Caderno de estudo by Jailson Costa Leal

Manutenção Automotiva Gerenciamento Eletrônico do Motor

Marcelo Bezerra Grilo

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco

Recife-PE 2011

Presidência da República Federativa do Brasil Ministério da Educação Secretaria de Educação a Distância

Este Caderno foi elaborado em parceria entre o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologiade Pernambuco - IFPE e o Sistema Escola Técnica Aberta do Brasil – e-Tec Brasil. Equipe de Elaboração Coordenação do Curso Luciana Texeira Vitor Logística de Conteúdo Giselle Tereza Cunha de Araújo Maridiane Viana Coordenação Institucional Reitoria Pró-Reitoria de Ensino Diretoria de Educação a Distância Pró-Reitoria de Extensão Pró-Reitoria de Pesquisa e Inovação Pró-Reitoria de Administração e Planejamento

Projeto Gráfico Eduardo Meneses e Fábio Brumana Diagramação Rafaela Pereira Pimenta de Oliveira Edição de Imagens Rafaela Pereira Pimenta de Oliveira Revisão Linguística Ivone Lira de Araújo

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ManutenĂ§ĂŁo Automotiva

Sumário

Palavra do professor-autor

Apresentação da Disciplina

Aula 1 - Combustíveis e Combustão

Aula 2 - Emissões Veiculares

Aula 3 - Sistemas de Controle Eletrônico

Aula 4 - Sensores Automotivos

Aula 5 - Unidade de Comando Eletrônico e Atuadores Automotivos

Aula 6 - Gerenciamento Eletrônico do Motor

Aula 7 - Siglas e Glossário

Gerenciamento Eletrônico do Motor

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ManutenĂ§ĂŁo Automotiva

Palavra do professor-autor Eu sou o Engenheiro Mecânico Marcelo Bezerra Grilo que vai tentar conduzilo nesta viagem ao mundo do conhecimento, na área dos motores automotivos. Nasci em Bananeiras, na Paraíba e tenho 55 anos. Com mais de trinta anos de experiência na área industrial e pedagógica, estarei à disposição para atender e crescer com cada um que deseje avançar profissionalmente. Também sou apaixonado por mecânica de carros, caminhões e ônibus. Muito jovem, aprendi a gostar de motores automotivos na ETFPB em João Pessoa. Depois fui para a Escola de Engenharia da Universidade Federal da Paraíba, de onde sai Engenheiro Mecânico na turma de 1979. Recém formado, trabalhei e morei na região do Vale do Aço em Minas Gerais, até 1983. Em Ipatinga e Acesita, trabalhei para várias empresas na área de montagem de equipamentos e à noite dava aulas na cidade de Coronel Fabriciano nos cursos Técnico e de Engenharia da PUC-MG. Onde contribui para montar um laboratório de motores automotivos que até hoje é muito conhecido na região. Fiz Especialização em Matemática Superior e Mestrado na Área de Energia Solar, período em que percebi minha vocação para o magistério. Em 1985, fui morar em Recife e passei a ser Professor de Mecânica de Autos e Termodinâmica na Escola Politécnica da UPE (POLI), onde preparamos várias gerações de Engenheiros Mecânicos para atuar no setor automotivo. Trabalhei no Grupo Votorantim e depois na Mercedes Benz do Brasil. Em 1991, passei num concurso público e me tornei professor na Universidade Federal de Alagoas. Fiz doutorado na área de Energia, período em que tive oportunidade de morar na França e estudar na USP, em São Paulo. Atualmente, resido em Campina Grande, na Paraíba e sou professor na UFCG. Minha principal característica é a tranquilidade, a humildade e uma espiritualidade crescente. Leitor inveterado, estudo e leio muito, adoro desmontar e montar motores, sendo apaixonado por carros antigos e pela história dos automóveis. Gosto muito de estar em contato com quem quer aprender, para colocar o conhecimento a serviço de uma sociedade desenvolvida e mais fraterna.

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Apresentação da Disciplina

Caro Estudante, seja bem-vindo. Com este Módulo, Manutenção Automotiva 2, você está completando sua formação e na componente curricular Gerenciamento Eletrônico do Motor (GEM), vamos estar juntos para aprender como funciona esse conjunto de operações que permite o motor operar com maior eficiência, resultando em economia de combustível e baixa emissão de poluentes no escape. Nossa viagem ao mundo do controle eletrônico do motor está apenas começando. O estudo deste material vai conduzi-lo ao fascinante mundo da mecânica automotiva, preparando-o para intervir com competência no diaa-dia das oficinas e empresas do ramo veicular. Depois deste curso, cada vez que você dirigir um automóvel ou simplesmente observar o seu funcionamento, saberá o que acontece em cada parte do motor e assim, além de estar preparado para dar resposta aos desafios que possam surgir no fascinante mundo da mecânica automotiva, estará também assumindo uma posição de liderança na sociedade que acolhe com maior prestígio quem tem conhecimento.

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Aula 1 - Combustíveis e Combustão

Objetivos Ao estudar esta aula, o estudante estará preparado para: • compreender as diferenças existentes entre os diversos combustíveis que são comercializados no Brasil e a escolher o combustível mais adequado para ser utilizado em cada veículo. • Aprender como funcionam os veículos com motor flex, que podem ser abastecidos somente com gasolina, somente com etanol ou com a mistura desses.

Assuntos Nossa viagem, ao mundo do controle eletrônico do motor, está apenas começando. O estudo deste material vai conduzir você ao fascinante mundo da mecânica automotiva, preparando-o para intervir nele com competência e segurança. Nesta Aula 1, vamos aprender como funciona a combustão no interior do motor que permite ao mesmo operar com elevada eficiência, resultando em economia de combustível e baixa emissão de poluentes.

Saiba mais Na aula 7, está disponível um conjunto de siglas e um glossário que deve ser consultado sempre que desejar conhecer a definição dos termos técnicos empregados neste curso.

Serão estudados os tipos de combustíveis veiculares mais utilizados no Brasil que hoje tem destacada liderança mundial na produção de biocombustíveis e agora, com o pré-sal, também é uma grande potência na área de petróleo e gás natural.

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Introdução Sabemos que as principais funções do Sistema de Gerenciamento Eletrônico do Motor no ciclo Otto são: • Injetar uma quantidade adequada de combustível para formação de uma mistura ar combustível no motor; • Injetar o combustível no momento certo. A mistura ideal resultará em uma boa combustão e seu valor varia de acordo com o tipo de combustível que está sendo utilizado. Por isso, vamos aprender quais são os combustíveis mais utilizados nos motores veiculares e suas principais características. Aprenderemos também como ocorre o processo de combustão que libera energia térmica que vai se transformar em trabalho (potência) para fazer o motor funcionar de modo eficiente e econômico.

Combustíveis Tipos e características Os combustíveis para Motores de Combustão Interna (MCI) mais utilizados no Brasil são: • Gasolina; • Álcool (Etanol); • Gás natural; • Óleo diesel derivado de petróleo; • Biodiesel.

Na tabela 1, são apresentadas algumas características e propriedades dos combustíveis citados.

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Tabela 1. Características dos combustíveis usados em MCI Combustível

Gasolina pura Álcool (AEAC) GNV Diesel Gasolina C

Fórmula

C9H20

Estequiometria

C9H20 + 14 O2 = 9 CO2 + 10 H2O

Glossário PCI

(kcal/kg)

(kg/L)

10 600

0,73

RAC

15:1

C2H5OH

C2H5OH + 3 O2 = 2 CO2 + 3 H2O

9:1

6 400

0,79

CH4

CH4 + 2 O2 = 1 CO2 + 2 H2O

17:1

5 330

0,78

C12H26

C12H26 + 18,5 O2 = 12 CO2 + 13 H2O

15:1

10 200

0,84

13,5:1

9 550

0,75

75%G + 25%AEAC

Fórmula Termodinâmica dos Combustíveis Gasolina

C9H20

Gás Natural

CH4

Óleo diesel

C12H26

Etanol

C2H5OH

Metanol

CH3OH

Em que: RAC, PCI e r representam, respectivamente, a Relação Ar Combustível, o Poder Calorífico Inferior e a Massa específica.

Combustíveis mais utilizados no Brasil Gasolina A gasolina é um derivado de petróleo obtido nas refinarias, formada por uma mistura de hidrocarbonetos. No Brasil, o hidrocarboneto predominante na gasolina é o octano e/ou o nonano, respectivamente, representados em termodinâmica como: C8H18 ou C9H20. No Brasil é adicionado um percentual de 20% a 25% (±1%) de Álcool Etílico Anidro Combustível (AEAC) na gasolina comercial, com a finalidade de aumentar o Número de Octanagem (NO), que na gasolina pura é muito baixo, com essa mistura o NO é de 87.

Saiba mais Nos veículos com motor flex, deve ser utilizada a gasolina Podium no tanquinho de armazenagem para auxílio de partida a frio do motor, porque ela tem baixo teor de enxofre (S) e, portanto, suporta um longo período de armazenamento.

Os tipos mais comuns de gasolina comercializadas pela Petrobras são: • Gasolina C

(sem aditivos, NO=87 e até 1000 ppm de S)

• Gasolina aditivada

(com aditivos, NO=87 e até 1000 ppm de S)

• Gasolina Premium

(com aditivos, NO=91 e até 1000 ppm de S)

• Gasolina Podium

(com aditivos, NO=95 e até 30 ppm de S)

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Glossário

Gás Natural O Gás Natural (GN) é, como o próprio nome indica, uma substância em estado gasoso nas condições ambiente de temperatura e pressão.

GLP é diferente de GN. Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) é uma mistura de hidrocarbonetos leves, gasosos, predominantemente, compostos de propano e butano. São armazenados no estado líquido em botijões, através da elevação moderada da pressão (12 bar). Também é conhecido como gás de cozinha.

Como o Metano é o hidrocarboneto predominante no GN, o tratamento termodinâmico será feito considerando-se o GN como CH4. O Gás Natural é encontrado na natureza associado ou não ao petróleo em reservatórios. Depois de retirado, é processado numa Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN) para limpeza e retirada dos compostos indesejáveis, sendo transferido através de gasodutos ou na forma de Gás Natural Liquefeito (GNL) para o local de consumo. Para ser utilizado em motores veiculares, com elevada autonomia de abastecimento, o GN é armazenado em reservatórios de alta pressão (em torno de 200 bar) que são colocados nos veículos como parte de um kit, conhecido como kit Gás Natural Veicular (kit GNV).

Óleo Diesel A Petrobras coloca à disposição do mercado três tipos de óleo diesel: TIPO A. Utilizado em motores diesel e instalações de aquecimento de pequeno porte. TIPO B. Diesel metropolitano. Difere do diesel tipo A por possuir no máximo 0,5% de enxofre e por ser comercializado apenas para uso nas grandes regiões metropolitanas como São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte. TIPO D. Diesel marítimo. É produzido, especialmente, para utilização em motores de embarcação marítimos. Difere do diesel tipo A por ter especificado o seu ponto de fulgor em, no mínimo, 60ºC. Do ponto de vista termodinâmico, o óleo diesel de petróleo pode ser tratado como sendo C12H26.

Álcool Combustível Conhecido como Etanol (C2H5OH) ou álcool etílico é o mais comum dos alcoóis e se caracteriza por ser uma substância orgânica obtida por meio de fermentação de açúcares, como a sacarose existente na cana-de-açúcar.

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No Brasil, é produzido, quase exclusivamente, da cana-de-açúcar. Seu consumo volumétrico, como combustível utilizado nos automóveis, já supera o da gasolina. Os EUA e a União Europeia produzem metanol (CH3OH) a partir do milho, trigo, uva e da beterraba.

Glossário AEAC = Álcool Etílico Anidro Combustível AEHC = Álcool Etílico Hidratado Combustível

Existem dois tipos de álcool combustível; 1. Álcool Etílico Anidro Combustível (AEAC), com teor alcoólico mínimo de 99º INPM; 2. Álcool Etílico Anidro Hidratado (AEAH) com teor alcoólico mínimo de 93º INPM. O etanol anidro é acrescentado à gasolina na proporção de até 25%, enquanto que o etanol hidratado é vendido puro para os veículos movidos a etanol e os flex.

Biodiesel Do ponto de vista químico, o biodiesel pode ser obtido por distintas tecnologias químicas tais como: –– esterificação; –– transesterificação; –– craqueamento térmico. No Brasil, mais de 90% do biodiesel produzido é obtido da soja através da transesterificação. O óleo vegetal in natura é um Triacilglicerídio (TAG). Através da transesterificação, usando álcool (metílico ou etílico) se obtém o acido graxo (AG) que é o biodiesel, mais o glicerol (conhecido, comercialmente, como glicerina). Estima-se que a proporção de glicerol produzido seja de 10%, do volume inicial de óleo in natura.

Glossário Na nomenclatura adotada para misturas de biodiesel com diesel de petróleo, utiliza-se BX em que o X representa a % de biodiesel presente, ou seja, B2, B5, e B20 indicam, respectivamente, misturas com 2%, 5%, 20% de biodiesel. E B100 é biodiesel puro. Atualmente, a legislação brasileira recomenda o uso de B5.

Na nomenclatura adotada para misturas de biodiesel com diesel de petróleo, utiliza-se BX em que o X representa a % de biodiesel presente, ou seja, B2, B5, B20 e B100 indicam, respectivamente, misturas de 2%, 5%, 20% de biodiesel e B100 é biodiesel puro. Atualmente, a legislação brasileira recomenda o uso de B5.

