O fim do tanquinho de gasolina

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Com o início da crise do petróleo em 1973, diversos países buscaram alternativas para as suas necessidades de combustíveis. No Brasil, a resposta foi a criação do Pró-Álcool em 1975, que visava a substituição em larga escala do uso de combustíveis fósseis em veículos em prol do uso do etanol derivado da cana-de-açúcar.

Para tanto, diversas modificações tiveram que ser feitas nos motores, devido as diferença entre etanol e gasolina, tais como:

– Mudança dos materiais e revestimentos aplicados em válvulas, anéis de segmento, mangueiras, tubulações, bomba de combustível e vedações devido ao maior poder corrosivo do álcool;

– Aumento do diâmetro das mangueiras e da capacidade do tanque de combustível, pois o álcool possui menor poder calorífico que a gasolina, ou seja, para gerar uma mesma quantidade de energia (potência), é necessário queimar uma maior quantidade de álcool em relação ao que seria necessário de gasolina;

– Aumento da taxa de compressão, já que o etanol possui maior resistência à detonação (explosão devido à compressão do combustível antes da centelha das velas de ignição), o que por sua vez permite atingir maior eficiência;

– Um sistema para permitir a partida em dias frios, em razão de o álcool combustível ter menor capacidade de vaporização em baixas temperaturas, o que significa que o combustível se mantém como gotículas e não como um spray (veja imagem abaixo), que por sua vez dificulta a combustão e acaba tornando impossível a partida em temperaturas abaixo de 15°C (para efeito de comparação, motores a gasolina conseguem entrar em funcionamento em temperaturas de até -40°C). Para esse problema, a solução foi a adoção de um tanque suplementar de gasolina, o famoso tanquinho, que permite utilizar pequenas quantidades de gasolina (entre 30 e 50 mL) para iniciar o funcionamento do motor. Desde o primeiro Fiat 147 a álcool até hoje, esse é o sistema mais comum e presente na maioria dos automóveis flex.

Todas essas tecnologias envolvidas no funcionamento do motor a álcool evoluíram ao longo do tempo, e até o sistema de partida a frio deixou de ser o antigo método de afogador e bomba de gasolina acionada por botão para um sistema completamente automático, utilizando a injeção eletrônica. Apesar dessas evoluções, o tanquinho continuou sendo uma solução um pouco anacrônica em relação ao nível tecnológico dos automóveis atuais, com diversas desvantagens como:

– Maior risco de incêndio em caso de batidas nos modelos onde o tanquinho fica localizado no cofre do motor;

– Necessidade constante de se atentar ao nível de combustível no reservatório, correndo-se o risco de o carro não pegar em dias frios por falta de gasolina;

– Risco de danos ao sistema quando a gasolina envelhece no reservatório;

– Maior emissão de poluentes durante a partida pois nesse momento a queima não é controlada pela central de injeção, além de os parâmetros do motor estarem todos preparados para etanol e não gasolina (errata: conforme apontado pelo leitor Marcos Romano essa parte da frase pode dar a entender que não há controle sobre a injeção de gasolina suplementar, o que não é verdade. O que ocorre é que a fase fria já é crítica quanto a emissões independentemente do combustível que é utilizado, e os sistemas de injeção suplementar de gasolina são bem menos refinados que os sistemas principais. Nesse caso, o uso de sistemas de aquecimento pode permitir uma combustão mais controlada pela maior temperatura do combustível injetado, reduzindo as emissões)

Por muito tempo esses problemas foram deixados de lado pelas montadoras, talvez pelos elevados custos e investimentos necessários para desenvolver um sistema alternativo ao de injeção de gasolina, mas limites cada vez mais restritivos de emissões, que passaram a exigir o controle dos gases também no momento da partida, forçaram as montadoras a buscar soluções alternativas capazes de garantir menores níveis de emissão de poluentes.

 

SISTEMAS ALTERNATIVOS E SEUS PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

Dois tipos de soluções foram encontradas, dependendo do tipo de motor. Para motores com injeção de combustível no coletor (PFI – port fuel injection) a solução foi o pré-aquecimento do etanol antes da partida (chamado na indústria de HCSS – Heated Cold Start System), através de pequenas resistências semelhantes as utilizadas para ferver água, de forma que o etanol consiga ser vaporizado de maneira suficiente para permitir uma partida rápida e eficiente. Já em motores com injeção direta de combustível, foi necessário apenas uma nova estratégia de calibração para o momento da partida do motor.

