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Visando reduzir o consumo de combustível e as emissões de poluentes sem sacrificar o torque e a flexibilidade dos motores, a comunidade científica vem adotando diversas tecnologias e estratégias. A redução do deslocamento volumétrico, downsizing, associada à sobrealimentação tem sido extensamente utilizados para reduzir o consumo específico de combustível e os níveis de emissões de poluentes, especialmente CO2. Contudo é importante observar que o deslocamento volumétrico dos motores pode ser reduzido somente até um limite, sendo este estabelecido pela perda de eficiência da combustão oriunda das elevadas pressões de sobrealimentação que causam severa detonação. No presente trabalho, a implementação de um sistema de ignição por lança chamas dotado de injeção direta de combustível na pré-câmara proporcionou uma redução percentual média de 6,55% no consumo específico de combustível, de 71,58% nas emissões específicas de CO, de 49,51% nas emissões específicas de NOx, de 8,21% nas emissões específicas de CO2 e um aumento médio percentual de 7,10% na eficiência térmica do protótipo em relação ao motor original. Estes resultados comprovam que o sistema de ignição por lança chamas representa uma nova via de aperfeiçoamento dos motores de combustão interna, podendo proporcionar ganhos adicionais de consumo de combustível e emissões de poluentes aos já alcançados com a redução do deslocamento volumétrico, downsizing, associado à sobrealimentação.

É fundamental destacar que os resultados obtidos com o motor de carga estratificada e sistema de ignição por lança chamas, apesar de serem bastante significativos, estão longe do seu potencial máximo. Conforme os resultados apresentados no Capítulo 4, o sistema de ignição por lança chamas reduz em ate 41% o tempo do processo de combustão diminuindo assim o tempo disponível para o surgimento das pré-reações causadoras da detonação e,

consequentemente, tornando o funcionamento do motor menos dependente da razão volumétrica compressão. Por essa razão, pode-se afirmar que ganhos adicionais de eficiência térmica serão obtidos com o emprego de maiores razões volumétricas de compressão e do uso da sobrealimentação. Também é importante destacar a possibilidade da utilização dos dados coletados nesse trabalho para o desenvolvimento de modelos numéricos que poderão ser usados para melhoria da geometria da pré-câmara e dos orifícios de interconexão, que certamente resultarão em ganhos adicionais de consumo específico de combustível e emissões específicas de poluentes. O sistema de ignição por lança chamas gera dentro da câmara de combustão várias frentes de chama, provenientes de uma pré-câmara, dotada de uma elevada energia térmica e cinética (turbulência), possuindo por estas razões a capacidade de promover a combustão de misturas com fator lambda de 1,30 e covariância do IMEP menor que 3,5%. A capacidade deste protótipo em operar com misturas pobres e baixa variabilidade cíclica proporciona a possibilidade da realização de recirculação de gases de escapamento, EGR, tecnologia que reduz a temperatura média da combustão e por isso pode proporcionar ganhos adicionais nas emissões específicas de NOx.

No capítulo 1 foi realizada uma análise do impacto econômico para a população brasileira provocada pela adoção da tecnologia flexível. Com base nos dados publicados nas tabelas de eficiência energética do IMETRO, do número de veículos leves da frota nacional e do percentual de veículos dessa frota dotados de tecnologia flexível e do consumo e preço de E25 e E94 no Brasil em 2013, estimou-se uma despesa adicional para a população brasileira de 4,22 bilhões de reais. Esta despesa adicional decorre de um aumento de aproximadamente 6% no consumo de combustível decorrente do emprego da tecnologia flexível. Desta forma, pode-se afirmar que o desenvolvimento do sistema de ignição por lança chamas dotado de injeção direta de combustível na pré-câmara tem o potencial técnico para reduzir a zero essa despesa adicional de 4,22 bilhões de reais por ano.