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Glossário

Além da soja, está sendo produzido biodiesel a partir da mamona, algodão, amendoim, pinhão manso, dendê e também de gordura animal.

ENERGIA FÓSSIL

A maior barreira para utilização de B100 nos motores deve-se à elevada viscosidade do biodiesel, por isso está sendo utilizada progressivamente B2, B5, B8 para que os motores sejam adaptados a essa nova característica e também para que o Brasil domine a tecnologia para produção de biodiesel em larga escala, como já faz com o etanol.

É aquela que uma vez esgotada não pode ser reposta em pouco tempo. Consideram-se fontes de energia não renovável os combustíveis fósseis (carvão mineral, petróleo, gás natural e óleos obtidos de xisto e de fontes similares).

Um pouco de História e Geopolítica No desenvolvimento dos Motores de Combustão Interna, aprendemos que nos primeiros motores testados por Nicolaus Otto, o combustível utilizado era um álcool. De modo semelhante, a História nos ensina que Rudolf Diesel testou alguns motores usando óleo de amendoim.

Glossário

No início do século XX, a indústria automotiva em paralelo com a indústria petrolífera experimenta um grande crescimento, isso explica porque os combustíveis automotivos mais utilizados são de origem fóssil. Atualmente, os biocombustíveis estão sendo cada vez mais utilizados.

ENERGIA RENOVÁVEL É aquela originária de fontes naturais que possuem a capacidade de regeneração (renovação), ou seja, não se esgotam. Exemplos de energia renovável: energia solar, energia eólica (dos ventos), energia hidráulica (dos rios), biomassa (matéria vegetal).

Sabemos que o Brasil é autossuficiente em petróleo. Produz, atualmente, mais de dois milhões de barris por dia (2 milhões de bep/dia e cada barril de petróleo equivale a 159 litros), e também tem destacada presença no cenário mundial como produtor de combustível de origem vegetal.

Combustão Relação Ar Combustível (RAC) Sabemos que, nos Motores de Combustão Interna, o combustível é que vai ser utilizado para dar energia ao motor e fazê-lo funcionar. Na realidade, para que ocorra a combustão e a energia do combustível se transforme em calor e, posteriormente, em trabalho, é necessário que ocorra uma mistura otimizada do combustível com o oxigênio. Essa mistura deve ter uma proporção adequada de combustível e ar, quando isso acontece, dizemos que a mistura é ideal (mistura estequiométrica). Quando a mistura ar combustível apresenta excesso de combustível, ela é rica.

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Quando a mistura ar combustível apresenta excesso de ar, então, ela é pobre.

Resumindo, a mistura ar combustível que é aspirada pelo motor, pode ser: –– Rica (excesso de combustível) –– Ideal (proporção correta de ar combustível) –– Pobre (excesso de ar) Lembrando que a ocorrência da combustão só é possível na presença de três elementos: –– Combustível; –– Oxigênio ou comburente (oxigênio contido no ar); –– Calor. Como pode ser observada na fig. 1, nos MCI, a combustão ocorre no interior do motor, num recinto denominado câmara de combustão (v) e como resultado o motor libera: –– Potência que o movimenta; –– Gases de escape; –– Calor.

Figura 1. Resultado da combustão nos motores automotivos

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Infelizmente, nos MCI o rendimento ainda é muito baixo, na faixa de 25% a 40%, isso ocorre, porque a maior parte da energia contida nos combustíveis se transforma em gases de descarga e calor. Quando a combustão é ideal (estequiométrica), a reação do combustível com o oxigênio produz calor que faz o motor funcionar mais os gases de descarga que são formados por dióxido de carbono e água. A presença de outros gases no escape, quando a mistura é incorreta, será estudado na aula 2. No caso dos veículos com álcool etílico anidro combustível, a equação que representa a combustão ideal é dada por: C2H5OH + 3O2

2CO2 + 3H2O

Na equação apresentada, a pergunta que cabe nesse momento é: de onde vem o oxigênio que é misturado ao etanol? Sabemos que o ar atmosférico é formado por oxigênio, nitrogênio e outros gases (em pequenas proporções), ou seja, o ar pode ser considerado uma mistura de oxigênio e nitrogênio com a seguinte proporção: Ar = 21% O2 + 79% N2 (em volume) Como exemplo, vamos calcular a Relação Ar/Combustível (RAC) para a combustão do etanol no interior da câmara de combustão de um MCI? Sabe-se que o AEAC, também conhecido como etanol, tem a seguinte fórmula química, C2H5OH. A expressão química que representa a combustão do AEAC com o oxigênio é dada por: (a) C2H5OH + (b) O2

Aplicando um balanço estequiométrico, para que as quantidades nos reagentes seja igual as quantidades nos produtos (1ª Lei da Termodinâmica), chega-se a: (1) C2H5OH + (3) O2

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(2) CO2 + (3) H2O

(Eq. I)

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Em que: (a) = 1 (b) = 3 (c) = 2 (d) = 3 Lembrando que a massa molecular de cada componente é, aproximadamente, dada por: C = 12 H=1 O = 16 Substituindo as respectivas massas na equação (I) tem-se: (1) C2H5OH + (3) O2 (1) (12*2+1*6+16*1) + (3) (16*2) 46 kg C2H5OH + 96 kg O2

(2) CO2 + (3) H2O (2) (1*12+16*2)+ (3) (2*1+16*1)

88 kg CO2 + 54 kg H2O

(Eq. II)

Aplicando a 1ª lei da termodinâmica, observa-se que a soma das massas dos reagentes (46 kg + 96 kg = 142 kg) é igual a soma das massas dos produtos (88 kg + 54 kg = 142 kg) Na (Eq. II), dividindo cada termo por 46 kg, chega-se a: 1 kg C2H5OH + 2,1 kg O2

1,9 kg CO2 + 1,2 kg H2O

Esses 2,1 kg de O2 é a quantidade de oxigênio, em massa, necessária para que ocorra a combustão ideal. Em termodinâmica, aprendemos que o ar atmosférico tem a seguinte composição em volume: 79% de N2 21% de O2

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Transformando essa composição do ar de volume, para massa, tem-se: 0,79 x 28 = 22,12 kg de Nitrogênio 0,21 x 32 = 6,72 kg de Oxigênio soma

= 28,84 kg de Ar

Assim, verificamos que em cada 28,84 kg de Ar, 6,72 kg é Oxigênio. Para encontrar a massa de ar (y) que se combina com 2,1 kg de O2, utiliza-se a regra: y

kg de ar

para

28,84 kg de ar

tem

2,1 kg de O2 6,72 kg de O2

y kg de ar = 2,1 (28,84/6,72) = 2,1 (4,3) = 2,1 (constante) = 9 y = (RAC) = 9 kg de ar/1 kg de combustível (C2H5OH) RAC = 9/1 Essa é a Relação Ar/Combustível para o AEAC, ou seja: RACAEAC = 9 De modo semelhante, é possível calcular a RAC para qualquer outro tipo de combustível. Utilizando o mesmo procedimento, calcula-se o RAC e chegase a: • Gasolina pura

RAC = 15/1

• Gasolina real

RAC = 13,5/1

• Gás Natural

RAC = 17/1

Veículos com motor flex: • Quando estiver utilizando apenas gasolina, o RAC é 13,5/1. • Quando estiver utilizando apenas etanol o RAC é 9/1.

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Nos veículos flex, quando no tanque de combustível foi colocado tanto gasolina quanto álcool, o procedimento para cálculo do RAC é realizado como mostrado na tabela 2, conhecida no Gerenciamento Eletrônico de Motores como mapa. Por isso, os mecânicos falam tanto em injeção mapeada. Tabela 2. Exemplo de mapa utilizado para motores flex. Combustível no tanque do veículo flex

Percentual de gasolina e etanol

RAC calculado (mapa)

Gasolina real (G)

G100 + A0

13,5:1

20% de AEHC

G80 + A20

12,6:1

40% de AEHC

G60 + A40

11,7:1

...

60% de AEHC

G40 + A60

10,8:1

80% de AEHC

G20 + A80

9,9:1

100% de AEHC (A)

G0 + A100

9:1

Como será visto mais detalhadamente na aula 04 (Sensores Automotivos), o sensor de oxigênio dos gases de descarga (HEGO), mais conhecido como sonda lambda, informa a Unidade de Comando Eletrônica (UCE) qual a proporção de cada combustível existente no tanque dos veículos com motor flex.

Fator Lambda O fator lambda (l) é utilizado para analisar o processo de combustão e informa se o mesmo acontece no padrão ideal (l =1).

Glossário Fator Lambda (l)

Fator lambda é uma relação entre a Relação Ar Combustível Real e a Relação Ar Combustível Ideal Fator Lambda = RACreal/RACideal

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l > 1 indica Mistura Pobre l = 1 indica Mistura Ideal l < 1 indica Mistura Rica

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RACreal é a mistura, realmente, admitida no interior do cilindro. RACideal é a mistura estequiométrica calculada. O Fator Lambda mede o desvio da mistura, realmente, admitida no interior do cilindro, sendo utilizado para caracterizar os diferentes tipos de mistura, independente do tipo de combustível usado. l > 1 indica Mistura Pobre l = 1 indica Mistura Estequiométrica l < 1 indica Mistura Rica Nos motores, a condição de máximo rendimento, com menor consumo de combustível e menor nível de emissões ocorre quando l = 1, que indica a Mistura Estequiométrica O Gerenciamento Eletrônico do Motor, como estamos aprendendo, atua no sentido de manter nas diversas fases de seu funcionamento esta condição. No passado, esse controle era, totalmente, mecânico e o responsável por essa estratégia de funcionamento era o carburador.

Saiba mais O Brasil é autossuficiente em petróleo, porém importa boa parte do óleo diesel que é consumido no país. É por isso que a refinaria que a Petrobras está construindo em Pernambuco é mais voltada para produzir diesel.

Estudo de caso No Brasil, atualmente, quando se abastece o veículo com gasolina é adquirida, na realidade, uma mistura que contém entre 20% e 25% de AEAC. Como se mede a quantidade percentual de AEAC misturado a gasolina? Para realizar tal atividade, ou seja, testar se a % de AEAC presente na mistura está dentro do padrão, são necessários os seguintes materiais: • 2 provetas de 100 mL; • água destilada; • sal. A gasolina deve ser adquirida no posto de combustível mais próximo e deve ser, preferencialmente, do tipo C.

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Colocar 50 mL da água numa proveta e 50 mL de gasolina na outra proveta. Transferir a água para proveta da gasolina, inserir um pouco de sal e agitar. Como o etanol é mais higroscópico do que a gasolina, ele vai formar uma mistura homogênea com a água e ficar na parte de baixo da proveta, porque, a densidade da mistura água + etanol é maior do que a densidade da gasolina. Medir o volume real de gasolina pura, na parte superior da proveta, e através de uma regra de três simples, estabelecer o % volumétrico de etanol preexistente na gasolina.

Exercício Calcular a Relação Ar Combustível (RAC) para o motor de um Palio ELX 1.0 flex, sabendo-se que no tanque de 50 litros do mesmo encontram-se 30 litros de etanol e 20 litros de gasolina. Solução: Para solução de problemas técnicos, inicialmente, deve-se relacionar um conjunto de informações preliminares de interesse, nesse caso, sabe-se que: • RACgasolina pura = 15/1 • RACAEAC = 9/1 • A gasolina brasileira tem, atualmente, 25% de AEAC misturado. Com essas informações, o RAC da gasolina real será: RACgasolina real = 0,75 RACgasolina pura + 0,25 RACAEAC RACgasolina real = 0,75 (15) + 0,25 (9) = 11,25 + 2,25 RACgasolina real = 13,5 Agora temos as informações necessárias para solução, lembrando que o tanque do Palio tem capacidade de 50 litros, portanto 30 litros de gasolina brasileira representam 30/50 = 60% e 20 litros de AEHC (etanol hidratado) representa 20/50 = 40%

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Concluindo, teremos: RACfinal = 0,6 RACgasolina real + 0,4 RACAEHC RACfinal = 0,6 (13,5) + 0,4 (9) = 8,1 + 3,6 RACfinal = 11,7 A pergunta que o estudante deve estar se fazendo nesse momento é a seguinte: Como é que o motor identifica esse valor de RAC e qual estratégia é utilizada? A sonda lambda (HEGO) posicionada no coletor de descarga do motor, mede a quantidade de oxigênio presente nos gases de descarga e passa essa informação a Unidade e Comando Eletrônico (UCE), que calcula em um mapa a RAC real e passa essa informação ao bico injetor para que ele injete a quantidade de combustível correta. Isso é o que chamamos de controle em malha fechada, que será estudado com mais detalhes nas aulas seguintes.

Resumo Nesta aula, aprendemos que os principais combustíveis utilizados nos motores veiculares no Brasil são a gasolina, o etanol, o gás natural, o óleo diesel e o B5 (óleo diesel com 5% de biodiesel). Foram apresentadas as características mais importantes de cada combustível e aprendemos a calcular a relação ar combustível (RAC) para qualquer combustível. Manter essa relação na faixa ideal é fundamental para que o motor funcione de modo econômico, emitindo o mínimo de gases poluentes. Foi apresentado um pouco da história do desenvolvimento dos motores, mostrando que, atualmente, o Brasil é autossuficiente em petróleo e tem grande potencial na produção de biocombustíveis, principalmente etanol e biodiesel. Foi mostrado como é possível testar a gasolina para verificar qual o teor de etanol presente, uma vez que, no Brasil, a gasolina é comercializada com um percentual de etanol misturado. Finalmente, foi mostrado que uma função importante do sistema de Gerenciamento Eletrônico do Motor (GEM) é manter a mistura estequiométrica durante as diversas fases de funcionamento do motor, evitando as misturas pobres e ricas.