Engana-se, porém, quem acredita que essa tecnologia é recente. A primeira aplicação conhecida de sistemas de partida a frio sem tanquinho em um modelo de produção foi em 1982, no pequeno Dacon 828 S, já que segundo entrevista dada pelo proprietário da Dacon, Paulo Goulart a revista Quatro Rodas: “se um carro é a álcool, não deve ter gasolina, nem para ligar”. A solução nesse caso foi a instalação de uma vela de pré-aquecimento dos motores VW a diesel nos coletores de admissão, de forma que o combustível frio é obrigado a passar por elas vaporizando-se no contato e facilitando o início do funcionamento do motor.

Hoje existe uma variedade de sistemas, que serão apresentados abaixo com uma breve explicação sobre seu princípio de funcionamento e principais componentes.

 

SISTEMAS ATUALMENTE APLICADOS EM VÉICULOS:

 

Sistema Flex Start® da Bosch

Primeiro sistema moderno a ser produzido, o sistema Flex Start® da Bosch começou a ser aplicado no Polo E-Flex em 2009. Sua construção é simples, exigindo que a galeria de combustível (flauta) seja modificada para permitir a montagem de uma lança aquecedora antes de cada bico injetor.

O princípio de funcionamento é o seguinte: a ECU (1) mede as condições do ambiente como a temperatura, e caso seja necessária a intervenção do sistema HCSS envia um sinal para a HCU (2), que então energiza as lanças localizadas na galeria de combustível (3). Além disso, a HCU tem a função de verificar e regular diversos parâmetros, de modo a garantir que o combustível seja aquecido de maneira suficiente mas não a ponto de evaporar, o que poderia impossibilitar a partida. Todo esse processo ocorre de maneira automática, cabendo ao fabricante definir quando será o início do seu funcionamento, podendo ser no momento em que o carro é destravado pelo alarme, quando a porta é aberta ou quando se gira a chave na ignição.

Mais detalhes podem ser visto no vídeo de divulgação abaixo:

Fonte: Divulgação.

O sistema Bosch está disponível tanto para motores que utilizam galerias de combustível de aço inoxidável quanto para aqueles que usam galerias plásticos, e hoje são aplicados em diversos modelos como VW up!, Fox Bluemotion, Gol Rallye e Saveiro Cross, Nissan Sentra, March e Versa, Ford Fiesta, Focus, Ford Ka e Ka+ 1.0, Honda Civic, CR-V e HR-V, Peugeot 208 e 308 e Citroën C3, C3 Picasso e AirCross.

Delphi Multec® 3.5 Heated Tip Port Fuel Injector

O outro sistema que já encontra-se disponível no mercado é da Delphi, onde ao invés de uma lança aquecedora, são empregados bicos injetores especiais que possuem uma resistência em seu interior, capaz de aquecer o combustível durante sua passagem pelo interior do injetor. A grande vantagem desse sistema para a montadora é que pode-se empregar a mesma galeria de combustível para motores flex e a gasolina, exigindo menores investimentos em ferramental produtivo por parte da montadora se comparado a solução Bosch. A desvantagem do sistema é sua maior complexidade devido a necessidade de ter de integrar os componentes do sistema de aquecimento no pouco espaço disponível em um bico injetor. Quanto ao funcionamento, possui os mesmos tipos de componentes (HCU e relês) e lógica de funcionamento do sistema Flex Start®, como pode ser visto na imagem abaixo:

O sistema da Delphi já encontra-se aplicado nos modelos Honda Fit e City, JAC J3 e J3 Turin e Toyota Corolla. No vídeo abaixo (em inglês), podemos ver mais detalhes do sistema Delphi:

Fonte: Divulgação.

OS SISTEMAS QUE ESTÃO POR VIR:

 

ECS® da Magnetti Marelli

O sistema ECS (Ethanol Cold System) da Magnetti Marelli ainda não encontra-se aplicado em nenhum modelo de produção, porém já existe patente registrada sob o número US 2012/0204843 A1. Nessa patente é descrito um sistema com lança aquecedora, porém diferente do sistema Flex Start® pois, ao invés de possuir uma lança para cada injetor, possui uma lança montada em cada lado da galeria de combustível (números 1 e 8 na imagem abaixo). Essa configuração apresenta duas vantagens: uma é a redução de custos pela menor quantidade de aquecedores e outra é que apenas as extremidades da galeria necessitam sofrer modificação para converter um motor de flex para gasolina, ora recebendo as lanças aquecedoras e ora recebendo um par de tampões.

