AINDA SOBRE A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA — INJEÇÃO ELETRÔNICA DE COMBUSTÍVEL E MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA DO CICLO OTTO

SE A MÔNICA É DO TAMANHO DO CEBOLINHA E DO CASCÃO, POR QUE ELES A CHAMAM DE BAIXINHA?

Uma nova crise do petróleo levou à retomada do uso do etanol como combustível automotivo em 2003, mas então o carburador já era peça de museu e a injeção eletrônica propiciara o desenvolvimento de motores flexíveis (capazes de queimar tanto etanol quanto gasolina ou uma mistura de ambos em qualquer proporção).

O primeiro veículo nacional "descarburado"  foi o VW Gol GTI — uma série esportiva limitada e cara daquele que se tornou o carro nacional mais popular depois que o Fusca deixou de ser fabricado —, e o primeiro "flexível" foi o Gol Total Flex, que a Volkswagen apresentou em 2003, em comemoração a seus 50 anos de operação no Brasil. Houve também modelos "multicombustível", como o Astra Multifuel, lançado pela GM em 2005, e Siena Tetrafuel, lançado em 2006 pela Fiat. Ambos rodavam tanto com gasolina quanto com etanol e GNV, mas só o modelo da Fiat suportava gasolina sem adição de álcool, como a que é vendida na maioria dos países vizinhos. Por razões que agora não vêm ao caso, a produção desses modelos foi descontinuada, mas os veículos "flex" caíram no gosto do consumidor tupiniquim, e hoje representam 80% da frota nacional.

Anos luz de tecnologia separam os veículos a álcool dos anos 1980 dos flexíveis atuais. Dirigir as carroças de antanho era uma tortura. Além do consumo exagerado e da exigência de manutenção constante, fazer o motor "pegar" e aquecer nas manhãs de inverno era uma provação. Havia gente que deixava o carro ligado enquanto tomava banho, café, e se vestia para o trabalho. Já os flexíveis atuais são igualmente eficientes com qualquer um dos dois combustíveis, isoladamente ou misturados, e o motorista não sente a menor diferença, a não ser a potência, o torque e o consumo ligeiramente superiores quando abastece com etanol.

Essa tecnologia só se tornou possível quando a indústria finalmente aposentou o pré-histórico carburador, que dosava a mistura através de gargulantes (também chamados de “giclês), resultando numa taxa estequiométrica imutável, por volta de 14,6:1 nos modelos à gasolina e 8,4:1 nos modelos a álcool. Isso significa 14,6 e 8,4 mais ar, respectivamente, do que combustível, o que deixa claro quão mais "rica" precisa ser a mistura quando se utiliza o etanol. 

Observação: Por taxa estequiométrica, entenda-se a proporção entre a quantidade de ar e de combustível que chegam até a câmara de combustão, seja através do carburador, seja pelo sistema de injeção eletrônica.

Com a injeção eletrônica, sensores estrategicamente posicionados realizam diversas medições em tempo real e enviam os dados a um módulo, e este promove ajustes na mistura, no ponto de ignição, etc., de maneira a otimizar a queima da mistura. Daí a razão de podermos colocar no tanque dos “flexíveis” gasolina, álcool ou a mistura de ambos em qualquer proporção.

Os principais componentes de um motor atual são basicamente os mesmos usados no início do século passado: cilindros, cabeçote, cárter (espécie de “depósito” de óleo lubrificante), pistões (ou êmbolos), bielas, virabrequim (ou árvore de manivelas) e válvulas (e respectivo mecanismo de acionamento).

Os cilindros ficam no bloco, entre o cabeçote e o cárter. Sobre cada um deles, duas ou mais válvulas acionadas pelo “eixo-comando” abrem e fecham a comunicação entre a câmara de explosão e os dutos de admissão e escapamento. Abaixo dos cilindros, os mancais (apoios) suportam o virabrequim, que é ligado aos pistões por meio de bielas e acoplado a um “volante” metálico cuidadosamente balanceado. No interior de cada cilindro, um pistão realiza movimentos de vai-e-vem milhares de vezes por minuto (vertical nos motores “em linha”, em ângulo nos modelos “em V” e horizontal nos propulsores “boxer”, como os refrigerados a ar que a VW usava no Fusca, na Brasília e nos primeiros Gol, com quatro pistões são contrapostos e trabalhando horizontalmente).

