Os motores endotérmicos são máquinas que têm por objetivo transformar a energia calorífica dos combustíveis em energia mecânica diretamente utilizável. Estudados em Máquinas Térmicas, são considerados de baixo rendimento térmico, pois transforma em energia mecânica apenas 21 a 30% da energia encontrada no combustível, para os motores a gasolina (ciclo Otto), e de 35 a 40% nos motores a diesel.

Tornou-se um grande desafio para a engenharia automobilística melhorar o rendimento térmico dos motores buscando obter cada vez mais potência em motores cada vez menores, e ainda menor consumo de combustível com menor emissão de poluente na atmosfera.

Nessa busca não são medidos esforços e nem criatividade, pois já há algum tempo é possível encontrar nos veículos das ruas, sistemas sofisticados que avançaram nesse sentido, tais como: comando de válvulas e coletores de admissão variáveis, sobre-alimentação, componentes para a redução de atrito entre as partes do motor e novos materiais.

Uma forma encontrada para buscar esse objetivo foi melhorar a eficiência volumétrica dos motores, levando a engenheiros e técnicos a desenvolverem estudos para superar as dificuldades na extração do torque e a potência. Além disso, há o compromisso de produzir veículos facilmente dirigíveis, sob quaisquer circunstâncias, ao mesmo tempo, em que se deve considerar o perfil de comando de válvulas, coletores de admissão e escapamento, faixa útil de rotação, etc.

As opções de utilização de coletores de admissão e comandos de válvulas variáveis são as soluções mais adotadas pelos fabricantes de veículos de porte médio e como conclusão dos estudos efetuados temos que:

- Os motores com coletores de admissão com dutos curtos e secção transversal grande, em baixa rotação, apresentam baixa velocidade do ar aspirado e conseqüentemente, baixo rendimento volumétrico, isto é, o motor aspira uma quantidade menor de ar durante a fase de admissão prejudicando o enchimento dos cilindros.

- Esse problema pode ser compensado antecipando-se o acionamento da válvula de admissão conseguindo-se um maior tempo de abertura com conseqüente aumento de ar admitido. Porém deve-se respeitar o “overlap” com a válvula de escape, isto é, só deve ser iniciada a admissão com a válvula de escape “totalmente” fechada, para não gerar falha na combustão.

- Aumentando-se o comprimento dos dutos e diminuindo sua a secção transversal, aumenta-se a velocidade do ar permitindo-se que uma maior massa seja aspirada pelos cilindros durante a fase de admissão em baixa rotação.

- Porém, o maior comprimento do duto de admissão passa a ser prejudicial em alta rotação, pois o duto longo oferece maior resistência ao deslocamento do ar e passa a prejudicar o desempenho do motor, reduzindo a eficiência volumétrica em altas rotações.

- Os coletores de dutos curtos de secção grande possuem velocidade do ar de admissão garantida em alta rotação, pela maior área de admissão e menor resistência à passagem do ar, otimizando o rendimento volumétrico, isto é, o motor admite mais ar e conseqüentemente obtém um aumento de torque e de potência.

- Alguns motores utilizam o coletor de admissão de comprimento variável, que trabalha com duas configurações diferentes conforme o regime de giros: em baixa, dutos longos e estreitos; em alta, dutos mais curtos e mais largos conseguindo assim conciliar, virtudes às vezes antagônicas, potência em alta rotação, torque em baixa, economia e baixas emissões.

- O coletor variável funciona integrado com a central de injeção e ignição e, quando disponível, o comando de válvulas variável. Compõe-se de um conjunto de dutos plásticos que operam nos regimes de cargas parciais, mantendo fechados os dutos curtos e de grande seção (para obtenção de potência) e abertos os dutos estreitos e longos (para obtenção de torque).

- Quando o motor ultrapassa a faixa de giros de torque máximo, a central eletrônica energiza uma válvula eletropneumática (com sinal de massa), que abre a passagem para a mistura percorrer os dutos curtos e de grande seção, obtendo assim maior potência. É importante que as válvulas de admissão se fechem mais tarde, através do uso de variador de fase, otimizando a eficiência volumétrica dos cilindros. O coletor de admissão confeccionado de plástico, de menor peso, oferece menor rugosidade nas paredes internas, o que melhora o fluxo dos gases. O coletor de escape, do tipo tubular, reduz o tempo de aquecimento do catalisador, diminuindo os índices de emissões.

