Pesado otimizado

Aug 01, 2023

Uma equipe da Empa - Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais e da FPT Motorenforschung relata em um artigo de acesso aberto na revista Fuel sobre as características de desempenho e emissão de um motor de ignição por compressão para serviço pesado de 11 litros que foi otimizado especificamente para DME (éter dimetílico) combustão. O motor DME foi baseado em um motor de produção em série FPT Cursor 11.

Eficiência térmica do freio do motor DME. O mapa BTE se parece com o esperado para um motor de ignição por compressão: melhores níveis de eficiência em velocidade de cruzeiro e carga média a alta e uma redução na eficiência em condições de carga mais baixa. Acima de cerca de 6–7 bar bmep, a eficiência do motor está acima de 40% e a eficiência máxima está ligeiramente acima de 45%. No entanto, o motor de teste não possuía o pacote de redução de atrito mais recente. Com o design mais recente, pode-se esperar um aumento do nível de eficiência de cerca de 1–2 pontos percentuais. Soltic et al.

As modificações incluíram uma bomba common rail de alta pressão adaptada ao DME, injetores adaptados, bem como um sistema de fornecimento de combustível de baixa pressão capaz de fornecer DME a 10 bar e retornar o refluxo dos injetores - bem como da bomba common rail - de acordo. A bomba common rail foi lubrificada externamente com óleo de motor para poder lidar com a baixa lubricidade do combustível.

O motor também foi equipado com uma bomba volumétrica acionada eletricamente no caminho de recirculação dos gases de escape (EGR), que dá a liberdade de definir qualquer taxa EGR desejada, independentemente das taxas de pressão no turbocompressor.

Sistema EGR composto por um refrigerador EGR, uma bomba EGR acionada eletricamente e respetiva tubagem. Soltic et al.

Os pesquisadores também otimizaram a geometria da câmara de combustão e a taxa de compressão (de 16,5 para 20,5) para DME.

Os resultados experimentais mostraram que a operação do DME mantém o desempenho do motor diesel básico (potência de pico de 338 kW), ao mesmo tempo que reduz significativamente as emissões do motor desligado.

Configuração do motor, montado na bancada de testes. Soltic et al.

A compensação NOx-fuligem, típica das aplicações Diesel, basicamente não existe mais, de modo que um nível desejado de NOx pode basicamente ser definido sem as restrições da combustão de fuligem. Além disso, a combustão é muito completa e podem ser detectados níveis muito baixos de emissões poluentes reguladas e não regulamentadas (por exemplo, monóxido de carbono, DME, metano, benzeno, tolueno, acetaldeído, formaldeído, ácido fórmico).

A operação transitória não apresenta problemas e emissões muito baixas podem ser alcançadas usando o mesmo sistema de tratamento de gases de escape do diesel. Os níveis totais de emissões de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e partículas da actual Euro VI e possivelmente até da legislação rodoviária proposta Euro VII poderiam ser cumpridos sem qualquer purificação dos gases de escape.

Esquema da configuração experimental (não mostrado: medição de amônia pós-ATS). Soltic et al.

Em termos de emissões de CO2 pelo tubo de escape, é possível uma redução de cerca de 11% em comparação com um motor diesel.

A densidade energética justa do DME, em combinação com os numerosos caminhos para a produção sustentável, a elevada eficiência de conversão semelhante à do diesel, juntamente com a possibilidade de cumprir regulamentos de emissões extremamente rigorosos com um esforço técnico comparativamente baixo para a purificação dos gases de escape, tornam o DME um combustível muito atraente para uma série de aplicações no futuro.

Os autores recomendam, portanto, que o DME seja considerado seriamente como um futuro combustível sustentável para o setor pesado on-road e off-road. O DME tem o potencial técnico, económico e ecológico para complementar idealmente outros combustíveis sustentáveis, como o hidrogénio, o metanol, o metano ou o amoníaco.

Durante os experimentos descritos neste artigo, nenhum problema foi encontrado na bomba DME lubrificada externamente. No entanto, uma avaliação completa da durabilidade de tal bomba durante a vida útil desejada deve ser feita antes que esta tecnologia possa ser industrializada.

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