O escândalo da VW: por dentro dos testes de emissões

Calor que não é pouco: em condições de grande exigência de potência os gases de escapamento chegam a 900°C — acima disso começa a degradação do catalisador, eliminando sua capacidade de converter os poluentes. Se não houver controle, o quadro pode ultrapassar 1.200°C! Uma das estratégias para proteger o catalisador é enriquecer a mistura ar-combustível (com excesso de combustível, chegando a Lambda perto de 0,8) para “esfriar” os gases de escapamento em um motor Otto. No Diesel a proteção mais comum é limitar a injeção de combustível e, em consequência, a potência produzida.

Existem também estratégias de calibração para obter menores emissões. Sabe-se que quanto mais rápido o catalisador chegar a 300°C, mais cedo os níveis de poluentes diminuem: assim, para aquecer logo o catalisador, é comum se reduzir a eficiência do motor (ou seja, gastando mais combustível) durante a fase de aquecimento, como manter a marcha-lenta mais alta ou reduzir o avanço de ignição, para que a queima do combustível termine no escapamento.

EGR

Esquema de EGR da Toyota: gases de escapamento voltam à admissão para reduzir a temperatura de queima

 

Diesel: recirculação e fluido

Nos motores Diesel o catalisador é diferente: usa paládio, platina e óxido de alumínio para converter CO e HC. Contudo, como esses motores trabalham sempre com excesso de ar, a conversão do NOx é praticamente nula. Entre os principais meios de reduzir esse poluente está o sistema de recirculação dos gases de escapamento (exhaust gas recirculation) ou EGR.

 

Com a eficiência do filtro de NOx chegando ao limite, tem sido necessário em alguns casos um recurso conhecido como DEF, Adblue ou Arla 32

 

Em resumo, o EGR injeta gases de escapamento (resfriados, é claro) na admissão, onde eles atuam como um gás inerte à queima, ocupando volume e reduzindo a temperatura de queima (o NOx é gerado a altas temperaturas de queima dentro dos cilindros). Mas há um limite de eficiência para esse efeito sem comprometer o funcionamento do motor: se aumentar a recirculação pode diminuir o NOx, aumenta as emissões de HC, CO e até mesmo de material particulado. Ou seja, deve-se chegar ao equilíbrio ideal para cada situação.

Por outro, há uma enorme brecha nas legislações que usam apenas ciclos-padrão para os testes de emissões — caso dos veículos leves de passageiros, uma vez que caminhões e ônibus atendem a outras normas. O fabricante faz a calibração do EGR nas faixas de rotação e de carga (abertura de acelerador) a que o motor é submetido durante o ciclo-padrão, nas quais se sabe quais limites de poluentes se devem atingir. Fora dessas condições, porém, fica difícil determinar o quanto usar de EGR e outras estratégias, uma vez que não se têm limites. Nesse caso a calibração pode priorizar o menor consumo ou o melhor desempenho, à escolha do fabricante.

 

Filtros de particulas e NOx

 
Ilustração da Renault aponta a aplicação dos filtros de NOx (mais próximo do motor) e de partículas

 

Por essa limitação do EGR, tornou-se necessário em alguns mercados o emprego de sistemas para reduzir as emissões de NOx. O primeiro foi o filtro de NOx (NOx trap em inglês) incorporado ao sistema de escapamento, uma especie de colmeia com materiais especiais para reter até certo limite o NOx. Atingido esse limite, o filtro requer uma “limpeza” feita pela queima controlada dentro do filtro. Para isso, injeções de diesel com ponto atrasado e borboleta fechada (isso mesmo, borboleta em motor Diesel) fazem com que o combustível quase não queimado reaja com o NOx, gerando água e nitrogênio. Em alguns casos há também um injetor de combustível no escapamento para essa função.

 

 

No entanto, com a eficiência do filtro de NOx chegando ao limite, tem sido necessário em alguns casos um novo recurso, conhecido como DEF (Diesel exhaust fluid, fluido de escapamento para motor Diesel), Adblue (nome usual na Europa e na Austrália) ou Arla 32 (agente redutor liquido de óxidos de nitrogênio automotivo com 32,5% de ureia): injeta-se uma solução de ureia no escapamento para que reaja com o NOx. Há um tanque desse fluido no veículo e, como ainda é difícil encontrá-lo em alguns postos, os fabricantes em geral dimensionam seus tanques para uma autonomia próxima ao intervalo de revisões. Alguns países exigem estratégias como redução de torque, impedimento de nova partida ou mesmo parada do motor caso o reservatório esteja vazio. E não adianta colocar água ou outro líquido: um sensor confere se a solução é a correta.

 

SCR-Scania

 
Esquema da Scania mostra o funcionamento do Arla 32, agente redutor de NOx para motores Diesel

 

Para reduzir as emissões de material particulado, recorreu-se à evolução da qualidade da queima por meio de bicos injetores de maior pressão e sistemas eletrônicos de controle, mas ainda há certa emissão com o motor frio, em acelerações com os cilindros em baixa temperatura ou mesmo quando a relação ar-diesel se aproxima da estequiométrica, o que dificulta a queima completa do combustível. Por muito tempo a eletrônica conseguiu controlar — mediante tempo e quantidade corretos de injeção — os particulados, mas as novas normas determinam quantidades cada vez menores de partículas de tamanhos cada vez mais reduzidos. Como resultado, adotou-se um filtro de particulados no escapamento, similar em princípio ao filtro de NOx: funciona como uma peneira, retendo o carbono dos gases emitidos.

Como toda barreira física, o filtro tende a entupir — o que acontece logo, em algumas dezenas de quilômetros rodados. Assim, a exemplo do filtro de NOx, injeta-se óleo diesel no escapamento para queimar o carbono acumulado, limpando o sistema. Mesmo assim, há carros que retornam à concessionária bem novos com a luz no painel acusando filtro entupido. O problema está no uso do veículo, pois a temperatura do filtro precisa ser alta o suficiente para o processo de limpeza. Tal temperatura em geral é atingida, em condições normais, só em velocidades altas e em uso mais longo do carro. Nesses casos a concessionária conduz um procedimento que limpa o filtro conectando o carro a um computador.

 

Filtro de particulas

 
O funcionamento do filtro de partículas do diesel: há limites cada vez mais severos para esse tipo de emissão

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