Engenheiro Edson Carrete

O uso mais freqüente do GNV tem trazido a tona alguns mitos, entre os consumidores. A falta de informação é o principal motivo pelo qual, muitos usuários deixam de fazer a manutenção periódica e acham que não é necessário o uso do combustível líquido.

A utilização do combustível original do veículo é necessária, pois a sua falta poderá ressecar e danificar vários componentes. Outro item que deve ser observado é a troca de alguns componentes como, velas e cabos de velas e outros específicos para o uso do GNV.

Mas, alguns cuidados devem ser tomados pelos consumidores que estão se decidindo pelo uso do GNV, como por exemplo, exigir na hora da instalação, um kit adequado ao seu veículo, obedecendo o patamar tecnológico e conseqüentemente não trazendo prejuízos ao proprietário desse veículo.

Os veículos mais novos, com injeção eletrônica, principalmente os mais recentes, possuem o coletor de admissão fabricado em plástico, a atenção neste momento se volta para o efeito de retorno de chama que poderá ocorrer, se o gerenciamento eletrônico da mistura não for correto, ocasionando até a quebra desse coletor. Alguns curiosos insistem em reforçar o coletor de plástico ou mesmo trocá-lo, levados pelo desconhecimento técnico do assunto.

A seguir veja uma relação de mitos mais comuns que são comentados no mercado:

Os veículos que utilizam GNV, perdem potência?
Os motores alimentados com GNV apresentam potência menor, quando o mesmo motor é alimentado com gasolina ou álcool. Veja alguns fatores que provocam esta redução:
- O motor que foi projetado para receber o combustível liquido, tem a taxa de compressão baixa para o GNV.
- A curva de avanço de ignição é ideal para o combustível liquido.
- As relações estequiométricas distintas entre os combustíveis, favorecem o liquido, que é possível colocar mais energia para a mesma massa de ar admitida.

Todos os veículos que instalam o sistema de GNV reduzem a vida útil do motor do veículo?
Não. Teoricamente os motores que utilizam GNV devem ter as suas vidas úteis maiores, pois a carbonização do motor é muito menor ou até inexistente com o GNV, os esforços gerados na combustão do GNV são menores.

O sistema de GNV resseca toda a instalação original do veiculo quando não é utilizado o combustível original do veículo?
Sim. Encontramos muitos veículos que utilizam o GNV com seus componentes do circuito de gasolina ou álcool ressecados, inclusive as mangueiras, devido a sua inoperância ou falta de manutenção preventiva. Com a utilização freqüente do combustível líquido, os componentes originais são conservados por muito tempo.

É verdade que para os veículos que possuem coletor de plástico, temos que mandar fazer outro coletor de alumínio ou fazer um revestimento no coletor?
Não. O coletor de admissão é um componente muito importante no que tange ao desempenho e emissões de poluentes atingidas pelo motor, portanto não é recomendável modificar essa peça com a finalidade de evitar a sua ruptura com retorno de chama.

Se não seguir este procedimento o coletor pode explodir?
Sim. É possível ocorrer a quebra do coletor de plástico no retorno de chama.

Quais os danos causados com a explosão do coletor?
De imediato é o prejuízo financeiro na troca da peça e o não funcionamento do motor em ambos os combustíveis. Além disso, a paralisação do motor e conseqüentemente perda da eficiência dos freios e endurecimento da direção, dependendo da velocidade que o veículo se encontrar pode acarretar um acidente de grande monta.

Por que ocorre o retorno de chamas?
O retorno de chama é provocado por alguns fatores tais como, sistema de ignição deteriorado, mistura pobre, estratégia do sistema de controle do motor, entre outros.

As bombas de combustíveis podem queimar por causa do GNV?
Não. A bomba elétrica utilizadas nos sistemas de injeção eletrônica, NÃO queima por causa do GNV. O que provoca a sua queima é o casamento de alguns fatos, a permanência da bomba ligada quando o motor está utilizando o GNV e o baixo nível ou inexistência do mesmo no interior do tanque.

Colaboração: Engenheiro Edson Carrete

A perda de potência em veículos que utilizam GNV, em relação ao combustível original, é uma questão sempre discutida e mal compreendida. Os engenheiros Edson Carrete e Tadeu Melo, especialistas neste assunto, explicam como acontece essa perda e como pode ser evitada.

Alguns motivos são facilmente detectados e explicam a diferença de potência do motor alimentado originalmente com gasolina ou álcool para o motor alimentado com GNV alternadamente.