A lógica de funcionamento, novamente é a mesma, ficando a cargo da montadora definir qual a melhor forma de se acionar o sistema.

Sistema Continental Smart2Start®

Outro sistema ainda em desenvolvimento é o Smart2Start® da Continental. Esse sistema, assim como o Delphi, baseia-se em um bico de injeção com aquecedor integrado, porém ao invés de um aquecedor resistivo possui um aquecedor capacitivo (errata: quando estava escrevendo o artigo acabei por citar o sistema como sendo capacitivo, porém como o leitor Marcos Romano indicou o sistema na verdade é indutivo) integrado ao corpo do injetor. Segundo o fabricante as vantagens estão na simplificação das conexões elétricas, e os métodos de acionamento do sistema também seguem aqueles disponíveis para os outros sistemas apresentados acima.

Sistema Smart Heat® da Mahle

O último sistema de aquecimento de etanol a ser apresentado é o Smart Heat® da Mahle. Diferentemente das empresas acima, a Mahle não possui divisão de componentes eletrônicos, o que os levou a buscar parcerias com a Continental (sistemista da área de eletrônica) e a Umicore (multinacional belga da área de metais e mineração). Juntas desenvolveram um sistema com princípio de funcionamento que não é baseado nem em aquecimento resistivo (Magnetti Marelli, Bosch e Delphi), nem em aquecimento capacitivo (Continental). Está tecnologia baseia-se no uso de termistores do tipo PTC (Positive Temperature Coefficient), fabricados utilizando-se cerâmicas policristalinas dopadas (impregnadas) com semicondutores específicos. Dessa forma, eles podem ser calibrados para possuir um determinado comportamento eletro-térmico, de forma que sua resistência a passagem de corrente cresça de acordo com o aumento da temperatura, reduzindo a passagem de corrente e consequentemente a potência de aquecimento, de forma que uma temperatura de auto-regulação possa ser definida pelo processo de fabricação. Dessa forma, foi criado um elemento aquecedor que pudesse ser montado entre a galeria de combustível e os bicos injetores, mas cuja grande vantagem é a eliminação da ECU (central de aquecimento) devido a essa característica auto-reguladora, apresentando-se como talvez uma opção mais barata de sistema de partida a frio. Abaixo o vídeo institucional da Mahle demonstrando o funcionamento do sistema com mais detalhes:

Fonte: Divulgação.

 

PARTIDA A FRIO COM ETANOL EM MOTORES COM INJEÇÃO DIRETA DE COMBUSTÍVEL

Outra solução de partida a frio que começa a surgir é aquela aplicada em motores com injeção direta de combustível. São poucos ainda os modelos disponíveis no mercado, porém motores com essa tecnologia não requerem nenhum sistema auxiliar. Isso acontece porque nesses casos o combustível é injetado sob elevadíssima pressão (100-200 bar) diretamente na câmara de combustão, o que faz com que mesmo em baixas temperaturas o etanol seja vaporizado. Além disso, como parte da estratégia de partida o motor efetua alguns ciclos sem injeção de combustível para aquecer o interior do cilindro (no caso do motor Duratec do Ford Focus , são necessários dois ciclos apenas). Hoje os modelos que contam com essa tecnologia são o Ford Focus Hatch e Sedan com motor 2.0, toda a linha Peugeot com motor 1.6 THP, Volkswagen up! TSI e BMW 320i, 120i e X1 Active Flex.

 

EFICÁCIA DOS SISTEMAS POSTA A PROVA

 

Até o momento o teste mais completo realizado sobre a eficácia dos sistemas de partida a frio aquecida foi realizado pela revista Quatro Rodas, na sua edição de número 659 de agosto de 2014. Para o teste forma escolhidos seis modelos: Toyota Corolla, Volkswagen up!, Ford Focus Sedan, BMW 320i, Peugeot 208 e Nissan Sentra, e o mesmo foi realizado na cidade de Campos do Jordão, conhecida pelas baixas temperaturas durante o período do inverno. Para o teste todos os veículos foram abastecidos com etanol e deixados ao relento durante a noite, todos no mesmo local. Dois teste foram efetuados, o primeiro seguindo as instruções de cada fabricante para o procedimento de partida e o segundo sem seguir procedimento nenhum, apenas dando a partida como em um dia normal. Nas tabelas abaixo seguem os resultados dos testes:

