Sistemas automotivos: admissão, alimentação e injeção

Engrenagens e relação de transmissão

Função: Efetivar transformações de movimentos. Engrenagem = alavanca múltipla dotada de um único centro.

Tipos de engrenagens:

• Engrenagens planas diretas
• Engrenagens helicoidais
• Engrenagens espirais
• Engrenagens de dupla espiral
• Engrenagens cônicas
• Engrenagem hipóide

Sistema de admissão

Detalhar um dos principais sistemas de um veículo automotor, sem o qual o motor não funciona.

Coletor de admissão

Função:

• Transportar a mistura ar + combustível, por meio de dutos, aos cilindros de forma homogênea.
• Pré-aquecer a mistura, deixando-a mais pulverizada, a fim de otimizar a queima.

Principal componente: coletor de admissão.

Sistema de alimentação

Detalhar um dos principais sistemas de um veículo automotor, sem o qual o motor não funciona.

Função

Suprir o motor de combustível e de comburente numa proporção estequiométrica sempre adequada, e permitir ao condutor o controle da aceleração.

Principais componentes

• Tanque de combustível
• Filtro de combustível
• Bomba de combustível (mecânica ou elétrica)
• Medidor de combustível
• Filtro de ar
• Carburador ou sistema de injeção de combustível

Filtro de ar

Função: Reter impurezas do ar que entra no motor.

• Rendimento do motor
• Durabilidade do motor
• Excesso de sujeira = aumento de consumo e queda de desempenho

Manutenção: a cada 10.000 km (asfalto) / 5.000 km (terra).

Teoricamente, quanto mais ar entrar no motor, mais potência será produzida a determinada rotação, desde que o sistema de gestão do motor consiga garantir a correta mistura ar/combustível.

Troca do filtro de ar

Filtros originais e alternativas

Filtros originais de papel são muito restritivos (várias fibras comprimidas com pequeno espaço de passagem do ar). Conforme o filtro vai ficando mais sujo, há menor espaço de passagem das partículas do ar, reduzindo o rendimento do motor. São substituídos nas revisões periódicas.

Se substituirmos o filtro original por um que permita que entre mais ar no motor, garantindo a mesma filtragem, o motor produzirá mais potência. Esse ganho poderá ficar em torno de 2 cv, dependendo do motor.

Tipos alternativos

• Fibras de algodão embebidas em óleo: oferecem superfície de filtragem maior que os de espuma. As partículas de poeira são paradas pelas fibras de algodão cruzadas e retidas pelo óleo.
• Espuma: com uma ou várias camadas. Várias camadas de poliuretano criam uma rede que retém as partículas de pó.

História do carburador

• Inventado em 1883 pelos cientistas húngaros Donát Bánki e János Csonka.
• Utilizado pela primeira vez em 1896 na Inglaterra.
• Primeiras fábricas em 1900 (EUA).

No início, o carburador constituía-se por um tubo ligado a um pequeno reservatório de combustível, com uma borboleta para regular a passagem do ar, o qual arrastava o combustível da cuba para dentro do motor.

Carburadores foram projetados com latas de alimentos — exemplo: motos Harley-Davidson entre 1903 e 1904 receberam carburadores feitos de latas de massa de tomate, pois seus construtores conheciam o princípio de funcionamento, mas não possuíam meios para encomendar peças específicas.

Evolução: lata de conservas → Quadrijet (2 cubas + 4 passagens de ar simultâneas).

No Brasil, o carburador foi usado até 1997 (Kombi). O modelo mais utilizado foi o de corpo duplo progressivo (o segundo estágio só é liberado após uma determinada abertura do primeiro estágio), por exemplo: Weber TLDZ e Brosol 2E/3E.

O segundo estágio do carburador entra em médias e altas rotações para atender às exigências do motor. Seu acionamento pode ser mecânico ou a vácuo, simultâneo ou progressivo, e com quase todas as funções do primeiro estágio.

Carburador

É um componente mecânico responsável pela alimentação de motor a explosão.

Objetivo: misturar a quantidade certa de combustível com ar, para que o motor funcione de maneira adequada em qualquer rotação, mantendo a relação estequiométrica ideal, de forma mecânica, em qualquer exigência de aceleração e em qualquer condição atmosférica.

