01 · O PROBLEMA
Misturas pobres rendem mais e formam menos NOx. Mas, por volta de λ = 1,50, a vela convencional já não as inflama de forma estável.
λ 1,50Limite da velaHeywood (2018); Zhu et al. (2022)
RESUMO
O trabalho em três frases.
02 · A IDEIA
Uma pequena câmara, com vela e injetor próprios, dispara jatos de gás quente que acendem a mistura em vários pontos ao mesmo tempo.
λ 2,12Limite na literaturaZhu et al. (2022)
03 · O QUE FIZEMOS
Projetamos uma pré-câmara ativa para a sede da vela de um Honda GX160, um motor de um só cilindro, como os de motobombas e máquinas agrícolas; convertemos o motor para gestão eletrônica e preparamos a bancada, a etanol.
67,70 mmA nossa peçaOs autores (2026)
CAPÍTULO 01 · O LIMITE POBRE
O limite da mistura pobre
Operar com excesso de ar eleva o rendimento térmico e reduz a formação de óxidos de nitrogênio, mas a combustão se torna instável à medida que a mistura empobrece (Alvarez et al., 2018; Heywood, 2018).
-
λ = 1,00 Mistura estequiométrica.
Com a quantidade de ar exata para queimar o combustível, o fator lambda vale 1. É a condição de referência do motor: a temperatura de chama é alta e as emissões de óxidos de nitrogênio ficam próximas do máximo.
Heywood (2018)
-
λ ≈ 1,25 Mais ar, mais rendimento.
O excesso de ar eleva a razão entre os calores específicos da carga, reduz as perdas de calor para as paredes e diminui as perdas por bombeamento em carga parcial. O rendimento térmico sobe e a formação de NOx cai.
Alvarez et al. (2018); Heywood (2018)
-
λ ≈ 1,50 O limite da vela convencional.
A chama se propaga mais devagar e a combustão passa a variar de um ciclo para outro. Quando o coeficiente de variação da pressão média efetiva indicada ultrapassa 5 %, surgem falhas de combustão e a operação deixa de ser estável.
A combustão passa a variar de um ciclo para outro; acima de 5 % de CoV da IMEP, surgem falhas.
Heywood (2018); Zhu et al. (2022)
-
λ → 1,70 Estender o limite.
É o papel da pré-câmara: deslocar o limite de operação estável para misturas mais pobres. Com pré-câmara ativa alimentada por gasolina vaporizada, o limite chegou a λ = 2,12 pelo critério de 5 %.
Zhu et al. (2022)
FIG. 01 · LIMITE DE OPERAÇÃO POBRE
Ver os valores em tabela
CAPÍTULO 02 · A PRÉ-CÂMARA
Uma câmara auxiliar para iniciar a combustão
A pré-câmara é um pequeno volume acoplado ao cabeçote e ligado à câmara principal por orifícios de passagem restrita. A vela é deslocada para dentro desse volume, e a centelha deixa de iniciar a combustão diretamente na câmara principal.
-
PASSO 1 Volume, orifícios, vela e injetor.
O volume interno, os orifícios de comunicação e o eletrodo da vela definem a arquitetura básica. Na configuração ativa soma-se um injetor dedicado. No arranjo em Y, usual em pré-câmaras ativas, a vela ocupa um ramo lateral e o injetor, o eixo do componente.
Zhu et al. (2022)
-
PASSO 2 Enchimento.
O avanço do pistão força parte da carga da câmara principal para dentro da pré-câmara pelos orifícios, pressurizando-a e gerando ali um campo turbulento intenso. Na versão ativa, o injetor auxiliar enriquece essa carga.
Hlaing et al. (2022); Zhu et al. (2022)
-
PASSO 3 Ignição no volume confinado.
A centelha inicia a combustão dentro da pré-câmara. O volume reduzido e a mistura levemente rica, isolada da câmara principal, favorecem uma ignição rápida e confiável.
Alvarez et al. (2018); Zhu et al. (2022)
-
PASSO 4 Jatos na câmara principal.
A combustão eleva a pressão da pré-câmara acima da pressão da câmara principal. A diferença expulsa gases quentes e reativos pelos orifícios, em jatos que penetram na carga e a inflamam em vários pontos ao mesmo tempo.
Gases quentes atravessam os orifícios e inflamam a carga em vários pontos ao mesmo tempo.
Hlaing et al. (2022); Zhu et al. (2022)
SÍNTESE
Com a injeção auxiliar, a centelha acontece sempre em mistura favorável, por mais pobre que esteja a carga principal. É isso que estende o limite pobre além do alcance da vela convencional.