Amanhã a gente continua.

AINDA SOBRE O COMANDO DE VÁLVULAS E O MOTOR DE 2 TEMPOS

É PERDA DE TEMPO TENTAR ACHAR SENTIDO EM COISAS QUE DECIDIDAMENTE NÃO FAZEM SENTIDO ALGUM.

Prosseguindo do ponto onde paramos no post anterior, até não muito tempo atrás os motores de 2 tempos eram largamente utilizados em motocicletas. Mas eles também equiparam veículos de passeio nos anos 1960, como os fabricados no Brasil pela alemã DKW (vide ilustração). 

A DKW foi uma das quatro fabricantes de veículos que deram origem à Auto Union, criada no início do século passado. Seus motores tricilíndricos de dois tempos, lubrificados mediante a adição de óleo ao combustível, eram barulhentos, fumacentos e altamente poluidores, mas tinham lá suas virtudes: com um ciclo completo a cada volta do eixo de manivelas, produzia-se (em tese) duas vezes mais potência, já que o motor de quatro tempos tem uma volta “morta” (quando são realizadas as fases de admissão e escapamento). Assim, diziam seus fabricantes, 3 cilindros equivaleriam a 6 de um motor de ciclo Otto, mas na verdade a potência gerada era até 50% maior que a de um motor de quatro tempos de igual deslocamento volumétrico (o que não deixa de ser um ganho considerável).

Outro ponto favorável do motor de dois tempos é a simplicidade: sem válvulas, eixo-comando, molas e balancins, o conjunto fica mais leve e pode trabalhar em regimes de rotação mais elevados. Por outro lado, dada a ausência de válvulas para fechar a câmara de combustão, parte do combustível admitido nos cilindros não é queimada, mas expelida pelo escapamento, o que prejudica o consumo e aumenta a emissão de poluentes. Isso sem mencionar que a lubrificação feita mediante a adição de óleo ao combustível agrava ainda mais o problema das emissões.

Depois que as primeiras leis de controles de emissões de poluentes foram criadas, os motores de dois-tempos começaram a ser abandonados — dada sua incapacidade de se adequar às exigências legais. Somente umas poucas motos de competição resistiram, adotando tecnologias que dosavam o lubrificante adicionado ao combustível. Para reduzir o consumo e as emissões, a Ford chegou a desenvolver um protótipo com injeção eletrônica direta e um sistema de lubrificação que permitia rodar até 20 mil quilômetros sem reabastecer o reservatório de óleo, mas esse sistema tinha manutenção complexa e não bastava para compatibilizar os propulsores com as próximas etapas dos programas ambientais legais. Mas a ideia continuou viva no imaginário dos engenheiros.

A fabricante austríaca KTM anunciou uma nova linha de motos com motores de dois tempos controlados eletronicamente. Batizado como Transfer Port Injection, o sistema usa válvulas eletrônicas para injetar combustível e óleo pela janela de transferência do motor (em vez de despejar a mistura diretamente na câmara de combustão). Na prática, ele funciona como os vetustos sistemas de injeção monoponto dos carros dos anos 1980 e 1990, embora seja capaz de variar continuamente o ponto de ignição e o tempo de injeção, além da posição da borboleta eletrônica, otimizando o gerenciamento do combustível e do lubrificante injetados nos cilindros.

Injetar o combustível pela janela de transferência proporciona uma melhor atomização, otimizando a queima da mistura. O controle do lubrificante também é semelhante ao da injeção de combustível: o óleo é armazenado em um reservatório separado e levado ao motor por uma bomba eletrônica, comandada pela centralina, que injeta o lubrificante de acordo com a leitura dos sensores internos em diferentes situações de posição da borboleta e velocidade do motor, reduzindo os níveis de emissões. 