O ar aspirado pelo pistão passa em alta velocidade pelo difusor (um estreitamento de passagem), arrastando uma porção de gasolina da cuba.

Substituído pela injeção eletrônica, que cumpre a mesma função de forma mais precisa. A borboleta, ligada diretamente ao pedal do acelerador, dosa a quantidade de mistura que o motor precisa aspirar. O uso do carburador é restrito a competições, carros de alto desempenho e fabricação de motos, sendo aos poucos substituído pela injeção eletrônica.

O carburador foi escolhido por todos os fabricantes iniciais devido à facilidade de produção, manutenção, instalação em vários motores, simplicidade e baixo custo.

Mistura pobre

Pouco combustível em relação ao ar; o motor "fica pobre" e poderá não dar a partida ou pode ser danificado por excesso de temperatura.

Mistura rica

Muito combustível misturado com o ar; o motor "fica rico" e também pode não pegar, gera fumaça preta, funciona mal (afoga facilmente, morre) ou, no mínimo, desperdiça combustível.

Motor frio: é necessário uma mistura bastante rica para dar a partida. É onde entra a borboleta do afogador.

Motosserras não possuem transição suave entre marcha-lenta e acelerador aberto; portanto, a diferença de desempenho gradual entre esses extremos não é tão importante. Em um carro, todas as faixas intermediárias são importantes e é por isso que o carburador dos carros é muito mais complexo.

Principais componentes do carburador

Um carburador é, essencialmente, um tubo...

• Borboleta de aceleração: controla quanto ar pode fluir através do tubo.
• Venturi: estrangulamento nas passagens de ar onde é criada uma depressão.
• Giclê (gicleur): orifício do venturi responsável por regular a passagem do combustível para os tubos emulsionadores.
• Corpo: local onde estão as passagens de ar e são fixados os acessórios.
• Tampa: local onde, na maioria dos casos, se encontram os giclês, tubos emulsionadores e o conjunto agulha e bóia.
• Emulsionadores (flautas): tubo com orifícios que pulverizam o combustível.
• Agulha e bóia: administram a passagem do combustível para a cuba do carburador.
• Bomba de aceleração: injeta maior quantidade de combustível em acelerações bruscas, corrigindo possíveis "vazios" de aceleração.

Subsistemas: sistema de marcha lenta e sistema de marcha acelerada.

Injeção eletrônica

A injeção eletrônica é um sistema de alimentação de combustível e gerenciamento eletrônico do motor de um automóvel. Surgiu pela necessidade das indústrias automotivas reduzirem emissões de poluentes e permite um controle mais eficaz da mistura admitida pelo motor, com maior eficiência.

Como ocorria com o carburador, a função deste equipamento é fazer a mistura de ar e combustível; nos modernos sistemas isso é feito de maneira extremamente precisa. A unidade de comando faz leituras de diversos sensores espalhados pelo motor, examina as informações e, com base em outros dados gravados em memória, envia comandos a diversos atuadores. Esse procedimento é efetuado várias vezes por minuto, com base nos movimentos do virabrequim.

Principais componentes (exemplos)

1. Bomba de combustível
2. Filtro de combustível
3. Regulador de pressão
4. Válvula de injeção (bico injetor)
5. Medidor de fluxo de ar
6. Sensor de temperatura
7. Atuador de marcha lenta
8. Potenciômetro da borboleta
9. Sensor de rotação
10. Sonda lambda (sensor de oxigênio)
11. Unidade de comando (ECU)
12. Válvula de ventilação do tanque
13. Relé de comando
14. Bobina de ignição
15. Vela de ignição
16. Canister

Carburador x injeção eletrônica

O carburador, que acompanhou o processo de evolução automotiva, já não supria as necessidades dos novos veículos em termos de economia de combustível e emissões. Havia necessidade de aprimorar os primeiros sistemas de injeção eletrônica (existiam desde a década de 1950 para aplicações específicas).

Um carburador, por melhor que seja e por melhor que esteja sua regulagem, não consegue alimentar o motor na proporção ideal de mistura em qualquer regime de funcionamento. Os sistemas de injeção eletrônica têm essa característica.