O primeiro deles é que o motor foi desenvolvido para a utilização do combustível liquido com taxa de compressão e curva de avanço adequados para as características do combustível.

A Taxa de Compressão, é a relação entre o volume máximo do cilindro do motor quando o pistão se encontra no ponto morto inferior (PMI) e o volume mínimo do cilindro do motor quando o pistão se encontra no ponto morto superior (PMS), para os motores mais novos a gasolina essa relação fica em torno de 10, podendo chegar a 12 e para os motores a álcool é normalmente em torno de 12×1, podendo atingir valores mais altos em veículos esportivos.

Nos motores desenvolvidos para o uso de GN exclusivamente, chamados de motores dedicados, a taxa de compressão fica em torno de 14×1, muito próximo aos motores a álcool, portanto nesses motores há uma melhoria da eficiência termodinâmica no GN e é maior quando comparado com o motor a gasolina. A Curva de Avanço de ignição é o nome dado ao fato do sistema de ignição provocar a faísca na vela de ignição alguns graus antes do pistão atingir o ponto morto superior. Esses graus variam em função da carga, rotação e temperatura do motor, entre outros fatores, buscando um compromisso entre desempenho, emissões e protegendo o motor do fenômeno da detonação. A curva de avanço está intimamente ligada à velocidade de queima da mistura ar/combustível e à geometria da câmara de combustão. Quanto mais veloz a queima, menos avanço é dado ao motor.

O variador de avanço utilizado nas instalações de GNV têm a função de provocar o disparo das faiscas das velas alguns graus antes que ocorreriam no combustível original, conseguindo com isso um tempo maior para a queima do GNV, ganhando torque e uma queima mais completa do gás.

Outros pontos importantes que estão envolvidos, na perda de potência, nos motores que utilizam GNV como combustível são: relação estequiométrica e poder calorífico do combustível, isto é, a quantidade de ar necessária para se realizar a combustão completa e a energia liberada durante a queima nesse momento.

A relação ar/combustível e o poder calorífico dos combustíveis são:

A quantidade de GN para formar a mistura estequiométrica com ar aspirado pelo motor é menor quando compara com o combustível líquido. Este fato, somado como a menor energia encontrada no GN, faz com que o motor acabe gerando menos potência.
A maior participação na perda de potência nos motores originalmente a gasolina ou álcool está na tecnologia do sistema de GNV, uma vez que as características do motor não vão ser alteradas para o uso do GNV, os componentes utilizados na instalação de GN devem ser muito bem estudados para provocarem a menor perda de potência, inclusive no combustível original.
A falta dos componentes eletrônicos tais como Variador de avanço e módulos controladores de mistura, contribui para a perda de potência, porém o Misturador, componente do sistema de GNV de 1ª, 2ª e 3ª gerações, que é introduzido na linha de admissão do ar do motor, têm fundamental importância, uma vez que pode interferir no desempenho do veículo também no combustível original.
O Misturador que deve ser específico para o Redutor de pressão do GN deve ser desenvolvido para cada motor considerando as suas características, como volume e curva de vazão, resultando em um Misturador com dimensões e geometria específicas por motor e Redutor de pressão.

Os sistemas de GNV de 4ª e 5ª gerações, que injetam o GN no coletor de admissão dos motores, não utilizam o Misturador para promover a mistura do gás com o ar, conseguindo assim menor perda de potência quando comparados com os sistemas aspirados, com Misturador, e ausência de interferência no combustível original.

Alguns números podem ser citados para demonstrar a participação dos fatos listados acima:

- De 4 a 7% da perda de potência devido ao motor não ser dedicado (taxa de compressão e curva de avanço).
- De 4 a 8% devido às características do combustível (poder calorífico).
- De 8 a 10% devido à falta de controle da mistura e o misturador.

Portanto temos para os motores a gasolina com sistemas de GN de 1ª à 3ª geração de 16 a 25% de perda de potência, isso quer dizer que um motor de 100 cv no combustível original pode chegar a ter 75 cv no gás.

Para os sistemas de GN de 4ª e 5ª geração a perda é na ordem de 8 a 15%, o mesmo motor de 100 cv poderá ter 92 cv no metano.