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Referências

BOSCH, ROBERT. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª edição alemã. São Paulo: Edgard Blücher. 2005. CARDOSO, LUIZ CLÁUDIO. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark. 2008. KNOTE, G.; VAN GERPEN, J.; KRAHL, J. & RAMOS, L.P. Manual de biodiesel. São Paulo: Edgard Blücher. 2008. MANAVELLA, HUMBERTO JOSÉ. Controle integrado do motor – sistemas de injeção e ignição eletrônica. São Paulo. 2004. PENIDO, PAULO. Os motores de combustão interna. Volumes I e II, Belo Horizonte, MG. Editora Lemi. 1993.

Referências de sites http://www.oficinabrasil.com.br/ http://carsale.uol.com.br/ http://www.mecanicaonline.com.br/ http://www.anfavea.com.br

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Aula 2 - Emissões Veiculares

Objetivos Conhecer quais são as características das emissões encontradas nos veículos automotores. Aprender quais são as tecnologias utilizadas para reduzir essas emissões e como o Gerenciamento Eletrônico dos Motores tem contribuído para mantê-las dentro dos padrões recomendados pelos órgãos de controle ambiental. Apresentar o mecanismo de funcionamento do mercado de créditos de carbono e sua relação com o setor automotivo.

Assuntos Vamos aprender nesta aula que a maior parte das emissões automotivas são resultantes da combustão que ocorre no interior dos motores. Veremos como elas se formam e quais são as estratégias utilizadas para reduzi-las, atendendo a limites estabelecidos pelos órgãos de controle ambiental. Vamos estudar como o desenvolvimento da tecnologia de Gerenciamento Eletrônico do Motor tem contribuído para reduzir a níveis cada vez menores essas emissões. As emissões automotivas são fontes de emissão de dióxido de carbono (CO2) que é um gás de efeito estufa. Vamos aprender a calcular a quantidade de dióxido de carbono emitida por um veículo quando ele realiza uma viagem, e qual a relação que isso tem com o aquecimento global e o mercado de créditos de carbono.

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Introdução Ao estudar esta aula, o aluno estará preparado para compreender como são formadas as emissões automotivas e quais são as normas e tecnologias utilizadas para reduzi-las. Muito do desenvolvimento do Gerenciamento Eletrônico do Motor se deve a necessidade de atender normas do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), que impõe limites cada vez mais rígidos aos produtos da combustão. Os veículos leves (automóveis) são os maiores responsáveis pelas emissões de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HC) e dióxido de enxofre (SO2). Os veículos pesados (caminhões e ônibus) são os maiores responsáveis pelas emissões de óxidos de nitrogênio (NOX), de material particulado (MP) e dióxido de enxofre (SO2). Por motivos construtivos e termodinâmicos, os motores dos automóveis, do ciclo Otto, trabalham com menos ar e tendem a formar mais monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos não queimados (HC). Por outro lado, os motores dos veículos pesados do ciclo diesel, trabalham com excesso de ar e tendem a formar mais óxidos de nitrogênio (NOX) e material particulado (MP).

Emissões Automotivas Fontes de emissões Nos veículos as fontes, potencialmente, geradoras de emissões estão: • Nos gases de descarga; • Na evaporação do combustível armazenado no tanque; • Nos vapores de combustível não queimado que ficam acumulados no cárter do motor. Na fig.1, é apresentado um esquema representativo dessas fontes geradoras de emissões automotivas.

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Figura 1. Representação das principais fontes de emissões nos motores automotivos

Nos gases de descarga, quando a combustão é completa, teoricamente, teríamos apenas dióxido de carbono (CO2), vapor de água (H2O) mais o nitrogênio (N2) e os outros gases contidos no ar que deveriam passar sem alterações pelo processo de combustão. Na realidade, vamos observar que o processo de combustão é quase sempre incompleto, resultando na presença de outros gases, além dos mencionados, que são, altamente, nocivos ao meio ambiente. Dentre esses gases poluentes, destacam-se o monóxido de carbono (CO) os hidrocarbonetos não queimados (HC) e os óxidos de nitrogênio (NOX). No caso da evaporação do combustível armazenado no tanque dos veículos, quando o seu vapor é descartado, diretamente, no ambiente, ele contribui elevar a poluição atmosférica. Nossa gasolina é muito volátil e tende a ter esse comportamento, principalmente, quando a temperatura do ambiente é elevada. Quanto aos vapores de combustível não queimado, durante o processo de combustão, no interior da câmara e que vão se acumulando no cárter do motor, contribuem para reduzir a vida útil das peças com as quais mantém contato.

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Glossário Conceito de poluição Na Legislação Brasileira, a poluição é definida em termos gerais pela lei nº 6.938, de 31 de agosto de 1981, no art. 3º, III, como:

Características das emissões automotivas No quadro apresentado na fig. 2, podemos observar quais são os gases obtidos quando ocorre a combustão completa e também quando acontece a combustão incompleta. Neste quadro também é possível relacionar cada tipo de emissão com o combustível que está sendo utilizado.

“A degradação da qualidade do ambiente resultante de atividade que direta ou indiretamente: prejudique a saúde, a segurança, o bem-estar da população; crie condições adversas as atividades sociais e econômicas; afete, desfavoravelmente, a biota; afete as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente; lance matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais estabelecidos”.

Figura 2. Tipos de emissões relacionadas ao combustível utilizado

Dos gases resultantes da combustão incompleta merecem maior atenção o monóxido de carbono, os hidrocarbonetos não queimados e os óxidos de nitrogênio. Os aldeídos são emitidos quando o combustível utilizado é o etanol. A seguir são apresentadas as principais características de cada uma dessas emissões: • Monóxido de carbono (CO); • Hidrocarbonetos não queimados (HC); • Dióxido de nitrogênio (NO2). Monóxido de carbono (CO) é tóxico, porque é absorvido pelos glóbulos vermelhos do sangue, inibindo a absorção do oxigênio necessário à vida.

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A toxicidade dos hidrocarbonetos não queimados (HC) e óxidos de nitrogênio (NOX), por outro lado, surge indiretamente como resultado de reações fotoquímicas entre eles e a luz solar, levando à produção de outras substâncias químicas. Há dois principais óxidos de nitrogênio: O ácido nítrico e dióxido de nitrogênio, NO e NO2 do qual o segundo é o de maior significância, considerando seus efeitos tóxicos fotoquímicos. Sob a influência de radiação solar, o NO2 reage e forma o NO + O, o átomo de oxigênio é altamente reativo e combinado com O2 forma o ozônio O3. Normalmente, o O3 se combinaria com o NO para formar NO2 novamente, mas a presença de hidrocarbonetos inibe essa reação e contribui para o aumento da concentração de ozônio. O ozônio, então, permanece de uma maneira complexa, a se combinar com as outras substâncias para formar matérias químicas que combinadas com a umidade atmosférica, produzem uma névoa esfumaçada, agora conhecida como smog. Hidrocarbonetos não queimados (HC) podem vir da evaporação do combustível, bem como da abertura do tanque de gasolina, como também devido à combustão ineficiente causada por uma ignição defeituosa, turbulência inadequada ou mistura rica.

Controle das emissões As tecnologias utilizadas para controlar o nível das emissões automotivas, serão divididas em: • Pós-controle; • Pré-controle. Quando o equipamento e a estratégia de controle ocorrem depois da câmara de combustão é chamada de pós-controle. Quando o equipamento e a estratégia de controle ocorrem antes da câmara de combustão é chamada de pré-controle.

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Pré-controle O sistema antievaporativo de combustível mostrado na fig. 3 serve para impedir que os vapores de combustível do tanque cheguem à atmosfera e poluam o ar ambiente. Os vapores de gasolina formados no tanque passam pela válvula plurifuncional que permite a passagem dos vapores, mas impede a passagem do combustível líquido quando o tanque de combustível está cheio ou em caso de capotamento. À medida que a gasolina evapora, a pressão dentro do tanque tende a aumentar, quando ela atinge um valor, suficientemente, elevado, a válvula de ventilação se abre e o vapor de gasolina segue para o canister. Quando o vapor de gasolina chega ao cânister, que é um filtro de carvão ativado, os vapores ficam retidos e somente ar puro é lançado na atmosfera. Se o motor estiver funcionando em regime acelerado e o valor de lambda for maior que 1, a eletroválvula do canister se abre, então os vapores de gasolina vão para o corpo de borboleta e são queimados no motor. A válvula EGR (Exhaust Gás Recirculation) permite a recirculação dos gases de escape. A recirculação de uma parte dos gases de escape, integrando-os à mistura admitida nos cilindros, é uma medida eficiente para a redução do nível de NOX.

Figura 3: Componentes do sistema antievaporativo

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Pós-controle O equipamento responsável pelo controle pós-combustão mais utilizado é o catalisador.

Catalisadores Principal componente do sistema de pós-tratamento dos gases de escape, sendo seu uso, muito eficaz na redução das emissões nocivas resultantes da combustão. O catalisador de três vias, mostrado na fig. 4, é o mais utilizado atualmente. Consegue reduzir (converter), os três componentes mais nocivos (CO, HC, NOX) simultaneamente e com elevada eficiência de conversão, como mostrado na fig. 4. Para obter máxima eficiência de conversão, o catalisador deve processar gases que sejam o resultado da queima de misturas próximas da estequiométrica (ideal). Isso impõe a utilização de métodos de formação e controle de mistura de elevada precisão. Outro requisito é que o sistema de ignição deverá funcionar corretamente, já que todo ciclo de ignição, que não produz a faísca com a suficiente qualidade, provoca o aumento do nível de HC no escape devido à queima incompleta da mistura.

Figura 4. Catalisador de três vias

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Saiba mais Poluição: automóveis x caminhões e ônibus Os veículos leves (automóveis) são os maiores responsáveis pelas emissões de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HC) e de parte do dióxido de enxofre (SO2). Os veículos pesados (caminhões e ônibus) são os maiores responsáveis pelas emissões de óxidos de nitrogênio (NOX), de material particulado (MP) e de parte do dióxido de enxofre (SO2).

Cuidados com o catalisador Em casos extremos, o mau funcionamento de um sistema de alarme instalado de forma incorreta, ou/e o funcionamento defeituoso do sistema de ignição, podem provocar a rápida deterioração do catalisador. Nesses casos extremos, pode haver acúmulo de combustível não queimado dentro do mesmo. Quando atingida a temperatura de funcionamento, em torno de 300ºC a 400ºC, o combustível acumulado no catalisador pode entrar em combustão e provocar um aumento exagerado da temperatura interna, acima dos 700ºC. Esses níveis de temperatura podem resultar na fusão do catalisador e no seu entupimento, impedindo até, o funcionamento do motor.

Estudo de caso Uma pergunta que é muito comum na área automotiva é: • Como é calculada a quantidade de CO2 emitida por meu veículo quando realizo uma viagem com o mesmo? • Como compensar essa quantidade de CO2 emitida, ou seja, como funciona a lógica de compensação? Para entendermos o mecanismo de cálculo, vamos tratar de um caso real. No ano de 2009, uma empresa com sede em Recife (RecSTS) tem uma frota de 50 veículos da marca VW Gol, que viaja, cada um, em média 900 km por dia, transportando mercadorias e passageiros para Serra Talhada e Salgueiro, municípios localizados no sertão pernambucano. Sabendo-se que todos os veículos são flex e cada um tem um kit Gás Natural Veicular (GNV) instalado e, quando utiliza apenas gasolina cada veículo consome 12 km por litro, com etanol o consumo é de 9 km/litro e com GNV faz 10 km/m3.

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Solução: Para solução de problemas técnicos, inicialmente, deve-se relacionar um conjunto de informações preliminares de interesse; nesse caso, sabe-se que: –– Aprendemos, na aula 1, a calcular a quantidade de CO2 emitida para cada combustível, cujos valores estão apresentados na tabela 1. Tabela 1. Quantidade de CO2 emitido, em massa e em volume, para cada combustível. Combustível

Estequiometria

Relação de CO2 em Massa

Relação de CO2 em Volume

Gasolina pura

C9H20 + 14 O2 = 9 CO2 + 10 H2O

1 kg = 3,09 kg CO2

1 L = 2,26 kg CO2

Etanol

C2H5OH + 3 O2 = 2 CO2 + 3 H2O

1 kg = 1,91 kg CO2

1 L = 1,51 kg CO2

GNV

CH4 + 2 O2 = 1 CO2 + 2 H2O

1 kg = 2,75 kg CO2

1 m3 = 2,14 kg CO2

Gasolina C

75% de G + 25% de AEAC

1 kg = 2,79 kg CO2

1 L = 2,07 kg CO2

Com os dados da tabela 3, vamos calcular a emissão diária de cada gol:

Saiba mais

Quando utiliza gasolina: Efeito Estufa na Terra

Como faz 12 km/L, diariamente, para 900 km gasta 75 L. Se cada litro emite 2,07 kg CO2, então, para 75 litros diários de gasolina emite (75) 2,07 = 155,25 kg CO2. Como são 50 carros, teremos, por dia, 155,25 (50) = 7.762,50 kg CO2.

A principal consequência do efeito estufa é o aquecimento observado na superfície terrestre, popularmente conhecido, como aquecimento global. Dentre os gases causadores do efeito estufa se destaca o dióxido de carbono (CO2), em grande parte, produzido na descarga dos veículos automotores.

Em 1 (um) dia, a frota emite 7.762,50 kg CO2. Em 1 (um) ano, a frota emite 7.764,50 (365) = 2.834 t CO2.