Sistemas: single point = alimentação por bico único; multi-point = um bico para cada cilindro, localizado antes da válvula de admissão. Há uma única linha de alimentação de combustível para todos os injetores. Bicos injetores dosam o combustível para o motor através do seu tempo de abertura. Os bicos de injeção são acionados eletromagneticamente, abrindo e fechando por impulsos elétricos provenientes da unidade de comando (ECU).

A ECU gerencia as leituras dos diversos sensores para determinar quando e em que quantidades o combustível deve ser fornecido ao motor e, em que momento deve ocorrer a faísca (nos sistemas que incorporam a ignição). Utiliza-se de um programa que decide a ação em cada situação e de acordo com a vontade do motorista, visando proporcionar o melhor rendimento possível dentro de parâmetros adequados de consumo e poluição.

Combustíveis

• Gasolina: combustível constituído basicamente por hidrocarbonetos e, em menor quantidade, por produtos oxigenados. Esses hidrocarbonetos são, em geral, mais leves que aqueles do óleo diesel, pois são formados por moléculas de menor cadeia carbônica. Além dos hidrocarbonetos e oxigenados, a gasolina contém compostos de enxofre e nitrogênio.
• Álcool combustível (etanol): biocombustível produzido, geralmente, a partir da cana-de-açúcar, mandioca, milho ou beterraba. Utilizado desde o início da indústria automotiva em motores do ciclo Otto.
• Diesel: combustível derivado do petróleo, obtido na faixa de destilação entre 250 ºC e 350 ºC. Produto inflamável, medianamente tóxico, volátil, límpido e com odor característico. Recebe o nome em homenagem a Rudolf Diesel.
• GLP (Gás Liquefeito de Petróleo): mistura de gases de hidrocarbonetos utilizada como combustível em veículos; obtida a partir da destilação do petróleo.
• GNV (Gás Natural Veicular): composto principalmente por metano e etano, diferencia-se do GLP (propano e butano). O GNV trabalha em alta pressão (cerca de 220 bar), enquanto o GLP opera a aproximadamente 8 bar. O GNV é mais leve que o GLP e é armazenado em cilindros sem costuras.

Motores flexíveis: como funcionam?

O motor bicombustível possui regulagem intermediária para queimar gasolina e álcool. O veículo bicombustível tem apenas um tanque. Todo o sistema de alimentação é igual ao do carro a álcool. Os bicos injetores, que pulverizam o combustível para dentro do motor, são os mesmos do carro a álcool, sendo cerca de 30% maiores e com mais vazão.

A taxa de compressão é intermediária entre motores a gasolina e a álcool:

• Gasolina: taxa de compressão típica 9:1
• Álcool: taxa de compressão típica 12:1
• Carros flex: taxa de compressão intermediária, por exemplo 11:1

Após a combustão, os gases queimados são analisados pela sonda lambda (sensor de oxigênio no escapamento) e a unidade de controle corrige ponto de ignição e injeção em milissegundos — os acertos são feitos depois da queima.

Os problemas dos flexíveis

Na mistura álcool + gasolina, o álcool tende a formar uma goma que pode obstruir e até entupir o filtro de combustível. Quando entra gasolina (que atua como solvente) no sistema, ela costuma desgrudar essa goma; o filtro de combustível é a primeira vítima. Se ele é danificado, a bomba de combustível é obrigada a trabalhar mais sem resultado.

Vale a pena converter um carro a gasolina para álcool?

• É necessário calibrar parâmetros de mistura ar-combustível e ignição específicos para cada modelo de motor.
• A taxa de compressão dos motores a gasolina costuma ser bem mais baixa do que a ideal para etanol, o que resultaria em consumo elevado e anularia a vantagem.
• Certos componentes teriam de ser substituídos para resistir ao etanol, como bomba de combustível e bóia do tanque. Válvulas e sedes de válvulas no cabeçote poderiam se desgastar mais rápido.

Dicas de economia

1. Evite acelerações a fundo.
2. O consumo de combustível é menor em marchas altas.
3. Evite conduzir na velocidade máxima.
4. Dirija de modo regular.
5. Calibre os pneus regularmente.
6. Não transporte pesos mortos.
7. Use o bagageiro só quando for imprescindível.
8. Não use o chamado "ponto morto" em descidas.
9. Evite o uso desnecessário do ar-condicionado.
10. Programe antecipadamente os itinerários, evitando engarrafamentos.
11. Desligue o motor em paradas prolongadas no trânsito.
12. Verifique o consumo de combustível a cada abastecimento.
13. Utilize somente o combustível recomendado no manual do proprietário.
14. Não altere o sistema de alimentação ou de escapamento.
15. Siga o plano de manutenção do veículo.

