Recorde de eficiência para um motor a gasolina

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No final de maio, realizou-se em Bruxelas a última reunião do projeto “Horizonte 2020” “GasOn” com a Comissão da UE. O objetivo deste projeto da UE foi o desenvolvimento de motores a gás para automóveis e vans. Cerca de 20 parceiros participaram, incluindo a ETH Zurich e Empa, bem como quatro fabricantes europeus de automóveis e fornecedores conhecidos. Veículos movidos a gás geralmente emitem menos poluentes do que carros a gasolina ou a diesel. Eles provavelmente ganharão importância no futuro devido à sua possibilidade de serem alimentados por energia renovável.

Courtesy EMPA by | CHRISTIAN BACH : Além dos motores elétricos e hidrogênio, os motores a gás também desempenham um papel importante no Centro de Competência Suíço para Pesquisa de Energia no Campo da Mobilidade (“Mobilidade SCCER”) liderado pela ETH Zurich. Isso ocorre porque os veículos movidos por biogás pré-processado ou metano sintético (“e-gas”) têm emissões de CO2 muito baixas. O metano sintético é produzido a partir do excesso de eletricidade renovável e CO2. O biogás pré-processado e o metano sintético podem ser misturados à vontade e, com até 130 octanas, têm uma resistência à batida significativamente maior do que a gasolina, tornando-os combustíveis ideais para motores de combustão interna. Para cargas pesadas, como na auto-estrada, os veículos movidos a gás já atingem maiores eficiências do que os motores a gasolina.

No entanto, a eficiência ainda pode ser significativamente aumentada – devido à alta resistência à batida do metano – porque os motores a gás atuais nos carros de passageiros são tipicamente motores a gasolina ligeiramente adaptados, ou seja, conceitos que ainda não foram otimizados para operação com metano. Para identificar este potencial inexplorado, o projeto da UE “GasOn” foi lançado em 2015. Os pesquisadores da ETH Zurich e da Empa também participaram deste projeto como parte de um pacote de trabalho liderado pela Volkswagen Group Research.

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 uma pré-câmara calibrada por fluxo e tamanho de um dedal. No laboratório ETH para aerotermia e sistemas de 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 usando simulações computacionais. Esses resultados permitiram que a Volkswagen Group Research otimizasse o projeto da pré-câmara e da principal câmara de combustão. Os cientistas da Empa montaram um motor de acordo e investigaram o processo de combustão. Um sistema de controle do motor desenvolvido pelo Instituto de Sistemas Dinâmicos e Tecnologia de Controle da ETH Zurich foi usado, o que coordena o sistema geral complexo e permite a adaptação às novas descobertas ao mesmo tempo.

Resultado: eficiência recorde para motores de automóveis de passageiros

Em comparação com o estado da técnica, o consumo do novo motor a gás com processo de combustão pré-camara foi reduzido em 20% (convertido em consumo padrão WLTP para um carro de passageiros de tamanho médio). O pico de eficiência na melhor configuração do motor foi superior a 45%, com eficiências de mais de 40% alcançadas em uma ampla faixa operacional. Esses valores são atualmente atingidos apenas por motores significativamente maiores, como os usados ​​em veículos comerciais, estacionários ou marítimos. 45% é um novo recorde para motores de automóveis de passageiros. A título de comparação, os motores a gasolina normalmente têm eficiências de 35 a 40%. O projeto GasOn ainda não lidou com o tratamento dos gases de escape de tal motor; ainda há necessidade de mais pesquisas, devido ao processo de combustão enxuta.

No geral, foi demonstrado que os motores a gás têm o potencial de atingir eficiências semelhantes aos dos motores diesel (significativamente maiores). Além disso, eles podem ser operados facilmente com qualquer mistura de metano biogênico ou sintético renovável e, assim, atingir emissões de CO2 muito baixas. Os fabricantes de veículos envolvidos estão agora prestes a descobrir como os resultados do projeto GasOn podem ser transferidos para produção de veículos.