De acordo com a KTM, a redução no consumo é de até 40% em rotações médias e baixas, embora não apresente melhoria com a borboleta totalmente aberta. Por outro lado, as respostas em baixas rotações não entusiasmam, já que o controle eletrônico mitiga a típica subida de giro explosiva dos motores de dois tempos. Enfim, se tudo correr como a KTM planeja, a volta dos motores de dois tempos em motos de rua pode ser apenas uma questão de tempo (sem trocadilho).

Em 1965, a Volkswagen comprou a Audi na Alemanha; dois anos mais tarde, sua subsidiária no Brasil adquiriu a Vemag e encerrou a produção da linha DKW, que teve mais de 100 mil unidades comercializadas desde 1957. Atualmente, a Audi é a última herdeira do logotipo das 4 argolas entrelaçadas.

AINDA SOBRE OS CARROS MODERNOS E A TECNOLOGIA EMBARCADA

PERGUNTAR O QUE NÃO PODE SER RESPONDIDO É PERDA DE TEMPO.

Depois de discorrer brevemente sobre as opções de transmissão (assunto das duas postagens anteriores), achei por bem alertar o leitor para o fato de que veículos com tecnologia embarcada, como os providos de injeção eletrônica, contam com um número considerável de componentes que podem ser danificados por uma simples lavagem do motor.

Antigamente, era comum o motor não “pegar” depois de lavado, devido ao acúmulo de água na tampa do distribuidor e nos conectores dos cabos das velas. Ainda que esse problema pudesse ser evitado mediante a simples proteção desses pontos com sacolinhas plásticas de supermercado, por exemplo, os funcionários dos postos e lava-rápidos achavam mais fácil secar tudo depois, com jatos de ar comprimido. Só que que o calor gerado pelo funcionamento do motor propiciava a formação de gotículas de água (condensação) no interior da tampa do distribuidor, umedecendo o carvão, o rotor, o platinado e o condensador, e impedindo o motor de religar depois do carro ficar parado por algumas horas (ou até a manhã seguinte, o que era mais comum).

Quem gosta de manter o carro sempre limpo pode se sentir incomodado em ver o motor sujo, mas é bom ter em mente que, em não havendo vazamentos de óleo e outros problemas afins, não há porque lavar o motor. Aliás, a maioria dos fabricantes não recomenda fazê-lo, pois a injeção eletrônica multiplicou o número de componentes elétricos e eletrônicos que podem ser facilmente danificados durante a lavagem, não tanto pela água em si, mas pela pressão da água. Além disso, a sujeira que se acumula no “cofre” e no bloco do motor pode ser removida com o auxílio de um pincel, um pano e ar comprimido. 

Observação: Mal comparando, o motor do carro está mais para um relógio resistente a água do que um modelo próprio para mergulho. Em outras palavras, pingos e respingos são suportados, mas o mesmo não se aplica a banhos de chuveiro nem, muito menos, de imersão — no caso do relógio, e a água em profusão e alta pressão, no caso do motor.

Caso queira mesmo lavar o motor do seu carro, leve o veículo a uma empresa especializada, que faça o serviço com vapor, e deixe o lava-rápido ou o posto para lavagens da carroceria e aspiração interna.

Se preferir fazer pessoalmente o trabalho, assegure-se, primeiro, de que o motor esteja desligado e frio; segundo, de que pontos vulneráveis (como caixa de fusíveis, alternador, bobina, módulo da injeção, bateria, enfim, tudo aquilo que estiver ligado a alguma coisa por um chicote elétrico) seja devidamente envolvido em saquinhos plásticos; terceiro, de não concentrar nesses pontos o jato da mangueira (ou da lavadora de pressão). 

Note que você pode remover a sujeira mais resiliente umedecendo-a com água e usando um pincel ou uma escovinha de cerdas duras (evite solventes ou produtos à base de querosene). Depois, é só bater água novamente (com moderação), secar, borrifar WD-40 e dar acabamento com um pano macio.

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SUTILEZAS DO MOTOR — TAXA ESTEQUIOMÉTRICA — ETANOL X METANOL

O RESSENTIDO É UM ETERNO REFÉM DO PASSADO.

Nos motores de ciclo Otto, o movimento do pistão é descendente nas fases de admissão e de combustão e ascendente nas de compressão e de descarga.

