Informativo Ciclo 2001
MOTOR DE MISTURA POBRE, HOMOGÊNEA E
IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO
O motor HCCI (Homogeneous Charge Compression-Ignition) é
uma combinação dos atuais motores a gasolina e diesel. Nele, a
mistura de ar e combustível se realiza fora da câmara de combutão,
como nos motores a gasolina de injeção indireta. Porém não se
acende por uma centelha, e sim se autoinflama por compressão,
como nos motores de ciclo diesel. Seu rendimento em cargas parciais
é muito maior que de um motor a gasolina, e sua emissão de NOx
e partículas de fuligem, é muito menor do que o diesel.
Atualmente várias universidades, centros de investigação e
fabricantes de automóveis investigam este tipo de combustão;
inclusive já existe um motor de dois tempos no mercado japones.
As numerosas investigações em marcha indicam que o motor HCCI
tem um futuro claro como passo seguinte na evolução dos motores
de combustão interna alternativos. O principal estudo para viabilizar
o projeto é controlar com precisão o momento da ignição.
Atualmente os motores HCCI adotam multiplas configurações a
futuras evoluções. Entretanto, a configuração que parece mais
interessante para um automóvel é um motor de quatro tempos, a
gasolina que em cargas parciais funcione com combustão HCCI e
a plena carga funcione com centelha provocada por vela de ignição
e mistura estequiométrica. Com isso se evita a detonação e se
consegue uma maior potência. Uma gestão eletrônica adequada
pode permitir a passagem de um tipo de combustão a outra no
momento apropriado. Também a configuração de motor híbrido
HCCI-elétrico pode ser interessante para veículos urbanos.
A aplicação em massa do HCCI, poderia obrigar a modificações
significativas nas características dos combustíveis atuais. Em
qualquer caso, as possibilidades de evolução do motor HCCI são
maiores que as de muitos tipos de motores atuais. Por exemplo, os
motores a gasolina de dois tempos e de cilindrada superior a 100
cm³ (apropriados para a maioria das motocicletas) não poderão
cumprir com as especificações antipoluíção de muitos países.
Fábio Ribeiro von Glehn
Ano III
Jun/01
Nº 68
DICA
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O princípio de funcionamento:
Nestes motores a mistura de ar e combustível se realiza fora da
câmara de combustão, com baixa pressão e de forma homogênea.
Quer dizer, a mistura se faz no mesmo lugar que em um motor a
gasolina de injeção indireta e mistura estequiométrica. Por outro
lado, a mistura que aspira o motor HCCI é muito pobre em
combustível.
Posteriormente, esta mistura entra na câmara e é comprimida até
que se autoinflama em combustão espontânea, quando o pistão
está próximo ao ponto morto superior (como nos motores diesel).
Porém nos motores HCCI a ignição não ocorre em um ponto
localizado, como no diesel, mas sim ocorre simultaneamente em
toda a câmara de combustão. Portanto, não há uma propagação
por frente de chama, nem estratificação da mistura.
Como em um diesel, não há uma válvula borboleta para variar a
carga; o fluxo de ar sempre será o máximo. A carga se controla
variando a quantidade de combustível.
É preciso usar uma taxa de compressão elevada para estabilizar
uma mistura muito pobre, em torno do limite de inflamabilidade
(λ=1,2). Os diversos motores experimentais tem trabalhado com
taxas de compressão que variam entre 20:1 até 30:1.
Em cargas parciais e baixa, a autoignição da mistura não costuma
provocar detonações destrutivas. A mistura (pobre e homogenea)
mantém a temperatura máxima dos gases queimados relativamente
baixa e uniforme em toda a câmara. Todavia, a plena carga a
temperatura é maior e a mistura mais rica; podem aparecer
combustões detonantes.
Segundo os experimentos realizados, os combustíveis mais
apropriados para este tipo de combustão são: gasolina, gás natural,
biogás e etanol. Porém também se utilizam outros. Um mesmo
motor poderia usar mais de um destes combustíveis.
Ciclo Engenharia
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Quadro comparativo entre diversos tipos de motores e o
motor HCCI:
Lugar de formação da mistura:
1 - Motor gasolina e injeção indireta
2 - Motor gasolina e injeção direta
3 - Motor diesel
4 - Motor HCCI
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tubo de admissão
câmara de combustão
câmara de combustão ou
na précâmara
tubo de admissão
Distribuição da mistura no cilindro:
1 - Motor gasolina e injeção indireta
2 - Motor gasolina e injeção direta
3 - Motor diesel
4 - Motor HCCI
homogênea
heterogênea estratificada
heterogênea estratificada
homogênea
Proporção da mistura:
1 - Motor gasolina e injeção indireta
2 - Motor gasolina e injeção direta
3 - Motor diesel
4 - Motor HCCI
estequiométrica (λ=1)
pobre ou muito pobre
muito pobre
muito pobre (λ=1,2)
Regulação da carga:
1 - Motor gasolina e injeção indireta
2 - Motor gasolina e injeção direta
3 - Motor diesel
4 - Motor HCCI
borboleta aceleradora
quant. de combustível
quant. de combustível
quant. de combustível
Tipo de ignição:
1 - Motor gasolina e injeção indireta
2 - Motor gasolina e injeção direta
3 - Motor diesel
4 - Motor HCCI
centelha
centelha
autoinflamação
autoinflamação
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Pressão de injeção:
1 - Motor gasolina e injeção indireta
2 - Motor gasolina e injeção direta
3 - Motor diesel
4 - Motor HCCI
baixa
alta
muito alta
baixa
Taxa de compressão aproximada:
1 - Motor gasolina e injeção indireta
2 - Motor gasolina e injeção direta
3 - Motor diesel
4 - Motor HCCI
entre 8 e 12/1
entre 10 e 13/1
entre 17 e 23/1
entre 20 e 30/1
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