O elevado potencial de ignição por lança chamas associado à existência de duas linhas de alimentação de combustível, cria a possibilidade do emprego de um combustível de baixa octanagem, baixo poder calorífico, difícil ignição via centelha elétrica e baixo custo na câmara principal e de um combustível convencional, tal como o E25, o E94 ou o GNV na pré- câmara. Assim além da redução de consumo específico de combustível proporcionada pela utilização do sistema de ignição por lança chamas, pode-se também obter a partir da utilização desse sistema uma redução do custo do kWh por quilômetro rodado.

Conclui-se, portanto que o sistema de ignição por lança chamas dotado de injeção direta de combustível na pré-câmara pode ser um viável caminho tecnológico para compensar o aumento de consumo de combustível decorrente do emprego da tecnologia flexível, para a obtenção de um motor multicombustível de elevada eficiência térmica e sobretudo uma promissora via para proporcionar ganhos adicionais de consumo específico de combustível e emissões específicas de poluentes nos motores sobrealimentados de cilindrada reduzida. Entre os principias resultados de desempenho do protótipo destaca-se:

• Combustão:

A elevada energia cinética dos jatos de fogo provenientes da pré-câmara proporcionou um aumento dos níveis de turbulência na câmara principal. Decorrente deste fato observou-se que a segunda metade do processo de combustão no protótipo, medida pelo parâmetro MBF 90- 50, sofreu uma menor desaceleração quando comparado com o motor original. Uma vez que os níveis de turbulência no motor original crescem com o aumento da rotação e da carga, os ganhos de consumo específico e eficiência térmica do protótipo relativos ao motor original diminuíram à medida que a rotação e carga do motor aumentaram.

A estratificação da mistura decorrente da injeção direta de combustível na pré-câmara associada à elevada energia de ignição proporcionada pelo sistema de ignição por lança chamas conferiram ao protótipo a capacidade de operar com mistura pobre e baixa variabilidade cíclica.

• Consumo Específico e Eficiência Térmica:

Operando com fator lambda de 1,30, o protótipo apresentou uma redução percentual média de 6,55% no consumo específico de combustível em comparação com o motor original operando com mistura estequiométrica. Tal fato decorreu da baixa variabilidade cíclica do protótipo quando operando com mistura pobre resultante da elevada energia cinética e térmica dos jatos de fogo oriundos da pré-câmara.

Enquanto o motor original atingiu uma eficiência térmica máxima de 35,10%, o protótipo alcançou 38,16%, conseguindo um ganho percentual médio de 7,1%. A elevação da eficiência térmica foi justificada em parte pelo aumento do coeficiente politrópico decorrente do emprego de misturas pobres.

• Emissões:

CO: O protótipo operando com fator lambda de 1,30 apresentou uma redução média percentual de 71,58% nas emissões de CO em relação ao motor original operando com mistura estequiométrica. Foi observada uma significativa redução das emissões específicas de CO do protótipo em relação ao motor original à medida que o fator lambda se torna maior que 1,10, permanecendo praticamente constante para empobrecimentos adicionais da mistura ar combustível. A redução de emissão específica de CO deveu-se ao excesso de oxigênio que promoveu a oxidação deste em CO2.

CO2: Operando com fator lambda de 1,30, o protótipo apresentou uma redução média percentual de 8,21% nas emissões de CO2 em relação ao motor original operando com mistura estequiométrica. Uma vez que a combustão completa de um hidrocarboneto produz CO2 e H2O, esta redução decorre da redução de consumo específico de combustível.

NOx: Observou-se que as temperaturas médias máximas de combustão do protótipo operando com lambda 1,30 para 28, 38 e 47% do torque máximo são menores dos que as temperaturas do motor original para os mesmos percentuais de torque. Esta diminuição resultou em uma redução percentual média de 49,51% nas emissões de NOx do protótipo em relação ao motor original.

THC: Ocorreu um aumento percentual médio de 32,9% nas emissões de hidrocarbonetos não queimados. Uma vez que foi verificada uma redução da emissão específica de monóxido de carbono, indicando a ocorrência de uma combustão mais completa do combustível, acredita- se que este aumento é resultado da formação de um filme fluido de combustível na pré- câmara. Desta forma, acredita-se que o emprego de um combustível gasoso na mesma possa representar a solução deste problema.