Este sistema foi concebido e patenteado em 1918 por Sir. Harry R. Ricardo e atualmente pode ser designado através de outras denominações como torch-ignition e flame-jet
5 ignition. A Figura 1.2 apresenta o sistema desenvolvido e patenteado por Sir. Harry R. Ricardo.
Figura 1.2 - Sistema de Ignição Por Lança Chamas desenvolvido por Ricardo em 1918. TURKISH (1975)
O seu princípio de funcionamento é apresentado na Figura 1.2 e é baseado em uma ignição inicial, com uma pequena quantidade de mistura localizada em uma câmara de combustão de menor volume, se comparada a câmara principal, denominada pré-câmara de ignição. Esta pré-câmara é interligada à câmara principal através do orifício de ligação, que é responsável pelo fornecimento da energia na forma de jatos de gases de combustão à câmara principal. Estes jatos possuem alta energia e iniciam a combustão na câmara principal, possibilitando um aumento de eficiência na combustão e consequentemente a utilização de misturas mais pobres na câmara principal. Desta forma devido a menor massa de combustível com uma combustão mais eficiente, este sistema de ignição pode permitir a redução no consumo do combustível e consequentemente uma menor emissão de poluentes.
6 Os sistemas de ignição por lança chamas inicialmente propostos possuíam os controles de formação da mistura e controles do avanço de ignição totalmente mecânicos, além de válvula de admissão na pré-câmara, cames de acionamento da válvula de admissão da pré-câmara, carburador auxiliar para a alimentação de combustível na pré-câmara, que dificultavam a utilização e manutenção do sistema de ignição por lança chamas. Atualmente, o controle eletrônico da formação de mistura e avanço de ignição, pode ser aplicado em um sistema de ignição por lança chamas, possibilitando um enorme ganho em relação à emissão de poluentes, redução do consumo de combustível e aumento de eficiência.
Segundo SÁ (2001), o sistema de ignição por lança chamas possui um elevado potencial para a redução da formação de poluentes gasosos. Este sistema possibilita a rápida ignição de diversos tipos de combustíveis e várias razões de mistura, sendo que quando utilizado com misturas pobres possibilita a redução da emissão de hidrocarbonetos e monóxido de carbono, além da redução do consumo de combustível. O uso de misturas pobres pode possibilitar no sistema de ignição por lança chamas a diminuição na formação dos óxidos de nitrogênio em função da diminuição na temperatura da câmara de combustão.
O sistema de ignição por lança chamas pode possibilitar o início da combustão em vários pontos na câmara principal, ocasionando o aumento da velocidade de combustão, reduzindo desta forma a possibilidade da existência da detonação. Esta redução da existência da detonação possibilita o aumento da razão volumétrica de compressão, fazendo com que o torque perdido com a utilização de misturas pobres possa ser compensado, abrindo também uma nova possibilidade de uso de combustíveis de baixa octanagem. MOREIRA (2009)
Segundo GOMES (2004) o sistema de ignição por lança chamas possui dois tipos de configurações básicas, o de carga homogênea e carga estratificada.
Carga Estratificada: Esta configuração de ignição por lança chamas possui a vela de ignição e um sistema de alimentação de combustível adicional na pré-câmara. Este sistema de alimentação adicional possibilita a formação de uma mistura mais rica na pré- câmara em relação à câmara principal, promovendo a estratificação da carga. Sistemas de ignição por lança chamas com carga estratificada encontram-se em desenvolvimento como o desenvolvido por RODRIGUES FILHO (2014) no Centro de Tecnologia da Mobilidade (CTM) situado na Universidade Federal de Minas Gerais. A Figura 1.3
7 apresenta uma vista em corte do cabeçote do protótipo do sistema de ignição por lança chamas com carga estratificada em sua configuração final proposta por RODRIGUES FILHO (2014).
Figura 1.3 – Vista em corte do Cabeçote do protótipo em sua configuração final. RODRIGUES FILHO (2014).
Através da Figura 1.3 é possível visualizar a pré-câmara montada no cabeçote adaptado com a vela de ignição e eletroinjetor de injeção direta.
Carga Homogênea: A pré-câmara de combustão utiliza a mistura fresca que alimenta a câmara de combustão principal, desta forma tem-se a mesma razão ar/combustível na pré- câmara e na câmara principal. Esta configuração apresenta maior simplicidade mecânica em sua construção, possibilita operar com misturas mais pobres que o motor convencional e possui uma maior velocidade de combustão, porém uma maior tendência ao superaquecimento e retenção de gases remanescentes da combustão anterior na pré- câmara. A Figura 1.4 apresenta o sistema de ignição por lança chamas com carga homogênea em sua configuração final montada no cabeçote adaptado, com detalhes do sistema de arrefecimento proposta por MOREIRA (2014). Fatores como geometria interna da pré-câmara, diâmetro do furo do dispositivo de interconexão, volume interno da pré-câmara, posição da vela de ignição, são de fundamental importância para o bom funcionamento do sistema de ignição por lança chamas com carga homogênea. Este tipo
8 de sistema, mesmo de configuração mais simples, permite reduzir o tempo de combustão na câmara principal, através do fornecimento de jatos de chama com alta energia oriunda da pré-câmara. Desta forma, a ignição de misturas pobres torna-se possível, reduzindo as emissões de monóxido de carbono e a temperatura da câmara principal, levando a uma diminuição nas emissões de NOX.
Figura 1.4 – Sistema de ignição por lança chamas com carga homogênea proposta por MOREIRA(2014).
O sistema de ignição por lança chamas mesmo sem a estratificação da carga torna-se uma interessante opção de desenvolvimento para a redução do consumo de combustível e emissões de poluentes, sendo o alvo do presente trabalho.
1.3 – OBJETIVOS