Mitos

• Não é preciso esperar muito tempo para "aquecer" o motor do carro antes de sair pela manhã.
• Não espere o marcador de temperatura chegar a 1/4 para exigir mais do motor.
• Não pise no acelerador antes de desligar o motor.
• Nas descidas, engrene a marcha equivalente à necessária para subir.
• O atrito dos pneus também pode ser provocado por suspensão desalinhada.
• Não deixe o frentista encher o tanque além do desligamento automático da bomba. O excesso de combustível pode transbordar, danificando o canister (filtro dos gases do tanque).
• Coeficiente de penetração aerodinâmica (Cx) influencia diretamente no consumo: quanto menor, mais aerodinâmico e econômico é o carro.
• Modelos maiores, mais pesados e com motores mais potentes apresentam consumo maior de combustível.
• Carros a álcool não são sempre mais econômicos; o custo-benefício depende do preço do combustível.

Câmbio

Função:

• Desenvolver a primeira etapa do movimento, que exige maior força para vencer a inércia.
• Desenvolver a segunda etapa do movimento, correspondente ao desenvolvimento da velocidade ou aceleração.

Principais componentes:

• Eixo principal
• Árvore secundária
• Engrenagens
• Tambor sincronizador
• Garfos selecionadores
• Alavanca de câmbio

Chassis

Função: O chassis é a armação metálica que suporta todas as partes suspensas do veículo e é submetida a esforços intensos; deve ser o mais rígido possível. É a parte do veículo constituída dos órgãos necessários ao deslocamento e que suporta a carroceria.

Chassis típico

Principais componentes: duas longarinas unidas por travessas.

Chassis monobloco

Principais componentes:

• Longarinas (caixas de ar)
• Colunas da cabine
• Estrutura da caixa do motor

Carroçaria monobloco

Recebe todos os esforços suportando os pesos durante o movimento do veículo. O assoalho, as laterais e o teto da carroçaria são construídos para trabalhar como se fossem um único conjunto.

Vantagem: menor peso.

Desvantagem: grandes investimentos em complexa maquinaria de estampagem.

Eixos dianteiros e traseiros

Função: receber a rotação do motor convenientemente reduzida e transferi-la, com mudança de 90º, às rodas.

Principais componentes:

• Eixo cardan / árvore de transmissão
• Juntas flexíveis / cruzetas
• Eixo traseiro
• Diferencial
• Eixo dianteiro (quando aplicável)

Câmbio

Função:

• Desenvolver a 1ª etapa do movimento, que é a de maior força exigida para vencer a inércia.
• Desenvolver a 2ª etapa do movimento, que é o desenvolvimento da velocidade ou aceleração.

Principais componentes:

• Eixo principal
• Árvore secundária
• Engrenagens
• Tambor sincronizador
• Garfos seletores
• Alavanca de câmbio

Chassis

Função: O chassis é a armação metálica que suporta todas as partes suspensas do veículo, e que é submetida a esforços bastante intensos, devendo ser, portanto, a mais rígida possível. Chassis é a parte do veículo constituída dos órgãos necessários ao seu deslocamento e que suporta a carroceria.

Chassis típico
Principais componentes: Duas longarinas unidas por travessas.

Chassis monobloco
Principais componentes:

• Longarinas (caixas de ar)
• Colunas da cabine
• Estrutura da caixa do motor

Carroçaria monobloco

Recebe todos os esforços suportando os pesos durante o movimento do veículo. O assoalho, as laterais e o teto da carroçaria são construídos para trabalhar como se fossem um único conjunto.

Vantagem: menor peso.

Desvantagem: grandes investimentos em complexa maquinaria de estampagem.

Eixos dianteiros e traseiros

Função: receber a rotação do motor convenientemente reduzida e transferi-la com uma mudança de 90º às rodas.

Principais componentes:

• Eixo cardan / árvore de transmissão
• Juntas flexíveis / cruzetas
• Eixo traseiro
• Diferencial
• Eixo dianteiro (quando aplicável)