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Quando utiliza etanol: Como faz 9 km/L, para 900 km gasta 100 L. Se cada litro emite 1,51 kg CO2, então, para 100 litros diários de etanol emite (100) 1,51 = 151,00 kg CO2. Como são 50 carros, teremos, por dia, 151,00 (50) = 7.550,00 kg CO2. Em 1 (um) dia, a frota emite 7.550,00 kg CO2. Em 1 (um) ano, a frota emite 7.550,00 (365) = 2.756 t CO2. Quando utiliza GNV: Como faz 10 km/m3, para 900 km gasta 90 m3. Se cada m3 emite 2,14 kg CO2, então, para 90 m3 diários de GNV emite (90) 2,14 = 192,60 kg CO2. Como são 50 carros, teremos, por dia, 192,60 (50) = 9.630,00 kg CO2. Em 1 (um) dia, a frota emite 9.630,00 kg CO2. Em 1 (um) ano, a frota emite 9.630,00 (365) = 3.515 t CO2. Sabemos que 1 (um) crédito de carbono equivale a 1 (uma) tonelada de CO2. (1 CR = 1 t CO2 = 1.000 kg CO2) Assim, dependendo do combustível utilizado pelos veículos da empresa RecSTS, ela emite por ano, o equivalente a: –– 2.833 CR quando utiliza gasolina; –– 2.756 CR quando utiliza etanol; –– 3.515 CR quando utiliza GNV. A escolha pelo combustível a ser, realmente, utilizado depende também de outros fatores associados à logística da empresa, em que o preço de cada litro ou de cada m3 tem um forte poder de influência na decisão.

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As perguntas que cada um deve estar fazendo, nesse momento, são as seguintes: Qual a estratégia que a RecSTS pode adotar para compensar as emissões de CO2 que despejou no meio ambiente? Como fazer isso? Qual o investimento necessário para essa compensação? Qual a estratégia que a RecSTS pode adotar no ano seguinte para reduzir a quantidade de emissões de CO2 em relação aos valores do ano anterior? Se em 2010 a RecSTS emitir 250 t CO2 a menos que em 2009, terá direito a receber um crédito devido a essa atitude. Quem paga? A resposta essas e a outras questões estarão contempladas no livro de exercícios resolvidos.

Exercícios 1. Por que no Brasil ainda não se utiliza catalisador em motores diesel? R – Porque o óleo diesel usado no Brasil contém enxofre (S) e esse elemento químico contribui para reduzir a vida útil do catalisador. 2. O que é, e como funciona o catalisador automotivo? R – É um equipamento de pós-tratamento dos gases de descarga que permite obter uma diminuição dessas emissões. Possui os seguintes componentes: –– Carcaça metálica; –– Substrato com revestimento; –– Isolante amortecedor (lã de vidro). A ação do catalisador se inicia quando atinge uma temperatura de 250°C a 300°C, nessa condição, ele terá uma eficiência de 50%. A temperatura ideal de funcionamento está entre 400°C e 600°C, atingindo assim uma eficiência de 90% a 95%.

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Resumo Nesta aula, aprendemos quais são as principais emissões automotivas e suas características. Vimos que o desenvolvimento dos sistemas de Gerenciamento Eletrônico dos Motores (GEM) ocorreu para reduzir a emissão de poluentes e atender as normas nessa área, que são cada vez mais exigentes. Aprendemos também que os veículos leves (automóveis) são os maiores responsáveis pelas emissões de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HC) e do dióxido de enxofre (SO2), enquanto os veículos pesados (caminhões e ônibus) são os maiores responsáveis pelas emissões de óxidos de nitrogênio (NOx), de material particulado (MP) e do dióxido de enxofre (SO2). Foi apresentado como funciona o controle das emissões, através dos mecanismos de pré-controle e pós-controle, com destaque para explicar o funcionamento dos catalisadores veiculares. Finalmente, foi mostrado que os veículos, em geral, são os grandes responsáveis pela emissão de gases de efeito estufa, principalmente o CO2. Foi mostrado como calcular a quantidade de CO2 emitida por qualquer veículo quando realiza uma viagem, e apresenta um estudo de caso que ensina como funciona o mercado de créditos de carbono na área de emissão de CO2 veicular.

Referências BOSCH, Robert. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª edição alemã. São Paulo: Edgard Blücher. 2005. BRANCO, Samuel Murgel. Energia e meio ambiente. São Paulo: Editora Moderna. 1990. BRAGA, Benedito et al. Introdução à engenharia ambiental. São Paulo: Pearson Prentice Hall. 2005. CARDOSO, Luiz Cláudio. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark. 2008. MANAVELLA, Humberto José. Controle integrado do motor – sistemas de injeção e ignição eletrônica. São Paulo. 2004. PENIDO, Paulo. Os motores de combustão interna. Volumes I e II, Belo Horizonte, MG. Editora Lemi. 1993.

Referências de sites http://www.oficinabrasil.com.br/

http://www.thomson-net.com.br/ http://www.mecanicaonline.com.br/ http://www.anfavea.com.br http://www.mma.gov.br/conama http://www.petrobras.com.br e-Tec Brasil

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Aula 3 - Sistemas de Controle Eletrônico

Objetivos O objetivo desta aula é apresentar noções de controle eletrônico. Os conceitos apresentados são gerais e, portanto, podem ser aplicados a qualquer sistema de eletrônica embarcada, como freio ABS ou sistemas de injeção/ignição eletrônica.

Assunto Vamos aprender nesta aula como funcionam as estratégias de controle eletrônico nos motores e suas principais características.

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Glossário A unidade de comando eletrônica (módulo eletrônico de controle) também é conhecida nos ambientes de oficina veicular como centralina.

Introdução Os sistemas de controle são utilizados para comandar ou gerenciar a operação de outro sistema denominado sistema controlado. No caso dos motores veiculares, podemos afirmar que o motor é o sistema controlado, enquanto a unidade de comando eletrônica (UCE) é o controlador ou simplesmente sistema de controle. A UCE controla a mistura ar/combustível, visando à obtenção da máxima eficiência do motor com o mínimo de emissões no escapamento. O dispositivo controlador para ser eficiente deve ter os seguintes requisitos: –– –– –– –– ––

precisão; velocidade de resposta elevada; estabilidade; imunidade; confiabilidade.

Na fig.1, é mostrada uma representação esquemática de um controlador e a unidade de comando, dirigindo um sistema de controle, nesse caso, a injeção eletrônica.

Figura 1. Exemplo de controlador e sistema controlado.

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Sistema de controle eletrônico A função unidade de comando eletrônica (UCE) é prover a relação ar/combustível ótima, no momento mais apropriado, para obter o melhor desempenho, sob todas as condições de operação (rotação e carga) do motor. A unidade de comando deve conhecer as condições de funcionamento do motor, principalmente: –– –– –– –– ––

temperatura do líquido de arrefecimento; posição da borboleta de aceleração; pressão absoluta do coletor; rotação do motor; massa de ar admitida.

Massa de ar admitida, ou um conjunto de informações que permita calcular tal massa. As informações dessas condições de funcionamento do motor são passadas à unidade de comando através dos sensores. Recebidas as informações dos sensores, a unidade de comando orienta os atuadores para executar a ação. Os principais elementos e funções controlados pela unidade de comando eletrônica são: • Injeção de combustível; • Rotação de marcha lenta; • Avanço do ponto de ignição; • Dispositivos auxiliares de controle de emissões, válvula EGR, válvula de purga do canister e outros. Na fig. 2, é mostrada uma representação esquemática de um sistema de gerenciamento eletrônico de um motor automotivo, com os sensores, a unidade de comando eletrônica (módulo) e os atuadores.

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Figura 2. Sistema de gerenciamento eletrônico de um motor

Tipos de Sistemas de Injeção Eletrônica Os sistemas de injeção para motores do ciclo Otto são classificados de duas formas: 1. Número de pontos de injeção; 2. Posição em que é injetado o combustível.

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1. Número de pontos de injeção • Injeção monoponto (single point) também conhecida como EFI (Eletronic Fuel Injection) mostrada na fig. 3.

Figura 3. Sistema de injeção indireta monoponto

• Injeção multiponto (multi point) também conhecida como MPFI (multi Point Fuel Injection) mostrada na fig. 4.

Figura 4. Sistema de injeção indireta do tipo multiponto

2. Posição onde é injetado o combustível • Injeção indireta (atualmente a mais utilizada) mostrada na fig. 5.

Figura 5. Sistema de injeção indireta do tipo multiponto

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• Injeção direta (nos veículos mais modernos) mostrada na fig. 6. Nesse caso o combustível é injetado, diretamente, na câmara de combustão.

Figura 6. Sistema de injeção direta do tipo multiponto

Histórico • Em 1953, a Bosch apresenta os primeiros sistemas de injeção eletrônica para motores do ciclo Otto; • Os primeiros veículos em série usando injeção de combustível foram os Mercedes 300SL em 1955; • No Brasil, no final da década de 80, são montados os primeiros sistemas em substituição aos carburadores.

Métodos de dosagem do combustível Os dois métodos mais empregados para dosagem do combustível e consequente formação da mistura em motores do ciclo Otto são: 1. Sucção do combustível usando carburador; 2. Injeção de combustível usando injeção eletrônica.

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Carburador Nos motores com carburador, o combustível é trazido do reservatório para a cuba do carburador, pela bomba de combustível, ficando na cuba à pressão atmosférica. O ar aspirado ao passar no venturi do carburador, que é uma redução do diâmetro da câmara de carburação, aumenta sua velocidade e diminui sua pressão. Como a pressão no venturi é menor do que a pressão na cuba, a gasolina é succionada da cuba para o Venturi, sendo aí formada a mistura ar/ combustível, como pode ser observado na fig. 7.

Figura 7. Sistema de dosagem do combustível usando carburador

Injeção de combustível usando injetores Nos sistemas injetados, o combustível é trazido do reservatório, pela bomba, a uma pressão, ligeiramente, maior que a atmosférica. Com tal sobrepressão, o combustível é injetado em algum ponto da corrente de ar que se dirige aos cilindros, na forma de finas gotículas, formando assim a mistura. A injeção se efetua através de um dispositivo denominado válvula de injeção ou injetor mostrado na fig. 8.

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Figura 8. Sistema de dosagem do combustível usando injetores

Resumo Nesta aula, aprendemos os princípios básicos de funcionamento de um sistema de Gerenciamento Eletrônico do Motor (GEM). Foi mostrado o que é o controlador e o sistema controlado, destacando as características mais importantes de cada um. Aprendemos a classificar os tipos de sistemas de injeção eletrônica em relação ao número de pontos de injeção e em relação à posição onde é injetado o combustível. Foi apresentado um histórico da evolução dos sistemas de gerenciamento de combustível e, por isso, foi mostrado o funcionamento do carburador, que é o precursor dos sistemas eletrônicos atualmente utilizados. Finalmente, foi apresentado o funcionamento do sistema de injeção de combustível usando injetores, mostrando suas principais características e o funcionamento de cada componente desse sistema, que contribui para que os motores sejam mais econômicos e menos poluentes.

Referências BOSCH, ROBERT. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª edição alemã. São Paulo: Edgard Blücher. 2005. CARDOSO, LUIZ CLÁUDIO. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark. 2008. KNOTE, G.; VAN GERPEN, J.; KRAHL, J. & RAMOS, L.P. Manual de biodiesel. São Paulo: Edgard Blücher. 2008. MANAVELLA, HUMBERTO JOSÉ. Controle integrado do motor – sistemas de injeção e ignição eletrônica. São Paulo. 2004. PENIDO, PAULO. Os motores de combustão interna. Volumes I e II, Belo Horizonte, MG. Editora Lemi. 1993. e-Tec Brasil

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Referências de sites http://www.oficinabrasil.com.br/

http://www.thomson-net.com.br/ http://www.mecanicaonline.com.br/ http://www.anfavea.com.br http://www.mma.gov.br/conama http://www.petrobras.com.br http://www.bosch.com.br http://www.siemens.com.br

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Aula 4 - Sensores Automotivos

Objetivo Ao estudar esta aula, o estudante vai aprender a identificar os principais sensores presentes nos motores do ciclo Otto, suas caracterĂsticas e como funciona cada um.

Assunto Vamos aprender nesta aula quais sĂŁo e como funcionam os sensores empregados nos motores automotivos.

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Sensores Em toda aplicação de sistemas de gerenciamento eletrônico de motores é necessário medir quantidades físicas tais como temperatura, pressão, rotação, posição, etc. que são denominadas variáveis. Os sensores são os dispositivos responsáveis de medir essas variáveis e enviar os valores a unidade de comando que processa as informações recebidas e passa a execução da atividade aos atuadores. No caso de sistemas de injeção eletrônica, o objetivo a ser atingido é o de máxima eficiência de conversão do combustível em potência com o mínimo de emissões. Para isso, a relação ar/combustível da mistura admitida é um parâmetro importante a ser controlado. As principais variáveis a serem consideradas para o correto controle da mistura são: –– –– –– –– –– –– –– –– ––

Massa de ar admitida; Pressão absoluta no coletor de admissão; Velocidade de rotação (rpm); Temperatura do líquido de arrefecimento; Temperatura do ar admitido; Pressão atmosférica; Posição da árvore de manivelas; Posição da borboleta da aceleração; Razão ar/combustível (fator Lambda) a ser aplicada.

Tipos de sensores Os sensores também são empregados em outras aplicações distintas dos motores. Independente da aplicação, os sensores mais utilizados são do tipo: –– –– –– ––

Termistores ou Resistores; Potenciômetros; Interruptores; Geradores de sinal.