CAPÍTULO 03 · PASSIVA OU ATIVA
Passiva ou ativa
A distinção está no modo de alimentação do volume auxiliar. Dela dependem a mistura no instante da centelha, a robustez dos jatos e a faixa de operação do sistema (Zhu et al., 2022).
PASSIVA
- ALIMENTAÇÃO
- Só a carga que a câmara principal força pelos orifícios.
- MISTURA
- A mesma da câmara principal.
- LIMITAÇÃO
- Empobrece junto com a carga principal.
ATIVA ESTE TRABALHO
- ALIMENTAÇÃO
- Um injetor próprio introduz combustível no volume auxiliar.
- MISTURA
- Próxima da estequiométrica, mesmo com a carga principal pobre.
- VANTAGEM
- Jatos mais energéticos, que estendem o limite pobre.
CAPÍTULO 04 · DA PISTA À RUA
Uma tecnologia de Fórmula 1
Equipes de Fórmula 1 utilizam a ignição por jato turbulento com pré-câmara desde 2015, quando a tecnologia ainda não era empregada comercialmente (Alvarez et al., 2018).
NAS PISTAS DESDE2015
- 2014–15
ORIGEM Criada para a competição.
A versão passiva do MAHLE Jet Ignition teve seu primeiro programa e sua primeira vitória no automobilismo.
Bunce (2022); Bassett et al. (2026)
- +2 p.p.
MOTORES DE SÉRIE Da pista à rua.
Velas com pré-câmara passiva elevaram o rendimento efetivo em até dois pontos percentuais.
Blankmeister et al. (2026); Korkmaz et al. (2026)
- 1,9 → 1,0 %
ALTO DESEMPENHO No hipercarro híbrido.
Num V12 híbrido de produção limitada, as pré-câmaras reduziram a variação entre ciclos de 1,9 % para 1,0 %.
Bassett et al. (2026)
Imagem ilustrativa do carro.
Modelo 3D a partir do CAD dos autores. Arraste para girar.
CAPÍTULO 05 · A PEÇA
Projetada para a sede da vela
Projetada pelos autores e modelada em CAD até a revisão V4 do desenho de fabricação: um corpo de revolução usinado em aço inoxidável AISI 304.
- CORPO
- 67,70 mm · AISI 304
- ROSCA
- M14 × 1,25
- TOMADA DA VELA
- M10 × 1,0 a 16°
- VOLUME
- 2,04 cm³
- CONJUNTO
- Injetor Marelli DI · vela NGK C6HSA
- POR QUE AISI 304
- Resistir à oxidação não basta: a peça opera quente e em ciclagem térmica, com a ponta exposta à câmara principal e sem arrefecimento dedicado. O AISI 304 mantém resistência em temperatura elevada, resiste aos gases queimados e conserva a geometria dos orifícios e das roscas.
CAPÍTULO 06 · A BANCADA
Do protótipo impresso ao motor instrumentado
Antes da fabricação em metal, validamos o projeto por prototipagem rápida. Usinamos o cabeçote para alojar a pré-câmara e o injetor, e convertemos o motor de carburador e magneto para gestão eletrônica de injeção e ignição, para dosar o combustível com precisão e comparar os ensaios nas mesmas condições. O combustível é o etanol, renovável e disponível no Brasil.
Imagens ilustrativas a partir de fotos dos autores. Abra uma fase para ver a foto original. Fonte: os autores, 2026.
CAPÍTULO 07 · O QUE VAMOS MEDIR
O que a campanha vai medir
Os ensaios comparam a ignição por vela e a pré-câmara ativa no mesmo motor, nas mesmas condições de rotação e carga. Os resultados serão incluídos ao fim da campanha experimental.
Limite de operação pobre
Maior λ com combustão estável em cada configuração, pelo critério de 5 % no CoV da IMEP (coeficiente de variação da pressão média efetiva indicada).
RESULTADO PENDENTE
Variabilidade cíclica
CoV da IMEP ao longo da varredura de λ, sobre algumas centenas de ciclos consecutivos.
RESULTADO PENDENTE
Rendimento térmico indicado
Trabalho indicado por ciclo dividido pela energia do combustível admitido nas duas câmaras.
RESULTADO PENDENTE
Fase e duração da combustão
Durações de 0 a 10 % e de 10 a 90 % da massa queimada e CA50 (ângulo de 50 % da massa queimada), a partir da taxa de liberação de calor.
RESULTADO PENDENTE
Autoria
ORIENTADOR Prof. Dr. Clayton Barcelos Zabeu in
Educação de Engenharia 2026
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Avaliar o siteTrabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Mecânica · Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia · São Caetano do Sul, 2026