Motor a gasolina de pré-câmara de dois litros e quatro cilindros na bancada de testes do laboratório de motores da Empa. Crédito:Empa
No final de maio, a reunião final do projeto "Horizonte 2020" "GasOn" com a Comissão da UE teve lugar em Bruxelas. O objetivo deste projeto da UE era o desenvolvimento de motores a gás para carros e vans. Cerca de 20 parceiros participaram, incluindo ETH Zurich e Empa, bem como quatro fabricantes de automóveis europeus e fornecedores conhecidos. Os veículos movidos a gás geralmente emitem menos poluentes do que os carros a gasolina ou diesel. É provável que ganhem importância no futuro devido à possibilidade de serem movidos a energia renovável.
Além de motores elétricos e de hidrogênio, os motores a gás também desempenham um papel importante no Centro de Competência Suíço para Pesquisa de Energia no Campo da Mobilidade ("SCCER Mobility") liderado pela ETH Zurich. Isso ocorre porque os veículos movidos a biogás pré-processado ou metano sintético ("e-gas") têm CO muito baixo 2 emissões. O metano sintético é produzido a partir de excesso de eletricidade renovável e CO 2 . O biogás pré-processado e o metano sintético podem ser misturados à vontade e, com até 130 octanas, têm uma resistência à detonação significativamente maior do que a gasolina, tornando-os combustíveis ideais para motores de combustão interna. Para cargas elevadas, como na autoestrada, os veículos movidos a gasolina já alcançam eficiências mais altas do que os motores a gasolina.
Contudo, a eficiência ainda pode ser aumentada significativamente - devido à alta resistência à detonação do metano - porque os motores a gasolina de hoje em carros de passeio são tipicamente motores a gasolina apenas ligeiramente adaptados, ou seja, conceitos que ainda não foram otimizados para operação com metano. Para identificar esse potencial inexplorado, o projeto europeu "GasOn" foi lançado em 2015. Pesquisadores da ETH Zurich e da Empa também participaram desse projeto como parte de um pacote de trabalho liderado pelo Grupo Volkswagen.
Pré-câmara desmontada. Crédito:Empa
Um motor otimizado a gás
Um processo de combustão altamente eficiente foi implementado para um motor a gás com dois litros de deslocamento:Uma mistura de gás pobre é inflamada por meio de um dedal do tamanho, pré-câmara com fluxo acalmado. No laboratório ETH para sistemas de aerotermoquímica e combustão, experimentos básicos foram realizados em motores opticamente acessíveis. Estes foram usados para investigar o comportamento da ignição na pré-câmara e o transbordamento dos raios quentes para a câmara de combustão principal. Com base nesses dados, Ferramentas numéricas foram desenvolvidas para calcular os processos detalhadamente por meio de simulações de computador. Esses resultados permitiram que o Volkswagen Group Research otimizasse o projeto da pré-câmara e da câmara de combustão principal. Os cientistas da Empa configuraram um motor de acordo e investigaram o processo de combustão. Foi utilizado um sistema de controle do motor desenvolvido pelo Instituto de Sistemas Dinâmicos e Tecnologia de Controle da ETH Zurique, que coordena o sistema global complexo e permite a adaptação a novas descobertas ao mesmo tempo.
Seção através da cabeça do cilindro do motor de teste:no centro, a pré-câmara com vela de ignição e suprimento de gás é visível. Crédito:Empa
Resultado:eficiência recorde para motores de automóveis de passageiros
Comparado com o estado da arte, o consumo do novo motor a gás com processo de combustão pré-câmara foi reduzido em 20 por cento (convertido no consumo padrão WLTP para um carro de passageiros de tamanho médio). O pico de eficiência na melhor configuração de motor foi de mais de 45 por cento, com eficiências de mais de 40 por cento alcançadas em uma ampla faixa operacional. Esses valores são atualmente alcançados apenas por motores significativamente maiores, como os usados em veículos comerciais, aplicações estacionárias ou marítimas. 45 por cento é um novo recorde para motores de automóveis de passageiros. A título de comparação, motores a gasolina normalmente têm eficiências de 35 a 40 por cento. O projeto GasOn ainda não tratou do tratamento dos gases de escape de tal motor; ainda há necessidade de mais pesquisas, devido ao processo de combustão pobre.
Geral, foi demonstrado que os motores a gás têm o potencial de alcançar eficiências semelhantes aos motores a diesel (significativamente maiores). Além disso, eles podem ser operados facilmente com qualquer mistura de metano biogênico ou sintético renovável e, assim, atingir CO muito baixo 2 emissões. Os fabricantes de veículos envolvidos estão agora prestes a descobrir como os resultados do projeto GasOn podem ser transferidos para os veículos de produção.