Termistores ou Resistores São resistores cuja resistência se modifica, sensivelmente, com a variação de temperatura, como mostrado na fig. 1. São utilizados para medir temperaturas: do ar admitido, do motor e do ambiente.

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Figura 1. Sensor do tipo resistor

Potenciômetro São resistores de três terminais, um dos quais é móvel (cursor). Os outros dois terminais são para alimentação e massa do sensor. Os potenciômetros são utilizados para determinar a posição angular ou linear de dispositivos mecânicos. Por exemplo, a posição da borboleta de aceleração como observado na fig. 2.

Figura 2. Sensor do tipo potenciômetro

Interruptores São sensores que só podem assumir o estado ligado ou desligado como mostrado na fig. 3. São utilizados para sinalizar eventos simples como: ar condicionado ligado ou desligado, direção hidráulica sendo acionada, lâmpada ou alarme informando possível excesso de temperatura no sistema de arrefecimento.

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Figura 3. Sensor do tipo interruptor

Geradores de Sinal São sensores que geram seu próprio sinal elétrico para informar determinadas condições, como pode ser observado na fig. 4. São utilizados como sensores de rotação, de oxigênio, de massa de ar admitido.

Figura 4. Sensor do tipo gerador de sinal

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Sensores usados em motores automotivos Os sensores mais empregados nos motores veiculares do ciclo Otto são: • Sensor de Temperatura do Motor - ECT • Sensor de Rotação do Motor - CKP • Sensor de Posição da Válvula de Aceleração – TPS • Sensor de Pressão Absoluta do Coletor de Admissão – MAP • Sensor de Temperatura do Ar Admitido - ACT • Sensor da Massa de Ar Admitido - MAF • Sensor de Oxigênio (sonda lambda) - HEGO • Sensor de Velocidade do Veículo - VSS Veremos, a seguir, mais detalhes e características de cada um desses sensores:

Sensor de Temperatura do Motor – ECT (Engine Coolant Temperature) É um sensor do tipo NTC (Negative Temperature Coefficient), que diminui sua resistência quando aumenta a temperatura do motor. Quando a temperatura se modifica, também se modifica a resistência do sensor. Essa variação da resistência é transformada em um sinal de tensão variável, capaz de ser interpretado pela unidade de comando. Sua forma é mostrada na fig. 5. A informação desse sensor é utilizada para: –– Controlar a rotação de marcha lenta; –– Ajustar a relação ar/combustível da mistura; –– Determinar o avanço ideal da ignição.

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Figura 5. Foto de um sensor de temperatura

Qual a diferença de um sensor de temperatura NTC para um PTC? Nos sensores de temperatura do tipo NTC, o elemento sensor apresenta uma característica de resistência negativa em relação à temperatura, como mostrado na fig. 6. Os sensores de temperatura utilizados nos sistemas de injeção, geralmente, são do tipo NTC.

Figura 6. Curva característica de um sensor NTC

Os sensores do tipo PTC possuem coeficiente positivo de temperatura e a resistência aumenta quando cresce o valor da temperatura, como mostrado na fig. 7. Esse tipo de sensor é um resistor, sendo utilizado, geralmente, como aquecedor.

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Figura 7. Curva característica de um sensor PTC

Sensor de Rotação do Motor - CKP (Crankshaft Position) Esse sensor envia um sinal pulsado (digital) cuja frequência é proporcional à velocidade de rotação do motor (rpm). O sensor é um gerador de pulsos, instalado na base do distribuidor ou montado, junto com uma roda dentada, no eixo do virabrequim (árvore de manivelas) como mostrado na fig. 8. Essa informação é utilizada para: –– Controle do avanço da ignição que depende da velocidade de rotação; –– Determinação do momento da injeção do combustível.

Figura 8. Sensor CKP

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Sensor de Posição da Válvula de Aceleração – TPS (Throttle Position Sensor) O sensor de posição é um potenciômetro. Basicamente, um potenciômetro é um resistor variável de três terminais, um dos quais é denominado cursor, como mostrado na fig. 9. O cursor é solidário ao eixo da válvula de aceleração (borboleta) que ao girar, faz com que o cursor siga o movimento, enviando um sinal de tensão, continuamente variável. A informação enviada pelo sensor é utilizada para: –– Ajustar o avanço da ignição; –– Controlar a relação ar/combustível; ajustar o enriquecimento nas acelerações de acordo com a velocidade com que se abre a borboleta; empobrecimento da mistura nas desacelerações.

Figura 9. Sensor TPS

Sensor de Pressão Absoluta do Coletor de Admissão – MAP (Mass Air Flow) Esse sensor envia à unidade de comando um sinal elétrico cuja tensão ou frequência, varia com a pressão absoluta do coletor de admissão, como se pode observar na fig. 10. Com tal informação, a unidade de comando conhece a carga do motor e pode assim: –– Ajustar a relação ar/combustível; –– Calcular o avanço da ignição.

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Figura 10. Sensor MAP

Sensor de Temperatura do Ar Admitido - ACT (Air Charge Temperature) É constituído de um térmistor, mostrado na fig. 11, similar ao sensor de temperatura do motor, montado no coletor de admissão ou no corpo de borboleta e informa à unidade de comando a temperatura do ar, admitido no coletor de admissão. A informação é utilizada para: –– Controlar a relação ar/combustível; –– Determinar a massa de ar; –– Ajustar o ponto de ignição.

Figura 11. Sensores ACT

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Sensor da Massa de Ar Admitido - MAF (Mass Air Flow) A medição precisa da massa de ar admitida é de fundamental importância para o correto funcionamento do motor. O cálculo preciso da quantidade de combustível a ser injetada só é possível quando se conhece, com precisão, a massa de ar admitida. Existem diversos métodos para medir ou calcular a massa de ar admitido. Na fig. 12, é mostrado um sensor de massa de ar do tipo Medidor de Palhetas. O sensor está instalado entre o filtro de ar e o corpo de borboleta e é atravessado pelo fluxo de ar admitido.

Figura 12. Sensor MAF

Sensor de Oxigênio (sonda lambda) - HEGO (Heated Exhaust Gas Oxygen) É instalado no coletor de descarga ou na tubulação do escapamento e informa à unidade de comando a presença ou não de oxigênio nos gases de escape. A presença de oxigênio nos gases de escape é indicação da queima de mistura pobre. A ausência de oxigênio indica mistura rica ou estequiométrica.

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A partir dessa informação, a unidade de comando ajusta a quantidade de combustível injetada a fim de manter a relação ar/combustível da mistura no valor mais adequado às condições de funcionamento do motor, como mostrado na fig. 13. Nos motores de veículos flex, largamente, empregados no Brasil, esse sensor, através de um circuito de malha fechada, informa a UCE qual combustível está sendo utilizado, se gasolina, etanol ou mistura desses.

Saiba mais Nos motores flex, o sensor HEGO informa, através de um circuito de malha fechada, o combustível que está sendo utilizado.

Figura 13. Sensor HEGO

Sensor de Velocidade do Veículo - VSS (Vehicle Speed Sensor) É um dispositivo utilizado para medir a velocidade de deslocamento do veículo, e também, a distância percorrida pelo mesmo, registradas, respectivamente, no velocímetro e no odômetro. Sua saída é um sinal pulsado (digital) cuja variação de frequência é utilizada para calcular a velocidade de deslocamento do veículo. Geralmente, é instalado no eixo de saída da transmissão ou no eixo do velocímetro, sua forma é mostrada na fig. 14.

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Com essa informação e com o veículo se movimentando, a unidade de comando ajusta a rotação de marcha lenta para preparar o sistema para uma próxima desaceleração. Nos veículos com transmissão automática, essa informação serve também para controlar o bloqueio do conversor de torque.

Figura 14. Sensor VSS

Resumo Nesta aula, aprendemos que as principais variáveis do motor a serem controladas pelos sensores são a massa, temperatura e pressão do ar na entrada no coletor de admissão, juntamente com a rotação e a temperatura do motor, a posição da borboleta do acelerador e a quantidade de oxigênio nos gases de descarga. Para medir essas variáveis, foi mostrado que os sensores mais empregados são do tipo termistores ou resistores, potenciômetros, interruptores ou geradores de sinal. Foram relacionados os sensores usados em motores automotivos, com suas respectivas siglas, descrevendo-se as características e o mecanismo de funcionamento de cada um. Sensor de Temperatura do Motor – ECT, Sensor de Rotação do Motor – CKP, Sensor de Posição da Válvula de Aceleração – TPS, Sensor de Pressão Absoluta do Coletor de Admissão – MAP, Sensor de Temperatura do Ar Admitido – ACT, Sensor da Massa de Ar Admitido – MAF, Sensor de Oxigênio (sonda lambda) – HEGO, Sensor de Velocidade do Veículo – VSS. E, finalmente, foi mostrada a diferença entre os sensores dos tipos NTC e PTC, usados na medição da temperatura do motor.

Referências BOSCH, Robert. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª edição alemã. São Paulo: Edgard Blücher. 2005. CARDOSO, Luiz Cláudio. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark. 2008. MANAVELLA, Humberto José. Controle integrado do motor – sistemas de injeção e ignição eletrônica. São Paulo. 2004. PENIDO, Paulo. Os motores de combustão interna. Volumes I e II, Belo Horizonte, MG. Editora Lemi. 1993. e-Tec Brasil

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Referências de sites http://www.oficinabrasil.com.br/

http://www.thomson-net.com.br/ http://www.mecanicaonline.com.br/ http://www.anfavea.com.br http://www.mma.gov.br/conama http://www.petrobras.com.br http://www.bosch.com.br http://www.siemens.com.br

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Aula 5 - Unidade de Comando Eletrônico e Atuadores Automotivos

Objetivos Apresentar a unidade de comando eletrônico utilizada nos motores veiculares, seus tipos de memória e seu funcionamento. Aprender quais são os atuadores automotivos, mostrando como eles recebem instrução da UCE e como desempenham sua função.

Assunto Vamos aprender nesta aula como funciona a Unidade de Comando Eletrônica e os Atuadores automotivos.

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Unidade de Comando Eletrônico – UCE Introdução A unidade de comando eletrônica, popularmente conhecida como centralina ou simplesmente unidade de comando (UC), também chamada de módulo, é o dispositivo do sistema de gerenciamento eletrônico responsável pelo pleno funcionamento do motor e pelo controle das variáveis que permite ao motor trabalhar com elevada eficiência energética e baixo nível de emissão.

Características e funcionamento A configuração básica de uma unidade de comando digital, presente em todo sistema de controle automotivo moderno, é mostrado na fig. 1. O microprocessador é o “cérebro” do sistema, é quem executa as instruções contidas no programa residente na memória (fig. 2). A memória contém: o programa principal que controla o sistema e o programa de diagnóstico, responsável pela gravação dos códigos de falha e da comunicação com o equipamento de teste. No circuito de entrada/saída, estão os dispositivos encarregados de adaptar os sinais enviados pelos sensores, para serem interpretados, corretamente, pelo microprocessador e acionar os atuadores.

Figura 1. Representação de uma UCE

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Memórias Em informática, memórias são dispositivos que permitem a um computador guardar dados, temporária ou permanentemente. As memórias encontradas nas unidades de comando automotivos são do tipo: –– –– –– ––

Memória ROM; Memória EPROM; Memória RAM; Memória EEPROM.

Figura 2. Foto de uma Unidade de Comando Eletrônico

Memória ROM Contém o programa que gerencia o sistema controlado: motor, ar condicionado, ABS. O seu conteúdo não se apaga ao desligar a alimentação. Somente pode ser lida e o microprocessador não consegue gravar informações nela. Além do programa principal, na memória ROM reside o programa que constitui o sistema de diagnóstico. O sistema de diagnóstico possibilita a realização de verificações nos elementos e funções do sistema e controla a comunicação com o equipamento de teste através do conector de diagnóstico.

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Memória EPROM Contém valores de ajustes específicos ao modelo de veículo ao qual se aplica.

O seu conteúdo não se apaga ao desligar a alimentação. Somente pode ser lida e o microprocessador não consegue gravar nela. No caso de sistemas de injeção/ignição, nessa memória estão gravados dados particulares como peso do veículo, tipo de combustível, tipo de transmissão, curva de avanço.

Memória RAM Contém dados temporários utilizados pelo microprocessador como: • Cálculos realizados em cada ciclo de injeção; • Falhas detectadas; • Parâmetros variáveis de funcionamento do motor (parâmetros autoadaptativos). O microprocessador consegue ler e escrever nela. O seu conteúdo é perdido quando é retirada a alimentação. Por isso, a parte da memória RAM, em que são gravadas as falhas, recebe alimentação permanente da bateria.

Memória EEPROM Sua característica mais significativa é que o microprocessador pode ler e escrever nela, mas o seu conteúdo não se perde ao retirar a alimentação elétrica; desconexão da bateria ou retirada da unidade de comando. É utilizada como memória RAM para armazenar as falhas e os valores dos parâmetros autoadaptativos. Quando utilizada como memória ROM, para armazenar o programa principal, permite a modificação ou a atualização do programa através do uso do equipamento de teste ligado ao conector de diagnóstico.

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Sistemas Analógicos e Digitais Dependendo do tipo de estrutura da unidade de comando, os sistemas de injeção eletrônica podem ser classificados em analógicos e digitais.