Durante a fase de admissão, a mistura ar-combustível é sugada para o interior do cilindro; na de compressão, ela é "espremida" no interior da câmara de explosão; na de combustão, ela é inflamada pela centelha gerada pela vela de ignição; na de descarga, os gases remanescentes da combustão são expulsos pelo movimento novamente ascendente do pistão, que prepara o cilindro para uma nova fase de admissão.

Observação: Somente o ciclo de combustão é considerado "útil" (no sentido de realizar trabalho, ou seja, gerar energia), mas isso não significa que as demais fases não sejam igualmente importantes, pois cada qual cumpre seu papel.

No capítulo anterior, vimos o que é taxa de compressão e que não se deve confundi-la com taxa estequiométrica. Mas faltou explicar que esta última remete à proporção entre o ar e o combustível que compõem a mistura ar-combustível queimada fase de combustão.

Quem não cabulou as aulas de física no colégio deve estar lembrado de que não há combustão sem oxigênio, daí porque o que é vaporizado, comprimido e inflamado no interior da câmara não é o combustível, mas uma mistura dele com o oxigênio presente na atmosfera.

Tanto nos motores carburados quanto nos equipados com injeção eletrônica (vide ilustração), a proporção entre a gasolina e o ar gira em torno de 12:1 — ou seja, 12 partes de ar para uma de combustível. No álcool, que tem poder calorífico inferior ao da gasolina, a mistura precisa ser mais rica — em torno de 8:1, ou seja, 8 partes de ar para uma parte de combustível —, daí a razão pela qual os veículos flex tendem a fazer menos quilômetros por litro com álcool do que com gasolina.

No tempo dos jurássicos carburadores, a taxa estequiométrica era definida por gargulantes (ou giclês), o que tornava impossível alterá-la em tempo real. Assim, veículos projetados para rodar com gasolina não podiam ser abastecidos com etanol (ou até podiam, mas funcionavam mal e bebiam mais que o Lula), e vice-versa.

Essa limitação foi superada com a adoção da injeção eletrônica de combustível — que também propiciou o desenvolvimento dos motores bicombustível que equipam nossos veículos "flex", nos quais o módulo da injeção (centralina) recebe informações em tempo real de sensores estrategicamente posicionados e a partir delas ajusta a mistura às exigências do combustível (gasolina, etanol ou ambos em qualquer proporção) e às necessidades do motor em cada situação específica.

Abro um parêntese para tratar (ainda que em rápidas pinceladas) das principais diferenças entre o etanol e o metanol, começando por dizer que tanto um quanto o outro podem ser usados como combustível em veículos automotores. No entanto, o primeiro — também chamado de álcool etílico (C2H5OH), é obtido através da fermentação do amido e de outros açúcares presentes em vegetais como a cana-de-açúcar, o milho e a beterraba, e além de ser usado como combustível para veículos como alternativa à gasolina, está presente também em bebidas, produtos de limpeza etc.

O metanol (CH3OH), por sua vez, não provém da cana ou de outros vegetais; sua obtenção se dá a partir do carvão ou da oxidação do gás metano, o que o torna venenoso e corrosivo — em contato com a pele, ele provoca irritação; a inalação de seus vapores causa náusea e vômitos, e sua a ingestão pode levar à morte.

O metanol costuma ser usado como insumo na produção de solventes de vernizes e tintas, mas, por ser incolor e apresentar odor e sabor semelhantes ao do etanol, também serve de matéria prima para a falsificação de bebidas (como uísque, vodca e assemelhados). Em pequenas quantidades, sua toxicidade é até baixa, mas seu processo metabólico, oxidado pela enzima catalase, transforma-o em aldeído fórmico (HCOH) e ácido fórmico (HCOOH), e é aí que a porca torce o rabo.

No Brasil, o metanol já serviu para suprir a falta de etanol no mercado, mas de uns tempos a esta parte seu uso como combustível para carros comuns foi proibido, embora ele continue sendo empregado em conpetições automobilísticas, já que propicia uma combustão mais rápida, que implica em maior potência do motor. Por outro lado sua queima gera uma espécie de "chama invisível", que já provocou acidentes sérios em um sem-número de competições.

