O escândalo da VW: por dentro dos testes de emissões

Fato interessante é que o NEDC determina as velocidades de troca de marchas (tabela abaixo) para veículos com câmbio manual, o que impede que se aproveite um motor com maior torque em baixa rotação para trocar marchas mais cedo ou mesmo que o motorista adote o método carga de condução. No caso de caixa automática as velocidades de trocas não são determinadas pelas normas, mas o câmbio deve ser mantido na posição D (drive), sendo proibido efetuar trocas manuais caso disponíveis.

 

Troca de marcha Velocidade (km/h)
1ª. para 2ª. 15
2ª. para 3ª. 35
3ª. para 4ª. 50
4ª. para 5ª. 70
5ª. para 6ª. 100

 

Essa regra influencia o projeto dos carros, pois leva os veículos para o mercado europeu a adotarem um escalonamento favorável ao menor consumo no ciclo, mas nem sempre apropriado ao uso no mundo real. Os carros europeus em geral têm primeira, segunda e terceira marchas longas (alguns modelos de 1,6 litro por lá alcançam 120 km/h em segunda), mas da quarta em diante elas são relativamente curtas. A razão é que durante o ciclo urbano, na faixa de 40 a 50 km/h, por exemplo, deve-se manter a terceira marcha — e o consumo será maior se ela não for longa o suficiente. O mesmo ocorre na segunda marcha ao redor de 30 km/h.

Por outro lado, usam-se apenas quarta, quinta e (se houver) sexta marchas no trecho rodoviário. Caso o veículo não consiga manter entre 50 e 70 km/h em quarta marcha ou acompanhar a aceleração imposta, o motorista terá de reduzir (o mesmo vale para a quinta entre 70 e 100 km/h): o resultado é o emprego de quarta e quinta marcha curtas, pois o trecho de alta velocidade do ciclo é curto e uma quinta mais curta tem pouca influência no resultado final de consumo e emissões. Apesar de muitos pensarem que o motorista europeu gosta desse tipo de escalonamento, na verdade ocorre a mesma situação que com os carros de 1,0 litro no Brasil: são empurrados goela abaixo do consumidor.

 

O catalisador só começa a funcionar por volta de 300°C: por isso, metade dos poluentes emitidos durante os testes é gerada no primeiro minuto

 

Como se medem as emissões

Já sabemos como os carros devem ser dirigidos nos diferentes ciclos, mas como são medidas as emissões?

Durante o teste o escapamento do veículo é conectado a um sistema de coleta de gases, no qual diversos equipamentos medem a quantidade exata de cada poluente controlado pelas normas de emissões. São eles CO (monóxido de carbono), MP (material particulado), NMHC (hidrocarbonetos não metano) e NOx (óxidos de nitrogênio), considerados prejudiciais à saúde por diversos estudos, que apontam:

• CO: reage com a hemoglobina do sangue, reduzindo a capacidade de transportar oxigênio; causa sonolência e dores de cabeça. Com 0,3% de concentração no ar causa a morte em 30 minutos.

 

Catalisador

 
Necessário para atender aos limites, o catalisador tem uma colmeia cerâmica banhada com metais nobres

 

• Material particulado: elementos sólidos compostos, sobretudo, por partículas de carbono muito pequenas que se aderem aos pulmões, aumentando o risco de câncer. É do que consiste a fumaça preta nos motores Diesel, por exemplo, mas também presente em pequenas quantidades nos motores Otto (a gasolina, álcool, gás natural).

• HC: hidrocarbonetos não queimados, sendo alguns causadores de câncer. Quando expostos à luz solar, reagem com o NOx e formam ozônio (O3). Vale lembrar que o ozônio é importante e útil em grandes altitudes para filtrar os raios UV do sol, mas estudos mostram que ele ataca os glóbulos brancos do sangue, reduzindo a capacidade do sistema imunológico.

• NOx: composto em cerca de 90% por NO (óxido nítrico), que é convertido em NO2 (dióxido de nitrogênio) na atmosfera: é um gás venenoso, com odor e cor marrom avermelhada, que causa irritação das mucosas e vias respiratórias.

Já o CO2 (gás carbônico), o qual representa queima completa e eficiente, embora não seja um gás poluente, é considerado por muitos como o responsável pelo aquecimento global. Além desses poluentes há compostos de enxofre, que não são controlados na saída do escapamento e que, ao reagir com moléculas de água na atmosfera, produzem acido sulfúrico — causador de grande irritação de mucosas e pele e formador da famosa chuva ácida. O controle do enxofre é feito pela redução desse elemento nos combustíveis, como aconteceu nos últimos anos no Brasil com o diesel e depois a gasolina.

 

 

Catalisador

 
No conversor entram CO, NOx e HC e saem água, nitrogênio e gás carbônico, inofensivos à saúde

 

Cada país e cada órgão regulador têm limites determinados para cada poluente coletado durante o teste, sendo esses limites uma média de todo o ciclo, indicada em gramas por quilômetro (g/km). Fato interessante é que o consumo de combustível é calculado pela quantidade de HC, CO e CO2 liberados durante o teste, o que permite grande precisão no resultado sem que haja qualquer alteração no veículo (como os ciclos têm entre 10 e 15 km, seria difícil e impreciso controlar o consumo pelo volume de líquido consumido do tanque).

 

 

Como atender aos limites

Entre as soluções empregadas pelos fabricantes para seguir os limites de emissões, a primeira é a aplicação de conversor catalítico (catalisador) para pós-tratamento dos gases de escapamento. Componente essencial para reduzir as quantidades de poluentes, o catalisador trabalha de forma diferente nos motores de ciclo Otto e ciclo Diesel.

Nos motores Otto o catalisador consiste em uma colmeia cerâmica banhada com os metais nobres paládio (responsável pela conversão de HC em H2O e CO2) e ródio (que converte NOx em N e O2). São metais muito caros, o que tem forçado ao desenvolvimento de motores mais eficientes: a adoção e os avanços dos sistemas de injeção eletrônica decorreram dessa necessidade de queima melhor e mais controlada. E por quê? O principal motivo é que o catalisador só funciona de maneira eficiente com a queima de combustível perto de lambda 1, a chamada relação estequiométrica (no caso da gasolina pura, sem álcool, essa relação é em torno de 14,2 a 14,8 partes de ar para uma de combustível), como mostrado no gráfico a seguir.

 

Mistura-e-emissoes

 
Conforme a proporção entre ar e combustível, as emissões do motor Otto podem crescer ou diminuir

 

Contudo, o catalisador só começa a funcionar por volta de 300°C: por isso há necessidade de reduzir o tempo até que o motor atinja a temperatura de trabalho e que os gases de escapamento aqueçam o catalisador o mais rápido possível — em torno de 50% dos poluentes emitidos durante os testes são gerados no primeiro minuto de funcionamento. Um dos meios para aquecer o catalisador mais rápido é deslocá-lo debaixo do carro para perto do motor, logo após o coletor de escapamento. Alguns motores modernos usam também coletores de escapamento de aço estampado em vez de ferro fundido, para diminuir a espessura das paredes, o volume e a massa do coletor, o que acelera seu aquecimento e, em consequência, o do catalisador.

Há também motores nos quais o coletor de escapamento fica dentro do cabeçote para que seu calor, antes rejeitado para o ar fora do motor, seja transmitido ao líquido de arrefecimento, o que também abrevia o tempo de aquecimento do motor. Por outro lado, essa solução sobrecarrega o sistema de arrefecimento com grande quantidade de calor, sobretudo quando o motor opera perto da potência máxima, exigindo que o radiador dê conta de rejeitar o calor adicional.

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