Sistema analógico Nos sistemas analógicos, a UCE comanda apenas a injeção de combustível, como pode ser observado na fig. 3. O sistema de ignição (responsável pela centelha na vela) é controlado separadamente. Não possui a funcionalidade para realizar o diagnóstico de falhas. No Brasil, foi utilizado nos primeiros veículos com injeção eletrônica.

Figura 3. Representação de um sistema analógico

Sistema digital Caracteriza-se por utilizar unidade de comando que permite o controle integrado do motor: injeção, ignição e controle de emissões, como pode ser observado na fig. 4. Realiza a detecção de falhas e aciona o sistema de diagnóstico, permitindo a correção e adaptação das mesmas. Atualmente, os veículos utilizam esse tipo de sistema.

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Figura 4. Representação de um sistema digital

Atuadores automotivos Atuadores são dispositivos responsáveis pelo acionamento da função demandada pela unidade de controle

Tipos de atuadores Os atuadores utilizados nos motores automotivos são de três tipos: –– Válvulas solenoides; –– Relés; –– Motores.

Válvulas Solenóides Utilizadas para controlar a injeção de combustível, como mostrado na fig. 5, controlar linhas de vácuo para o acionamento de portinholas em sistemas de ar condicionado, controlar a rotação de marcha lenta, etc.

Figura 5. Bico injetor

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Relés Utilizados para acionar dispositivos de potência como bombas e aquecedores elétricos (fig. 6).

Figura 6. Relé

Motores Utilizados para controlar a rotação de marcha lenta, o sistema de travamento de portas, mostrado na fig. 7, vidros elétricos e regula o fluxo dos gases de escape recirculados (Controle EGR).

Figura 7. Sistema de travamento de portas

Bico injetor Trata-se do atuador mais importante de um sistema de injeção eletrônica. Quando o motor se apresenta com consumo elevado, um diagnóstico inicial é medir o tempo que a agulha do injetor fica aberta (tempo de injeção) e verificar se esse tempo está sendo maior do que o recomendado (fig. 8), proporcionando uma vazão de combustível injetada maior do que a necessária.

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Dois fatores são responsáveis pela quantidade de combustível injetado: • Tempo de abertura do injetor ou tempo de injeção; • Diferença entre a pressão do combustível na linha e no local onde o mesmo é injetado.

Figura 8. Injetor

Resumo Nesta aula, aprendemos como funcionam a unidade de comando eletrônico (UCE) e os atuadores utilizados em automóveis. Foram apresentadas as características e o funcionamento de uma unidade de comando eletrônico, destacando-se as funções das memórias ROM, EPROM, RAM e EEPROM. Foram apresentadas as diferenças entre os sistemas analógicos e digitais empregados na área de Gerenciamento Eletrônico do Motor (GEM), mostrando que, atualmente, o sistema digital é o mais utilizado porque permite o controle integrado da injeção e ignição eletrônica. Foram apresentados os tipos de atuadores mais usados em motores automotivos, descrevendo-se o funcionamento das válvulas solenoide, relés e motores. Finalmente, foram apresentadas as características construtivas e descrito o funcionamento do principal atuador veicular: o bico injetor.

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Referências BOSCH, ROBERT. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª edição alemã. São Paulo: Edgard Blücher. 2005. CARDOSO, LUIZ CLÁUDIO. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark. 2008. MANAVELLA, HUMBERTO JOSÉ. Controle integrado do motor – sistemas de injeção e ignição eletrônica. São Paulo. 2004. PENIDO, PAULO. Os motores de combustão interna. Volumes I e II, Belo Horizonte, MG. Editora Lemi. 1993.

Referências de sites http://www.oficinabrasil.com.br/

http://www.thomson-net.com.br/ http://www.mecanicaonline.com.br/ http://www.anfavea.com.br http://www.mma.gov.br/conama http://www.petrobras.com.br http://www.bosch.com.br http://www.siemens.com.br

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Aula 6 - Gerenciamento Eletrônico do Motor

Objetivos Apresentar as fases de funcionamento de um motor automotivo do ciclo Otto, mostrando como funcionam os sistemas de mapeamento e ignição eletrônica. Entender as noções de funcionamento do motor diesel eletrônico.

Assunto Serão estudadas as principais funções do Sistema de Gerenciamento Eletrônico do Motor com enfoque para: –– Fases de funcionamento do motor; –– Noções de Ignição eletrônica; –– Conceitos básicos sobre o motor diesel eletrônico.

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Fases de funcionamento do motor O motor automotivo tem fases distintas de funcionamento, vamos conhecer quais as características de cada fase e aprender como atua o sistema de gerenciamento eletrônico para que o motor produza máxima potência com o mínimo de emissão. As principais fases de funcionamento são: –– –– –– –– –– –– ––

Partida a frio; Fase de aquecimento; Marcha lenta; Carga parcial; Plena carga; Aceleração rápida; Desaceleração (cut-off ou freio motor).

Partida a frio Ação no sistema de injeção Nessa fase é necessário um aumento da quantidade de combustível injetado. A mistura deve ser, ligeiramente, rica, mas devido a baixa rotação e baixa temperatura a mistura fica pobre. Nessa fase, a vaporização do combustível é mínima, para compensar tal deficiência, uma quantidade extra de combustível deve ser injetada, isso é feito, aumentando-se o tempo e a frequência do ciclo de injeção.

Ação no sistema de ignição A ignição deve, também, ser ajustada para dar todas as condições que propiciem uma partida segura. O ponto de ignição ótimo depende da velocidade de rotação e da temperatura. Com o motor frio e rotação de partida baixa, o ponto ideal está perto do PMS (Ponto Morto Superior). Se o ponto é ajustado além dos 10 graus APMS (Antes do Ponto Morto Superior), podem produzir-se torques reversos que afetam o motor de arranque e dificultam a partida.

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Fase de aquecimento Essa fase começa quando o motor já funciona (rotações acima de 500 rpm). Ainda requer mistura rica, mas com um controle preciso, porque parte do combustível injetado se condensa nas paredes dos cilindros e do coletor. Caso não fosse fornecida uma mistura, ligeiramente, rica no início dessa fase, aconteceria uma queda considerável da rotação do motor, pois seria eliminado o excessivo enriquecimento da partida. A rotação de marcha lenta, com borboleta fechada, deve ser aumentada a fim de compensar as perdas provocadas pelo atrito no motor frio. Esse aumento da velocidade de rotação ajuda a reduzir o período de aquecimento.

Marcha lenta Nesse modo de operação, a mistura deve ser levemente rica, mas o mínimo indispensável para manter o funcionamento estável do motor. A rotação deve ser a mínima possível, mas suficiente para manter o motor funcionando de forma estável. A estabilidade é conseguida com o ajuste da rotação e do avanço do ponto de ignição.

Carga parcial A mistura deve ser a estequiométrica. Nas acelerações suaves, a injeção de combustível deve seguir o aumento da quantidade de ar admitido.

Plena carga A mistura deve ser mais rica que aquela aplicada na carga parcial e o ponto de ignição deve ser avançado, a fim de se obter máxima potência.

Aceleração rápida Ao abrir a borboleta bruscamente, a mistura fica pobre por um momento. Deve aumentar a quantidade de combustível injetado a fim de enriquecer a mistura, o suficiente para obter uma boa fase de transição.

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Desaceleração (cut-off ou freio motor) Durante essa fase, o combustível pode ser cortado totalmente. Isso contribui para diminuir o consumo e as emissões. No entanto, se a desaceleração se prolonga demasiadamente, a unidade de comando deverá comandar a injeção de combustível por alguns ciclos, a fim de evitar o esfriamento excessivo da câmara de combustão.

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Noções de ignição eletrônica Sistema de ignição

Bateria

A função do sistema de ignição no automóvel é produzir uma boa centelha no momento adequado. O sistema de ignição eletrônico deve ser capaz de controlar adequadamente e em tempo real o momento da centelha na vela. Esse instante é denominado “ponto de ignição” e é referenciado em relação ao ponto morto superior (PMS), durante o tempo de compressão do motor. Teoricamente, o ponto de ignição deveria ocorrer no final da compressão, quando o pistão está no PMS, na prática esse momento acontece, ligeiramente, adiantado, ou seja, antes do pistão chegar ao PMS, isso é medido em graus, por exemplo, 9 graus antes do ponto morto superior (9° APMS). Como a rotação do motor é variável, esse ponto também deve se ajustar, variando em função da rpm, o sensor CKP é o principal responsável para informar a UCE o momento adequado da geração e formação da centelha.

Componentes do sistema de ignição Nos motores antigos, os principais componentes, como podem ser observados na fig. 1, eram: –– –– –– –– –– ––

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Bateria; Chave de partida; Bobina (transformador de alta tensão); Distribuidor; Cabos de vela; Velas.

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Figura 1. Sistema de ignição antigo

Nos motores atuais, com gerenciamento eletrônico de motor, o sistema de ignição passa a ter uma configuração diferente, os sensores, principalmente o CKP, informa à unidade de comando o momento adequado a geração da centelha que de modo sincronizado com a injeção de combustível, utilizando os mapas disponíveis na memória da UCE, define o melhor momento, “o ponto” para produzir a centelha na vela, resultando assim numa combustão perfeita (fig. 2).

Figura 2. Sistema digital, injeção e ignição integrados

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Conceitos básicos sobre o motor diesel eletrônico. Motor diesel com sistemas de gerenciamento eletrônico aparecem como decorrência de um conjunto de demandas do mercado, para atender a legislação de controle ambiental que impõe normas cada vez mais exigentes quanto à quantidade e qualidade das emissões. Usuários de veículos com motor diesel passam a ser mais exigentes quanto ao uso dessas novas tecnologias que respondem aos anseios de motores cada vez mais econômicos, robustos e ecologicamente corretos. Dentro dessa lógica, os fabricantes de veículos e motores desenvolvem sistemas cada vez mais eficientes. É nesse contexto que surge o sistema Common Rail, atualmente, o mais utilizado. No motor diesel, o gerenciamento eletrônico tem a finalidade de controlar a quantidade de combustível e o tempo de injeção, sendo que, diferentemente, dos motores do ciclo Otto, aqui a injeção do combustível ocorre com pressões muito elevadas que variam de 200 bar até 2.600 bar. O dispositivo responsável pela elevação da pressão do combustível é a bomba injetora.

Sistema common rail No sistema de injeção de pressão modulada Common Rail, a produção de pressão e injeção é acoplada. A pressão de injeção é produzida independente da rotação do motor e do volume de injeção, e está no Rail (acumulador de combustível de alta pressão) pronta para a injeção. O momento e a quantidade de combustível injetado são calculados na unidade de comando eletrônica e transportados até o injetor (unidade de injeção/bico injetor) em cada cilindro do motor sendo ativado através de uma válvula magnética. Com a ajuda dos sensores, a unidade de comando pode captar a condição real de funcionamento do motor e do veículo em geral. Com as informações obtidas, ela tem condição de exercer comando e regulagem sobre o veículo e, principalmente, sobre o motor.

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Componentes O sistema common rail é formado, como pode ser observado na fig. 3, basicamente por: –– –– –– –– ––

Conjunto de injetores (bicos); Bomba de alta pressão; Tubo comum de alta pressão (common rail); Tubulação de alta pressão; Unidade e comando eletrônico.

Figura 3. Sistema Common Rail para motor diesel

Vantagens do sistema Common rail • Redução de consumo, emissões e ruído; • Aumento da potência e torque do motor; • Melhoria na dirigibilidade do veículo; • Precisão na dosagem do combustível injetado; • Alta pressão de injeção de até 2.600 bar; • Início de injeção variável; • Adaptação a cada regime/fase de funcionamento; • Adequação do motor às variações climáticas; • Aumento da vida útil do motor.

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Resumo Nesta aula, aprendemos que as fases de funcionamento de um motor veicular são sete: partida a frio, fase de aquecimento, marcha lenta, carga parcial, plena carga, aceleração rápida e desaceleração (cut-off ou freio motor). Na sequência, foi mostrado como atua o sistema de Gerenciamento Eletrônico do Motor (GEM) em cada fase, para fazer o motor funcionar com elevada economia de combustível e baixo nível de emissões. Foi apresentado o funcionamento do sistema de ignição automotivo, responsável pela geração de uma boa centelha na vela e mostrada sua evolução histórica, até os modelos atuais, os quais usam um sistema de gerenciamento digital que controla, de forma integrada, ignição e injeção. Finalmente, foi apresentado o funcionamento do sistema de gerenciamento eletrônico em motores diesel, sendo mostrada a diferença do mesmo em relação aos motores do ciclo Otto, descrevendo suas principais características, seus componentes e o funcionamento do sistema common rail diesel.

Referências BOSCH, ROBERT. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª edição alemã. São Paulo: Edgard Blücher. 2005. CARDOSO, LUIZ CLÁUDIO. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark. 2008. MANAVELLA, HUMBERTO JOSÉ. Controle integrado do motor – sistemas de injeção e ignição eletrônica. São Paulo. 2004. PENIDO, PAULO. Os motores de combustão interna. Volumes I e II, Belo Horizonte, MG. Editora Lemi. 1993.

Referências de sites http://www.oficinabrasil.com.br/

http://www.thomson-net.com.br/ http://www.mecanicaonline.com.br/ http://www.anfavea.com.br http://www.mma.gov.br/conama http://www.petrobras.com.br http://www.bosch.com.br http://www.siemens.com.br

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Aula 7 - Siglas e Glossário

Objetivo Essas siglas e os termos do glossário têm por objetivo funcionar como um farol, permanentemente, à disposição do estudante para que a eles recorra sempre que precise ter uma definição objetiva dos termos empregados no estudo dos motores e de seu sistema de gerenciamento eletrônico.

