Efeitos da adição de etanol hidratado no combustível e do sistema de formação da mistura no desempenho e nas emissões de um motor bicombustível brasileiro

Abstract

Neste trabalho investigaram-se os efeitos da adição de álcool etílico hidratado combustível na gasolina automotiva Tipo C e do sistema de formação da mistura sobre o desempenho de um motor de combustão interna alternativo bicombustível e Ciclo Otto. O desempenho foi avaliado em termos de torque líquido efetivo, consumo de combustível e emissões de escapamento em regimes permanentes de velocidade e idênticos parâmetros operacionais. A inédita combinação de combustíveis utilizada nos motores bicombustíveis brasileiros motivou a realização deste trabalho, o qual objetivou descrever as vantagens e desvantagens técnicas desta ação sobre o desempenho. O motor utilizado nesta avaliação apresenta configuração de quatro cilindros em linha com cilindrada de 1596 centímetros cúbicos, sistema de fluxo cruzado com 16 válvulas no cabeçote e relação de compressão de 9,5:1. A este motor adaptou-se uma unidade eletrônica de controle programável Electromotive TEC-II, responsável pelo gerenciamento da ignição e da injeção de combustível. Dois grupos de atomizadores de combustível foram utilizados com diferentes geometrias de injeção, e ainda, cinco formulações de gasolina automotiva Tipo C e álcool etílico hidratado combustível. O sistema foi montado em uma bancada dinamométrica e instrumentado de forma a permitir as verificações do torque líquido efetivo, do consumo de combustível e das emissões de escapamento, além das rotações e temperaturas dos fluídos e escoamentos. Os testes foram realizados a plena carga com velocidades de rotação de 2500 min-1, relações de mistura de 0,8 a 1,0 e avanços de ignição de 10°APMS a 40°APMS. Os resultados mostraram que os melhores desempenhos em termos de torque líquido efetivo ocorreram para relações de mistura em torno de 0,9, avanços de ignição em torno de 20ºAPMS e foram praticamente indiferentes à formulação do combustível utilizado nesta condição. O mesmo foi verificado em termos das emissões de escapamento, que se mostraram muito mais sensíveis à mudança dos parâmetros operacionais do motor do que à formulação utilizada. Por outro lado, o consumo de combustível se mostrou muito desfavorável para as operações com álcool etílico hidratado combustível, tendo sido verificados aumentos médios de consumo entre 40% a 50% em relação às operações com gasolina automotiva Tipo C nas condições investigadas. Os efeitos do sistema de formação da mistura, cuja eficiência foi avaliada pela maior ou menor formação de filme de combustível na parede do coletor de admissão, também apresentaram pouca influência sobre o desempenho para qualquer formulação ou condição investigada, tendo sido a temperatura dos gases de escape o melhor parâmetro para verificar a sua influência.

This study investigated the effects of hydrous ethanol addition to Type C automotive gasoline as well as those of mixture formation systems on the performance of a dual fuel internal combustion engine. The performance was evaluated in terms of torque, fuel consumption, and pollutant emissions in steady regimens of velocity and in the same operation conditions. The uncommon formulation of fuels used in Brazilian dual fuel engines motivated this study, which aimed at describing the technical advantages and disadvantages of this action in relation to performance. The engine used in this evaluation had four in-line cylinders, displacement of 1506 cm3, overhead valves, cross-scavenged porting, and 9.5:1 compression rate. An Electromotive TEC-II programmable electronic control unit was adapted to this engine to manage both ignition and fuel injection. Two groups of injection valves were used with different injection geometries and five formulations of Type C automotive gasoline and hydrous ethanol. The system was assembled in an electric dynamometer test bed, and various devices were used to check torque, fuel consumption, pollutant emissions, velocity, fluid and flow temperatures. The trials were carried out in WOT regimen and steady velocity of 2500 min-1, relative air/fuel ratio of 0.8 to 1.0, and spark timing of 10o BTDC to 40o BTDC. Results showed that the maximum performances in terms of torque were reached with 0.9 relative air/fuel ratio and 20o BTDC, and were almost indifferent to the fuel formulation used in this condition. The same behavior was noticed in relation to pollutant emissions, which were much more sensitive to changes in the engine operational parameters. On the other hand, fuel consumption was quite unfavorable in operations with hydrous ethanol, and there were average consumption increases between 40 percent and 50 percent in relation to automotive gasoline operations. The effects of the mixture formation system, whose efficiency was assessed from wall wetting trend, also had little influence on the performance in any of the formulations or conditions investigated. The most efficient parameter to assess the influence of this effect was tailpipe gas temperature.