O Laboratório de Motores, Combustíveis e Lubrificantes (LAMOC), desde a sua criação, participou ativamente na viabilização e uso de combustíveis alternativos que substituíssem os convencionais utilizados pela frota de veículos nacionais. Dessa forma, a exemplo do ocorrido na década de 70, período em que o fechamento do Golfo Pérsico inviabilizou a comercialização internacional do petróleo, causando sérios transtornos aos países industrializados, nós, técnicos do LAMOC, direcionamos nossos desenvolvimentos técnicos norteados por uma política de governo que visava a diminuição da dependência energética, acrescentada a esta experiência, foram acrescidos direciona-mentos relativos a questões de segurança, meio ambiente e qualidade de vida. Sendo, assim, desde então procuramos estar sempre presentes, participando da adequação e uso do álcool etílico como combustível e, posteriormente, na realização de testes em bancadas dinamométricas, utilizando o Gás Natural Veicular - GNV, com intuito de alcançar os mesmos níveis de desempenho de motores de ciclos Otto e Diesel, obtendo, assim, curvas de desempenho próximas as verificadas nos mesmos motores quando usado o combustível original.

Após vários testes desenvolvidos, observou-se que a performance dos motores convertidos, do ciclo Otto, proporcionaram uma visão significativa aos requisitos de desempenho. Entretanto, constatou-se, que dependendo da taxa de compressão, ocorrem desempenhos diferenciados. Isto em função do gás natural permitir o funcionamento, sem detonação, a taxas de compressão próximas das praticadas nos motores Diesel (em torno de 17:1). Assim, quanto maior a taxa de compressão melhor a sua atuação.

Para citar que qualquer tipo de conversão seria viável, observou-se outro fator relevante pertinente a ignição, como por exemplo, a adequação da curva de avanço ao novo combustível.

Cada conversão deve considerar que cada tipo de motor deve estar associado a uma curva de avanço de ignição desenvolvida especialmente para o uso do gás natural - GNV. Fortalecemos, ainda, a idéia que cada modelo de motor deveria ter uma curva de avanço específica, considerando a quantidade de combustível administrada na situação de carga no momento.

Fundamentados no observado, o corpo técnico deste Laboratório visualizou que, para melhorar a performance de um motor, faz-se necessário investimento em grandes proporções em bancadas dinamométricas, para desenvolvimento de dispositivos de alimentação e ignição compatíveis com os motores convertidos.

Para atendimento a legislação vigente, no que se refere ao controle das emissões veiculares, deve-se considerar, também, os seguintes questionamentos:
Com ao aumento significativo da frota brasileira, os fabricantes de kit’s e os convertedores estão atentos aos cuidados de adequação e desenvolvimento?
Estão buscando através de resultados técnicos obtidos, proporcionalmente, a confiabilidade metrológica das vantagens de redução de poluentes?

A resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente - Conama nº 291 de 25 de outubro de 2001, exige a adequação dos kits de conversão, de forma gradual e anual, aos níveis de emissões veiculares estabelecidos no PROCONVE (Programa Nacional de Emissões Veiculares ).

Há instituto técnico governamental dotado de laboratório tecnicamente apto para comprovação de seu cumprimento?

O mercado internacional exige veículos não poluentes, e para atendimento ao pleito, deve-se avançar em pesquisa para que os veículos convertidos submetidos a ensaio laboratorial, não sejam reprovados, pois os veículos convertidos são avaliados em termos da segurança em função dos componentes do kit de conversão, quando da aquisição do Certificado de Segurança Veicular e meio ambiente (emissões), pois a sua instalação altera as características originais de fábrica, portando, tal avaliação deve basear-se nos critérios técnicos estabelecidos no Regulamento Técnico 037 do Inmetro (RT 37).

Finalizando, o Inmetro atua e participa dando suporte a regulamentações metrológicas e de segurança, segmentos estes, importantes para a economia de nossa sociedade, avaliando as conseqüências à saúde e ao meio ambiente.

Este artigo foi enviado pelo Laboratório de Motores, Combustíveis e Lubrificantes do Inmetro.

AMIGOS REPARADORES DE AUTOMÓVEIS:

Atenção para com o sensor magnético do virabrequim. Como ele trabalha captando sinais, no volante do motor, com sua parte magnética voltada para o interior da caixa sêca, acumula facilmente, resíduos (limalhas ocasionadas pelo atrito do pinhão do motor de arranque com o volante do motor) em seu redor causando falhas monstruosas não captadas por nenhum scanner!

Portanto, nas revisões preventivas, retire o sensor de rotação do virabrequim e com uma flanela umedecida limpe e recoloque-o forçando, levemente, para baixo.

A “Ford” que nos ajude.