Assunto Nesta aula, serão apresentado um conjunto de siglas e um glossário com uma relação dos termos mais utilizados na área de motores e de gerenciamento eletrônico de motores.

Introdução As siglas e os termos do glossário são apresentados em ordem alfabética para facilitar a consulta.

Siglas ABNT ACT AEAC AEHC AG ANFAVEA B5 CKP CO CO2 CONAMA

Associação Brasileira de Normas Técnicas Air Charge Temperature/Temperatura da Carga de Ar Álcool Etílico Anidro Combustível Álcool Etílico Hidratado Combustível Ácido Graxo/biodiesel Associação Nacional Fab. Veículos Automotores Volume de biodiesel (5%) no óleo diesel de petróleo Crankshaft Position/Posição da Árvore de Manivelas Monóxido de Carbono Dióxido de Carbono Conselho Nacional do Meio Ambiente

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CR ECT EEPROM EFI EGR EPROM GEM GLP GN GNL GNV HC HEGO IBAMA INPM MAF MAP MCI MPFI NOx NO NO2 O3 PCI PCS PCV PMI PMS PROCONVE PROMOT RAC RAM ROM TAG TPS UCE UPGN VSS

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Crédito de Carbono (1 CR = 1 t CO2) Engine Coolant Temperature/Temperatura do Motor Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory Eletronic Fuel Injection Exhaust Gás Recirculation/Recirculação Gases Escape Erasable Programmable Read-Only Memory Gerenciamento Eletrônico do Motor Gás Liquefeito de Petróleo Gás Natural Gás Natural Liquefeito Gás Natural Veicular Hidrocarbonetos não queimados Heated Exhaust Gas Oxygen/Oxigênio no Gás Escape Instituto Brasileiro do Meio Ambiente Instituto Nacional de Pesos e Medidas Mass Air Flow/Massa de Ar Admitida Manifold Absolute Pressure/Pressão Absoluta no Coletor Motores de Combustão Interna Multi Point Fuel Injection Óxidos de Nitrogênio Ácido Nítrico Dióxido de Nitrogênio Ozônio Poder Calorífico Inferior Poder Calorífico Superior Positive Crankcase Ventilation Ponto Morto Inferior Ponto Morto Superior Programa Controle de Poluição por Veículos Programa Controle de Poluição por Motociclos Relação Ar/ Combustível Random Access Memor/Memória de Acesso Aleatório Read Only Memor/Memória Somente de Leitura Triacilgliceridio/óleo vegetal in natura Throttle Position Sensor/Sensor de Posição Acelerador Unidade de Comando Eletrônico Unidade de Processamento de Gás Natural Vehicle Speed Sensor/Sensor de Velocidade Veículo

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Glossário ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. Órgão responsável em prover a sociedade brasileira de conhecimento sistematizado, por meio de documentos normativos, que permita a produção, a comercialização e uso de bens e serviços de forma competitiva e sustentável nos mercados interno e externo, contribuindo para o desenvolvimento científico e tecnológico, proteção do meio ambiente e defesa do consumidor.

ACT - Air Charge Temperature/Temperatura da Carga de Ar É constituído de um térmistor, mostrado na fig. 11, similar ao sensor de temperatura do motor, montado no coletor de admissão ou no corpo de borboleta e informa à unidade de comando a temperatura do ar, admitido no coletor de admissão. A informação é utilizada para: controlar a relação ar/ combustível; determinar a massa de ar e ajustar o ponto de ignição.

ANP. Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Agência reguladora brasileira nas áreas de petróleo, gás natural e biocombustíveis.

API. American Petroleum Institute: é também a medida numérica da densidade do petróleo bruto; quanto menor o grau API mais frações pesadas ele possui.

Ar. Mistura de nitrogênio, oxigênio, vapor de água, dióxido de carbono, argônio e pequenas quantidades de outros gases raros. Para todos os fins práticos de combustão, o ar pode ser considerado como composto, em volume, de oxigênio (02) 21%; nitrogênio (N2) 79%. O peso do ar a 15,5ºC é 1,22 kg/m3.

Ar teórico. Volume de ar, quimicamente, exato, necessário para a combustão completa de uma quantidade específica de combustível.

Atmosfera pobre em oxigênio. Atmosfera contendo menos de 20% de oxigênio em volume.

Atmosfera rica em oxigênio. Atmosfera contendo mais de 23% de oxigênio em volume.

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Atomização. Processo utilizado para transformar um combustível líquido para o estado mais próximo possível do gasoso, reduzindo-o a pequenas gotículas, de maneira a aumentar a superfície especifica, até se aproximar da fase gasosa, a fim de haver uma mistura eficiente com o oxigênio, consequentemente, uma boa combustão.

Atuadores. Atuadores são dispositivos responsáveis pelo acionamento da função demandada pela unidade de controle, sendo mais conhecido o injetor de combustível.

Balanço térmico. Princípio segundo o qual a quantidade de calor fornecida a um sistema é igual àquela retirada do mesmo, seja ela utilizada ou perdida.

Barril de petróleo. Medida padrão para petróleo e seus derivados. Um barril é igual a 35 galões imperiais, 42 galões americanos ou 159 litros.

Biodiesel. O biodiesel foi definido pela National Biodiesel Board (EUA) como o derivado mono-alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa, proveniente de fontes renováveis como óleos vegetais, cuja utilização está associada à substituição de combustíveis fósseis em motores de ignição por compressão (motores de ciclo diesel).

Biocombustíveis. São combustíveis produzidos de fontes de energia renovável, derivadas de produtos agrícolas como cana-de-açúcar, plantas oleaginosas (soja, mamona, canola, etc.), biomassa florestal e outras matérias orgânicas (lixo orgânico, sebo animal, etc.).

Bioeletricidade. Produção de energia elétrica a partir da biomassa. No Brasil, existe grande potencial para geração de bioeletricidade a partir de resíduos agrícolas, sobretudo a partir do bagaço da cana-de-açúcar.

Biomassa. Do ponto de vista de geração de energia, é qualquer matéria de origem orgânica (vegetal, animal, microrganismos), utilizada como combustível ou

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para sua produção, excluindo os combustíveis fósseis que levaram milhões de anos para se depositarem. Exemplos de biomassa usada para produzir energia incluem resíduos de madeira, palha, bagaço de cana, capins e outros.

Bobina de ignição. Tem a função de transformar a tensão vinda da bateria (12 V) em alta tensão para produzir a centelha nas velas. Nos motores modernos, essa alta tensão chega a 40.000 volts.

Botijão. Recipiente transportável destinado a conter gás liquefeito de petróleo (GLP).

Butano. Hidrocarboneto saturado com quatro átomos de carbono e dez átomos de hidrogênio (C4H10), encontrado no estado gasoso incolor. Compõe o GLP, sendo empregado como combustível doméstico, como iluminante; como fonte de calor industrial em caldeiras, fornalhas e secadores.

Carburador. Dispositivo utilizado para formação da mistura ar combustível nos motores antigos, foi substituído pela injeção eletrônica e, atualmente, pelos sistemas de gerenciamento eletrônico.

Catalisador. Substância que, por sua presença, modifica a velocidade de uma reação química, sem sofrer alteração durante o processo. Nos motores automotivos, é o equipamento responsável para reduzir a presença de CO e HC no escapamento.

Célula combustível. Célula elétrica usada para gerar energia elétrica a partir de uma reação entre compostos químicos, sem necessidade de combustão e sem a produção de ruído ou poluição.

Chuva ácida. Assim chamada por resultar da combinação entre óxidos de enxofre (SOx) e óxidos de nitrogênio (N0x), liberados pela combustão de combustíveis fósseis com a umidade do ar, resultando na formação de ácidos nítrico, nitroso, sulfúrico e sulfuroso. Causa estragos ao meio ambiente e ao patrimônio exposto.

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Ciclo combinado. Combinação de turbinas de ciclo a gás com turbinas de ciclo a vapor, para gerar energia elétrica.

Ciclo diesel. Os motores do ciclo diesel utilizam como combustível óleo diesel ou biodiesel. Nesse ciclo, a aspiração e compressão ocorrem apenas com ar, sendo o combustível injetado no terceiro tempo com elevada pressão. Os motores dieseis eletrônicos são, completamente, diferentes dos motores do ciclo Otto e usam o sistema common rail para injetar o combustível em pressões que chegam a 2.000 bar.

Ciclo Otto. Os motores do ciclo Otto utilizam como combustível gasolina, etanol, misturas desses (motores flex) ou gás natural. Nos modernos motores Otto, o gerenciamento eletrônico é mapeado e integrado, ou seja, o controle ocorre em tempo real, proporcionando o mínimo de emissões e o máximo de eficiência energética.

CKP - Crankshaft Position/Posição da Árvore de Manivelas. Esse sensor envia um sinal pulsado (digital) cuja frequência é proporcional à velocidade de rotação do motor (rpm). Sendo um gerador de pulsos instalado na base do distribuidor ou montado, junto com uma roda dentada, no eixo do virabrequim (árvore de manivelas). Tal informação é utilizada para: controle do avanço da ignição que depende da velocidade de rotação e determinação do momento da injeção do combustível.

Cogeração. Trata-se da geração simultânea de energia mecânica e térmica, a partir de um mesmo combustível. A energia mecânica pode ser transformada em eletricidade por meio de geradores. A energia térmica pode ser utilizada como fonte de calor no processo industrial. No setor sucroenergético, o principal combustível para o processo de cogeração é o bagaço da cana-de-açúcar.

Combustão. Combinação entre combustível e comburente, que libera calor.

Combustão incompleta. Queima com suprimento insuficiente de oxigênio, de forma que a substância a ser queimada é consumida parcialmente.

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Combustão perfeita. Oxidação total de um combustível com a quantidade teórica exata do oxigênio necessário.

Combustível. Substância que queimará sob condições controláveis, fornecendo calor numa forma utilizável.

Combustível fóssil. Qualquer combustível orgânico de ocorrência natural, como o petróleo e o carvão mineral.

Densidade (massa específica). Massa de uma substância por unidade de volume, para gases é expressa, normalmente, em kg por m3, para o gás natural vale 0,68 kg/m3.

Densidade absoluta. Relação entre o peso de um material e o peso de igual volume de água nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP).

Derivados de petróleo. Produtos decorrentes da transformação do petróleo (gasolina, óleo diesel, GLP, etc.).

Dióxido de carbono CO2. Gás carbônico, incolor e inodoro, responsável em grande parte pelo efeito estufa na atmosfera terrestre.

ECT - Engine Coolant Temperature/Temperatura do Motor. É um sensor do tipo NTC (Negative Temperature Coefficient), que diminui sua resistência quando aumenta a temperatura do motor. Quando a temperatura se modifica, também se modifica a resistência do sensor. Essa variação da resistência é transformada em um sinal de tensão variável, capaz de ser interpretado pela unidade de comando. A informação desse sensor é utilizada para: controlar a rotação de marcha lenta; ajustar a relação ar/combustível da mistura e determinar o avanço ideal da ignição.

Efeito estufa. Greenhouse effect. Emissões de dióxido de carbono, óxido nitroso, metano e outros gases provenientes de motores de veículos, plantas industriais,

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plantas termelétricas e outras fontes, que se acumulam entre a superfície terrestre e a atmosfera mais elevada. Hoje se relacionam essas emissões ao aquecimento da temperatura no planeta.

Eficiência energética. É a atividade de aperfeiçoar o uso das fontes de energia, ou seja, consiste em usar menos energia para fornecer a mesma quantidade de valor energético.

EGR - Exhaust Gás Recirculation/Recirculação Gases de Escape. Sistema responsável por promover a recirculação de uma parte dos gases de escape (20% a 30%), integrando-os à mistura admitida nos cilindros.

EIA. Estudo de Impacto Ambiental exigido pelos órgãos ambientais para obtenção das licenças para construção de gasodutos e obras em geral que tenham impacto sobre o meio ambiente.

Energia fóssil. É aquela que uma vez esgotada não pode ser reposta em pouco tempo. Consideram-se fontes de energia não renovável os combustíveis fósseis (carvão mineral, petróleo, gás natural e óleos obtidos de xisto e de fontes similares) e o urânio, que é a matéria-prima necessária para obter energia resultante dos processos de fissão ou fusão nuclear.

Energia renovável. É aquela originária de fontes naturais que possuem a capacidade de regeneração (renovação), ou seja, não se esgotam. Exemplos de energia renovável: energia solar, energia eólica (dos ventos), energia hidráulica (dos rios), biomassa (matéria vegetal), geotérmica (calor proveniente da Terra) e energia dos mares (das ondas de mares e oceanos).

Etanol. Etanol ou álcool etílico é o mais comum dos alcoóis e se caracteriza por ser uma substância orgânica obtida por meio da fermentação de açúcares, como a sacarose existente na cana-de-açúcar. No Brasil, é produzido quase, exclusivamente, pela fermentação e destilação do caldo de cana e do melaço, resíduo da produção de açúcar. Seu consumo volumétrico, como combustível utilizado no transporte, já supera o da gasolina. Os EUA produzem etanol, basicamente, a partir do milho, enquanto a União Europeia, principalmente, a partir do trigo e da beterraba.

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Etanol hidratado e etanol anidro. Mistura hidroalcoólica, cujo principal componente é o etanol etílico ou etanol, com teor alcoólico mínimo de 99,3º INPM (anidro) ou 92,6º INPM (hidratado). O etanol anidro é acrescentado à gasolina na proporção de até 25%, enquanto o etanol hidratado é vendido para os veículos movidos a etanol e veículos flex.