Como a carga tributária que incide sobre o metanol o torna atraente para os vigaristas de plantão, donos de postos de combustível o adicionam à gasolina para aumentar seus lucros. Segundo os órgãos fiscalizadores, há registros de gasolina batizada com 27% álcool e 23% de metanol, e de casos em que a proporção deste último chega a 50%.

Com isso eu fecho o parêntese e encerro mais este capítulo.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 3)

ENGOLIMOS DE UMA VEZ A MENTIRA QUE NOS ADULA E BEBEMOS GOTA A GOTA A VERDADE QUE NOS AMARGA.

Veículos flex (equipados com motor bicombustível) podem ser abastecidos com gasolina, etanol ou uma mistura de ambos em qualquer proporção. Insisto neste ponto porque muita gente ainda acha que é preciso gastar toda a gasolina do tanque antes de abastecer com álcool (e vice-versa), o que não faz o menor sentido. Mas sempre haverá um frentista de posto (ou outro “entendido” de plantão) sempre pronto a convencê-lo do contrário.

Observação: Se você der ouvidos a frentista de posto, trocará as palhetas do limpador de para-brisa toda vez que abastecer o carro. Além de completar o óleo do motor, naturalmente. Meça o nível do óleo você mesmo, semanalmente, num local plano, de preferência pela manhã, antes de ligar o motor. Na impossibilidade, faça-o somente depois de deixar o motor esfriar por uns 15 minutos (tempo necessário para o óleo desça das partes altas e se acumule no cárter). Se o nível estiver entre as marcas de mínimo e máximo da vareta, não é preciso adicionar óleo. Lembre-se de que os frentistas costumam receber comissão pela venda de palhetas, aditivos e outros badulaques, daí seu empenho em nos empurrar essas coisas.

Voltando à vaca fria: Quando a mistura ar-combustível era formada nos jurássicos carburadores, a relação estequiométrica (proporção entre o ar e combustível) era obtida através dos gargulantes (ou giclês). No caso da gasolina, a proporção ideal é de 14,6:1, ou seja, a quantidade de ar na mistura é 14,6 vezes maior que a do combustível (ainda bem que não pagamos pelo ar). No caso do etanol, que tem poder calorífico inferior ao da gasolina, a proporção é de 8,4:1, o que se traduz numa mistura “mais rica”.

Em face do exposto, fica fácil concluir que, sem o concurso da injeção eletrônica, seria inviável alternar entre álcool e gasolina (ou usar uma mistura dos dois) e, portanto, não teríamos carros flex. Ao contrário dos carburadores, onde a relação estequiométrica não varia, a injeção conta com sensores estrategicamente posicionados, que monitoram as necessidades do propulsor em tempo real, permitindo à central estabelecer quantidades e proporções adequadas a cada momento específico, o que assegura melhor desempenho com menor consumo de combustível.

À exemplo da relação estequiométrica, a taxa de compressão — que corresponde ao número de vezes que a mistura ar-combustível é comprimida pelo movimento ascendente do pistão, no interior do cilindro, antes que a centelha produzida pela vela de ignição provoque sua queima — varia conforme o combustível para o qual o motor é projetado. No caso da gasolina, ela é de 10:1 e no do álcool, de 12:1. Todavia, ao contrário da relação estequiométrica, a taxa de compressão não pode ser alterada pelo sistema de injeção eletrônica (isso ficará mais claro ao longo dos próximos capítulos).

A título de curiosidade, a Nissan vem desenvolvendo um motor com taxa de compressão variável, que pode tornar os veículos flex mais eficientes (embora o objetivo da montadora japonesa seja otimizar o funcionamento dos motores turboalimentados). Explicando em rápidas pinceladas, a variação da taxa de compressão é obtida pela alteração do curso dos pistões diretamente no eixo de manivelas (onde as bielas se conectam). Uma engrenagem harmônica comanda um braço, esse braço gira um eixo, e esse eixo ajusta a inclinação do virabrequim, comprimindo a mistura mais ou menos vezes, de acordo com uma série de variáveis.