TESTE 1 – PARTIDA SEGUINDO O PROCEDIMENTO INDICADO PELO FABRICANTE
Modelo	Sistema utlizado	Temperatura do motor no momento da partida	Tempo de pré-aquecimento	Tempo para ignição
Toyota Corolla	Delphi	9,8°C	1,4s	2,7s
Ford Focus	Injeção Direta	9,1°C	–	1,9s
Volkswagen up!	Bosch	9,8°C	5,1s	1,8s
Nissan Sentra	Bosch	9,6°C	4,1s	1,4s
BMW 320i	Injeção Direta	10°C	1,1s	1,5s
Peugeot 208	Bosch	9,8°C	–	2,1s

TESTE 2 – PARTIDA SEM SEGUIR PROCEDIMENTO ALGUM
Modelo	Sistema utlizado	Temperatura do motor no momento da partida	Tempo de pré-aquecimento	Tempo para ignição
Toyota Corolla	Delphi	7,2°C	–	4,3s
Ford Focus	Injeção Direta	7,1°C	–	1,3s
Volkswagen up!	Bosch	6,8°C	5,2s	3,8s
Nissan Sentra	Bosch	7,3°C	6,1s	1,2s
BMW 320i	Injeção Direta	7,5°C	–	1,7s
Peugeot 208	Bosch	6,7°C	–	1,2s

No teste sem seguir os procedimentos a maioria dos veículos se saiu bem, com ressalvas para o Nissan Versa que necessitou de um tempo de aquecimento de 6,1 segundos para dar partida e do Volkswagen up! que só conseguiu entrar em funcionamento na terceira tentativa, quando o procedimento foi seguido a risca. Nos resultados publicados pela Quatro Rodas é curioso notar também declararem que o BMW 320i necessitou de um tempo de pré-aquecimento de 1,1 segundos. Esse motor utiliza injeção direta assim como o do Ford Focus, e como não há muita informação sobre a estratégia utilizada pela BMW a princípio imaginei que se tratasse de algum erro cometido no preenchimento da tabela. Porém verificando as duas edições seguintes não encontrei nenhuma errata, o que me leva a crer que ou os dados realmente são esses, ou o erro passou despercebido. Caso algum leitor tenha mais informações sobre o tema, por favor deixe um comentário para que o artigo possa ser completado.

O que é fato é que esses sistemas vem para ficar, e a cada dia novas tecnologias surgem trazendo novas melhorias, como menores tempos de partida e níveis de emissões durante a fase fria do motor e a eliminação da preocupação em manter o tanquinho de gasolina abastecido, evitando surpresas desagradáveis em dias frios.

Fontes:

Camanzi, Emílio. Dacon 828: O carro urbano está chegando. Revista Quatro Rodas, edição 270, janeiro de 1983, pg. 52-55.

Araújo, Marcos M.; Ferreira, Fábio; Napolitano, Patrícia; Lepsch, Fernando; Vasconcelos, Álvaro; Coletto, Túlio. SISTEMA FLEX START™. Disponível em: http://www.aea.org.br/aea2009/downloads/trabalhospremio/CategoriaTecnologiasOTTO-Vencedor-MarcosMeloAraujo.pdf. Data de acesso: 19/01/2016.

Flex Start Bosch. Disponível em: http://www.bosch-mobility-solutions.com.br/pt_br/br/driving_comfort_2/driving_comfort_systems_for_passenger_cars_3/teste/home.html. Data de acesso: 18/01/2016.

Krenus, Roberto; Passos, Marcos R. V.; Ortega, Thiago, Mowery, Kenneth et al., Ethanol Flex Fuel system with Delphi Heated injector application, Paper técnico SAE 2014-01-1369. Disponível em: http://www.delphi.com/docs/default-source/old-delphi-files/8561cdc8-3a7d-4d67-a455-301fb139336a-pdf.pdf?sfvrsn=0. Data de acesso: 14/01/2016.