Fator lambda. O fator lambda (l) é utilizado para analisar o processo de combustão, informando se o mesmo acontece no padrão ideal (l = 1). Fator lambda é uma relação entre a Relação Ar/ Combustível Real e a Relação Ar/ Combustível Ideal. Fator Lambda = RACreal/RACideal (l > 1 indica Mistura Pobre; l = 1 indica Mistura Estequiométrica; l < 1 indica Mistura Rica).

Gases de efeito estufa. São os gases responsáveis pela intensificação do efeito estufa: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N20), hidrofluorcarbonos (HFC) e perfluorcarbonos (PFC). Eles absorvem radiação infravermelha emitida pela superfície da Terra e radiam, por sua vez, parte da energia absorvida de volta para a superfície. O excesso de gases de efeito estufa desencadeia um fenômeno conhecido como aquecimento global, responsável pelo aumento da temperatura média dos oceanos e do ar perto da superfície da Terra.

Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). Mistura de hidrocarbonetos leves, gasosos, predominantemente, propano e butano. São armazenados no estado líquido em botijões ou cilindros, através da elevação moderada da pressão ou da redução da temperatura. Também conhecido como gás engarrafado, gás envasilhado ou gás de cozinha.

Gás Natural Liquefeito (GNL). Gás natural que tenha sido liquefeito por resfriamento a menos de -161ºC à pressão atmosférica.

Gás natural ou Gás (GN). Hidrocarboneto ou mistura de hidrocarbonetos que permaneça em estado gasoso ou dissolvido no óleo nas condições originais do reservatório e que se mantenha no estado gasoso nas condições atmosféricas normais. O hidrocarboneto predominante é o metano (CH4).

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Gasolina. A gasolina é um derivado de petróleo obtido nas refinarias, formada por uma mistura de hidrocarbonetos. No Brasil, o hidrocarboneto predominante na gasolina é o octano e/ou o nonano, respectivamente, representados como: C8H18 ou C9H20. No Brasil, é adicionado um percentual de 20% a 25% (±1%) de Álcool Etílico Anidro Combustível (AEAC) na gasolina comercial, com a finalidade de aumentar o Número de Octanagem (NO), que na gasolina pura é muito baixo. Os tipos mais comuns de gasolina comercializadas pela Petrobras são: Gasolina C; Gasolina aditivada; Gasolina Premium e Gasolina Podium.

GEM - Gerenciamento Eletrônico do Motor. O sistema de gerenciamento eletrônico monitora e coleta dados de maneira contínua de inúmeros sensores no motor e ajusta a alimentação de combustível e a ignição em tempo real. Isso maximiza a economia de combustível e a potência do motor seja qual for a carga de trabalho e minimiza os tempos de resposta. Além disso, permite que se realize uma integração precisa entre o motor e a máquina que ele aciona.

Geração de eletricidade em ponta. Geração de energia elétrica, nos chamados “horários de ponta de consumo”, geralmente ente 18 e 20 h.

GNV. Gás natural veicular, utilizado em veículos ou equipamentos, que operam à pressão mais elevada.

HEGO - Heated Exhaust Gas Oxygen/Oxigênio no Gás de Escape. Está instalado no coletor de descarga ou na tubulação do escapamento; informa à unidade de comando a presença ou não de oxigênio nos gases de escape. A presença de oxigênio nos gases de escape é indicação da queima de mistura pobre. A ausência de oxigênio indica mistura rica ou estequiométrica. A partir dessa informação, a unidade de comando ajusta a quantidade de combustível injetada a fim de manter a relação ar/combustível da mistura no valor mais adequado às condições de funcionamento do motor. Nos motores de veículos flex, largamente, empregados no Brasil, esse sensor através de um circuito de malha fechada, informa a UCE qual combustível está sendo utilizado, se gasolina, etanol ou mistura destes.

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Hidrocarbonetos. Compostos químicos orgânicos, formados por átomos de carbono e hidrogênio, que compõem a base de todos os derivados de petróleo. Podem se apresentar na forma sólida, líquida ou gasosa. O petróleo e o gás natural são exemplos de hidrocarbonetos.

Inertes. Constituintes de um gás que não contribuem para seu poder calorífico. Os inertes mais comuns são o dióxido de carbono, oxigênio e nitrogênio.

Mecanismo de desenvolvimento limpo (MDL). Mecanismo criado pelo Protocolo de Kyoto para auxiliar o processo de redução de emissões de gases do efeito estufa (GEE) ou de captura de carbono (ou sequestro de carbono), de maneira mais eficiente no âmbito global, na medida em que possibilita a participação de países em desenvolvimento.

MAF - Mass Air Flow/Massa de Ar Admitida. A medição precisa da massa de ar admitida é de fundamental importância para o correto funcionamento do motor. O cálculo preciso da quantidade de combustível a ser injetada só é possível quando se conhece, com precisão, a massa de ar admitida. Existem diversos métodos para medir ou calcular a massa de ar admitido. Geralmente, o sensor está instalado entre o filtro de ar e o corpo de borboleta e é atravessado pelo fluxo de ar admitido.

MAP - Manifold Absolute Pressure/Pressão Absoluta no Coletor. Esse sensor envia, à unidade de comando, um sinal elétrico cuja tensão ou frequência, varia com a pressão absoluta do coletor de admissão. Com essa informação, a unidade de comando conhece a carga do motor e pode assim: ajustar a relação ar/combustível e calcular o avanço da ignição.

Matriz energética. É a combinação de fontes de energia que um país utiliza (biomassa, hidráulica, petróleo, nuclear, eólica, etc.).

Matriz energética nacional. Participação relativa das diversas fontes energéticas de um país no consumo de energia primária. Ver também BEN (Balanço Energético Nacional). Essas fontes podem ser renováveis ou não reno.

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Mercaptana. Composto de carbono, hidrogênio e enxofre, encontrados no óleo e no gás. Ao serem misturados em pequenas quantidades ao gás natural e aos gases liquefeitos conferem ao gás um odor característico, aumentando a segurança na utilização desses combustíveis, pois permite a identificação de vazamentos.

Metano. Hidrocarboneto encontrado na natureza, formado por um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogênio (CH4) e que, junto com outros hidrocarbonetos, é predominante na composição do gás natural.

Monóxido de carbono (CO). Gás tóxico formado na queima incompleta de um combustível. Quando o equipamento de queima não está, devidamente, regulado, as quantidades de monóxido de carbono geradas podem ser altas e muito prejudiciais ao ser humano.

Odorizante. Substância do tipo das mercaptanas que conferem odor característico ao gás natural, para detectar sua presença no ambiente, em caso de vazamento.

Óleo diesel. A Petrobras coloca à disposição do mercado três tipos de Óleo Diesel, a saber: TIPO A, utilizado em motores dieseis e instalações de aquecimento de pequeno porte. TIPO B, Diesel metropolitano. É também utilizado para aplicação automotiva. Difere do diesel tipo A por possuir no máximo 0,5 % de enxofre e por somente ser comercializado para uso nas regiões metropolitanas das seguintes capitais: Porto Alegre, Curitiba, São Paulo, Rio de Janeiro, Belo Horizonte, Salvador, Recife, Fortaleza e Aracaju. TIPO D, Diesel marítimo.

Petróleo. Nome dado às misturas de hidrocarbonetos que podem ser encontradas em reservatórios de subsuperfície nos estados sólido, líquido e gasoso a depender das condições de pressão e temperatura a que estejam submetidas. Apresenta-se como uma única fase ou em mais de uma fase em equilíbrio. Óleo: É a parte do petróleo que permanece no estado líquido quando a mistura é trazida para as condições de superfície. Gás Natural: É a parte do petróleo que se apresenta na forma gasosa quando trazida para a superfície. O nome é derivado do latim oleum o que ocorre, naturalmente, nas rochas petra.

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Poder calorífico. Quantidade de calor (energia sob a forma de calor) que se desprende na combustão (queima) completa de uma unidade de volume de gás. O poder calorífico é expresso em kcal/m³ ou kcal/kg. Cada combustível possui seu próprio poder calorífico que corresponde à capacidade do combustível de gerar calor.

Ponto de fulgor (flashpoint). Temperatura na qual um líquido inflamável, num ambiente fechado, liberta vapor suficiente para criar uma mistura explosiva no espaço de ar acima dela, mistura essa que formará um lampejo se exposta em contato com uma chama ou faísca, é usada para se avaliar a segurança em armazenamento, transporte e no manuseio do combustível.

Pré-sal. É uma porção do subsolo que se encontra sob uma camada de sal situada alguns quilômetros abaixo do leito do mar. Acredita-se que a camada do présal, formada há 150 milhões de anos, possui grandes reservatórios de óleo leve (de melhor qualidade). De acordo com os resultados obtidos através de perfurações de poços, as rochas do pré-sal se estendem por 800 quilômetros do litoral brasileiro, desde Santa Catarina até o Espírito Santo, e chegam a atingir até 200 quilômetros de largura.

Protocolo de Kyoto. Constitui-se no protocolo de um tratado internacional assinado nessa cidade do Japão em 1997, com compromissos para a redução da emissão dos gases que intensificam o efeito estufa, considerados como causa antropogênica do aquecimento global.

RAC – Relação Ar Combustível. A relação ar/ combustível é um parâmetro importante para manter o motor funcionando com elevada eficiência e emitindo o mínimo de emissões. O sistema de gerenciamento eletrônico dos motores é responsável pela manutenção do RAC ideal durante o funcionamento do motor.

RIMA. Relatório de impacto ambiental, menos elaborado que o EIA e de leitura acessível ao público em geral. Exigido pelos órgãos ambientais responsáveis pela emissão da licença prévia de gasodutos.

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Sensores. Em toda aplicação de sistemas de gerenciamento eletrônico de motores é necessário medir quantidades físicas tais como temperatura, pressão, rotação, posição, etc. que são denominadas variáveis. Os sensores são os dispositivos responsáveis de medir essas variáveis e enviar os valores à unidade de comando para que ela passe a execução da atividade aos atuadores.

TPS - Throttle Position Sensor/Sensor Posição do Acelerador. O sensor de posição é um potenciômetro. Basicamente, um potenciômetro é um resistor variável de três terminais, um dos quais é denominado cursor. O cursor é solidário ao eixo da válvula de aceleração (borboleta). Quando a borboleta gira, o cursor segue o movimento, enviando um sinal de tensão, continuamente, variável. A informação enviada pelo sensor é utilizada para: ajustar o avanço da ignição; controlar a relação ar/combustível: ajustar o enriquecimento nas acelerações de acordo com a velocidade com que se abre a borboleta e empobrecimento da mistura nas desacelerações.

UCE - Unidade de Comando Eletrônico. A unidade de comando eletrônica, popularmente, conhecida como centralina ou simplesmente unidade de comando (UC), também chamada de módulo, é o dispositivo do sistema de gerenciamento eletrônico responsável pelo pleno funcionamento do motor e pelo controle das variáveis que permite o motor trabalhar com elevada eficiência energética e baixo nível de emissão.

VSS - Vehicle Speed Sensor/Sensor de Velocidade do Veículo. É um dispositivo utilizado para medir a velocidade de deslocamento do veículo e também a distância percorrida pelo mesmo, registradas, respectivamente, no velocímetro e no odômetro. Sua saída é um sinal pulsado (digital) cuja variação de frequência é utilizada para calcular a velocidade de deslocamento do veículo. Geralmente, é instalado no eixo de saída da transmissão ou no eixo do velocímetro. Com essa informação e com o veículo se movimentando, a unidade de comando ajusta a rotação de marcha lenta para preparar o sistema para uma próxima desaceleração.

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Resumo Nesta aula, estão relacionados um conjunto de siglas e um glossário de termos que são empregados no estudo dos motores de combustão interna e na área de Gerenciamento Eletrônico de Motor (GEM). Os mesmos estão apresentados em ordem alfabética, para facilitar a consulta. A utilização de glossário nos livros é uma excelente estratégia para facilitar o aprendizado, recomendado pelas novas metodologias de ensino como um recurso pedagógico importante, tanto para consulta rápida da definição de termos usados ao longo do texto, quanto para uma leitura preliminar que apresente a definição de termos que aparecem no texto. Para os que estão tendo um contato inicial com o tema do Gerenciamento Eletrônico do Motor, recomenda-se iniciar o estudo pela leitura das definições apresentadas no glossário.

Referências BOSCH, ROBERT. Manual de Tecnologia Automotiva. Tradução da 25ª edição alemã. São Paulo: Edgard Blücher. 2005. BRANCO, Samuel Murgel. Energia e meio ambiente. São Paulo: Editora Moderna. 1990. BRAGA, Benedito et al. Introdução à engenharia ambiental. São Paulo: Pearson Prentice Hall. 2005. CARDOSO, LUIZ CLÁUDIO. Petróleo: do poço ao posto. Rio de Janeiro: Editora Qualitymark. 2008. KNOTE, G.; VAN GERPEN, J.; KRAHL, J. & RAMOS, L.P. Manual de biodiesel. São Paulo: Edgard Blücher. 2008. MANAVELLA, HUMBERTO JOSÉ. Controle integrado do motor – sistemas de injeção e ignição eletrônica. São Paulo. 2004. PENIDO, PAULO. Os motores de combustão interna. Volumes I e II, Belo Horizonte, MG. Editora Lemi. 1993.

Referências de sites http://www.oficinabrasil.com.br/

http://www.thomson-net.com.br/ http://www.mecanicaonline.com.br/ http://www.anfavea.com.br http://www.mma.gov.br/conama http://www.petrobras.com.br http://www.bosch.com.br http://www.siemens.com.br

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