Não ficou claro? Então releia o parágrafo acima depois de ler os próximos capítulos desta sequência e você certamente entenderá melhor o que essa inovação significa.

Por hoje é só. Continuamos depois do final de semana prolongado pelo feriado de finados. Até lá.

AINDA SOBRE A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA — VEÍCULOS FLEX E MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA DO CICLO OTTO

A CURIOSIDADE MATOU O GATO, MAS A SATISFAÇÃO O RESSUSCITOU.

Prosseguindo de onde paramos no capítulo anterior, os motores de combustão interna do ciclo Otto transformam a energia calorífica produzida pela expansão dos gases que resulta da combustão da mistura ar-combustível na energia mecânica que que faz o carro se movimentar. Para isso, o combustível líquido precisa ser vaporizado e combinado com certa quantidade de ar.

Antigamente, essa tarefa ficava a cargo do carburador; atualmente, ela é executada por um sofisticado sistema conhecido como “injeção eletrônica”. A proporção entre o ar e o combustível, dá-se o nome de taxa estequiométrica (não confundir com taxa de compressão).

Para produzir um ciclo de força, são necessários quatro cursos sucessivos do pistão, daí porque também é correto dizer "motor de quatro tempos". São eles: 1)admissão; 2) compressão; 3) explosão; 4) descarga (ou escapamento). Somente a terceira fase (também chamada de ciclo de força ou de combustão) é considerada ativa, já que nas demais não há produção de energia.

Motores de dois tempos são largamente utilizados em motocicletas, e os do ciclo Diesel, em caminhões e utilitários. Na Europa, motores a diesel equipam a maioria dos carros de passeio, mas o mesmo não ocorre aqui pelas nossas bandas, pois o preço do óleo diesel é subsidiado.

Embora fuja aos propósitos desta sequência detalhar essas tecnologias "alternativas", vale mencionar que, no diesel, é o ar, e não a mistura ar-combustível, que é aspirado para o interior da câmara pelo movimento descendente do pistão e comprimido quando o êmbolo retorna ao PMS (ponto morto superior). O óleo só é injetado no final do ciclo de compressão, quando a pressão chega a ser 60 vezes superior à inicial e a temperatura atinge patamares elevadíssimos. Como a combustão ocorre por auto ignição, esses motores não usam velas, bobinas, platinado, condensador, distribuidor e outros penduricalhos que tais.

Voltando à vaca fria, no ciclo Otto a combustão se dá a cada duas descidas do pistão. Na primeira (fase de admissão), a depressão criada no interior do cilindro pelo movimento descendente do êmbolo, combinado com a abertura da válvula de admissão (ou válvulas, já que pode haver mais que uma por cilindro) e o fechamento da(s) válvula(s) de escapamento, suga a mistura ar-combustível na proporção definida pelo sistema de injeção eletrônica (ou pelo carburador, no caso dos carros antigos) e no volume determinado pela válvula de borboleta, que se abre em até 90.º, conforme a pressão exercida pelo motorista no pedal do acelerador. Quanto maior for a abertura dessa válvula, maiores serão a quantidade de mistura comprimida no interior da câmara (fase de compressão), a energia calorífica gerada pela combustão (fase de combustão ou explosão), a energia mecânica produzida pelo movimento descendente do pistão durante o ciclo de força e, em última análise, o torque e a potência gerados pelo motor.

A energia calorífica resultante da queima da mistura durante a combustão expande os gases no interior da câmara, resultando na energia mecânica que empurra o pistão de volta ao ponto morto inferior (PMI). O movimento descendente do êmbolo é convertido pela biela na força rotacional que gira o virabrequim e o volante do motor. Este último, assessorado pelo sistema de embreagem (ou pelo conversor de torque, no caso da transmissão automática), transfere essa força para a caixa de mudanças (câmbio), que a desmultiplica e repassa ao diferencial, que a distribui para as rodas motrizes e faz o carro se mover — "mover" é força de expressão, já que modelos atuais de alta performance atingem 100 km/h a partir da imobilidade em menos de 3 segundos, além de alcançarem velocidades máximas superiores a 300 km/h.

Amanhã eu conto o resto.