uma combustão estável. Neste contexto, o uso do conceito de ignição por pré-câmara em motores que originalmente utilizem ignição por centelha tem eficácia comprovada, sendo uma alternativa para atender as restrições em emissões impostas pela legislação. Entretanto, a maioria das pesquisas observadas na literatura são realizadas em regime permanente de carga e rotação, sendo poucas as abordagens que consideram sistemas de ignição por pré-câmaras aplicadas à veículos. Com isso, o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento de um sistema de ignição por pré-câmaras (PCIS), em termos de consumo de combustível e emissões de gases de exaustão, quando submetido à condições de condução veicular. Para isso, realizaram-se testes em condições estacionárias de operação em um motor Ford Sigma 1.6 16v em um dinamômetro de bancada passivo, com etanol como combustível na câmara principal e hidrogênio nas pré-câmaras, obtendo-se parâmetros de combustão, emissões gasosas e consumo de combustível, possibilitando a comparação com o motor original. Os mapas de operação para as variáveis de interesse foram utilizados como dados de entrada em modelos computacionais do software GT-Power, que simularam o motor instalado em um veículo Ford Fiesta através da interpolação das características estacionárias. Os resultados da estimativa de aplicação veicular do conceito PCIS nos ciclos HWFET (Highway Fuel Economy Test) e FTP-75 (Federal Test Procedure) apontaram para reduções de até 7% no consumo médio de combustível, de 4% nas emissões médias de CO2, de 85% nas emissões médias de NOx e de 65% nas emissões médias de CO se comparado à ignição original por centelha. Com isso, o uso do conceito PCIS apresenta potencial para a redução dos gases emitidos em motores veiculares, permitindo que sejam simplificados os sistemas de pós tratamento adotados para atendimento das legislações.