Costa, Eduardo dos S.; Cavaglieri, Marcelo R.; Alegre, Guilherme H. M.; Lopes, Cleber de J.; Windlin, Fernando L. Fuel Heater Set with Fuse Effect. US 2012/0204843 A1. Publicado em 16/08/2012. Acessado em Google Patents. Data de acesso: 14/01/2016.

Hornby, Michael J. Automotive Modular Inductive Heated Injector and System. US 7,798,131 B2. Publicado em 21/09/2010. Acessado em Google Patents. Data de acesso: 15/01/2016.

Amaral, Tadeu M. M.; Cavalhieri, Heitor M.; Romano, Marcos C. SELF-CONTROLLED ELECTRONIC COLD START SYSTEM – VEHICLE TESTS DEMONSTRATION. Acessado em: http://pdf.blucher.com.br/engineeringproceedings/simea2014/45.pdf. Data de acesso: 22/01/2016.

Cavalcantes, Duarte. Entrando numa fria. Revista Quatro Rodas, edição 659, agosto de 2014, pg. 104 a 107.

Imagens:

[1]: Retirado de: Indústria comemora 30 anos do 1º carro a álcool no país. Disponível em: http://g1.globo.com/Noticias/Carros/0,,MUL1234087-9658,00.html.  Data de acesso: 18/01/2016.

[2]: Adaptado de: Araújo, Marcos M.; Ferreira, Fábio; Napolitano, Patrícia; Lepsch, Fernando; Vasconcelos, Álvaro; Coletto, Túlio. SISTEMA FLEX START™. Disponível em: http://www.aea.org.br/aea2009/downloads/trabalhospremio/CategoriaTecnologiasOTTO-Vencedor-MarcosMeloAraujo.pdf. Data de acesso: 19/01/2016.

[3]: Arquivo pessoal.

[4]: Retirado de Mercado Livre. Disponível em: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-726629601-vela-aquecedora-kombisaveiro-diesel-_JM. Data de acesso: 18/01/2016.

[5]: Retirado de: Volkswagen lança Polo E-Flex, primeiro veículo flexível sem o reservatório de gasolina para partida a frio. Disponível em: http://www.maxpressnet.com.br/e/vw/vw_04-03-09c.html. Data de acesso: 19/01/2016.

[6]: Retirado de: Mercado Livre. Disponível em: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-681467523-flauta-bicos-ijetores-valvula-aquecedora-up-gol-fox-saveiro-_JM. Data de acesso: 19/01/2016.

[7]: Retirado de: Mercado Livre: Disponível em: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-709728725-vela-aquecedora-vw-up-10-flex-3cc-bosch-04c963319-_JM. Data de acesso: 19/01/2016.

[8]: Retirado de: Krenus, Roberto; Passos, Marcos R. V.; Ortega, Thiago, Mowery, Kenneth et al., Ethanol Flex Fuel system with Delphi Heated injector application, Paper técnico SAE 2014-01-1369. Disponível em: http://www.delphi.com/docs/default-source/old-delphi-files/8561cdc8-3a7d-4d67-a455-301fb139336a-pdf.pdf?sfvrsn=0. Data de acesso: 14/01/2016.

[9]: Retirado de: Delphi. Disponível em: https://allesueberautotechnik.de/2014/04/29/einspritzduese-mit-heizung/. Data de acesso: 19/01/2016.

[10]: Retirado de: Costa, Eduardo dos S.; Cavaglieri, Marcelo R.; Alegre, Guilherme H. M.; Lopes, Cleber de J.; Windlin, Fernando L. Fuel Heater Set with Fuse Effect. US 2012/0204843 A1. Publicado em 16/08/2012. Acessado em Google Patents. Data de acesso: 14/01/2016.

[11]: Retirado de: Hornby, Michael J. Automotive Modular Inductive Heated Injector and System. US 7,798,131 B2. Publicado em 21/09/2010. Acessado em Google Patents. Data de acesso: 15/01/2016.

[12]: Retirado de: Amaral, Tadeu M. M.; Cavalhieri, Heitor M.; Romano, Marcos C. SELF-CONTROLLED ELECTRONIC COLD START SYSTEM – VEHICLE TESTS DEMONSTRATION. Acessado em: http://pdf.blucher.com.br/engineeringproceedings/simea2014/45.pdf. Data de acesso: 22/01/2016.

[13]: Retirado de: Cavalcantes, Duarte. Entrando numa fria. Revista Quatro Rodas, edição 659, agosto de 2014, pg. 104-105.