Veja o que acontece durante a injeção do etanol e o processo que atende à formação da mistura dentro da câmara de combustão
artigo por Diego Riquero Tournier fotos Arquivo Bosch
A relação entre a temperatura e o etanol, sempre foi um tema delicado principalmente quando falarmos das partidas a frio.
Neste sentido, a figura 1 está mostrando o fenômeno que acontece durante a injeção do etanol, processo que antecede à formação da mistura dentro da câmara de combustão; a mencionada condição, refere-se às situações nas quais o etanol se encontra em temperaturas inferiores aos 20°C.
Como ponto de partida, e para compreender o fenômeno da dificuldade da partida frio nos veículos movidos a etanol, podemos começar analisando conceitualmente o ponto mais relevante em termos da formação e processo de queima da mistura Ar/Combustível; e neste sentido, o que define o que poderíamos chamar como a realização de uma “combustão ideal”, está diretamente relacionado com a capacidade de introduzir uma mistura explosiva em estado gasoso, dentro da câmara de combustão.
Em poucas palavras, o combustível que está sendo injetado no motor deve passar do estado líquido para o estado gasoso, para que desta forma, seja possível propiciar uma queima eficiente com a consequente liberação da energia desejada, economia de combustível, e a menor formação de resíduos contaminantes resultantes da combustão.
Especificamente o etanol, apresenta grandes dificuldades de vaporização em temperaturas inferiores aos 12,8°C; o exemplo apresentado na figura acima, está mostrando a grande diferencia comportamental de um de um jato injeção, quando o mesmo é sometido a condições e ambientes totalmente diferentes; para o caso, o exemplo mostra as diferencias de uma injeção realizada a 20°C e outra a 100°C.
Claramente, é possível identificar que com baixas temperaturas a vaporização do Etanol não se desenvolve, permanecendo as partículas de combustível em estado líquido e portanto, impossibilitando o ingresso do etanol na câmara de combustão em estado gasoso.
Quando esta condição está presente, além das grandes dificuldades ou até a impossibilidade de realizar as partidas a frio, o motor funciona por um longo período (até atingir a temperatura normal de funcionamento), em condições adversas, realizando combustões incompletas, consumindo combustível em excesso, apresentando falhas funcionais as quais incluem a falta de potência, emitindo gases poluentes, e acelerando de forma drástica o processo de desgaste dos componentes internos do motor.
Desta forma, se explicam todos os problemas que apresenta o Etanol diante das situações de funcionamento em condições frias, o que historicamente era “solucionado” com uma injeção adicional de gasolina (já que este outro combustível apresenta uma boa condição de vaporização a temperaturas bem mais frias do que o etanol); foi assim então, que surgiu o “famoso tanquinho de partida a frio”.
Mas, a tecnologia automotiva continuou avançando e surgiu uma ideia:
E se fosse possível aquecer o etanol antes de ser injetado…?
Dava se início assim, a um novo desafio tecnológico o qual foi encarado pela engenheira da Robert Bosch do Brasil, criando um produto de exportação da indústria automotiva brasileira, patenteado sob a marca FlexStart.
COMPONENTES E FUNCIONAMENTO DO SISTEMA FLEXSTART:
Aquecer combustível é sempre um desafio que envolve algumas condições especiais relacionadas a segurança, por este motivo, não se trata apenas de colocar uma resistência de aquecimento em contato com o etanol em estado líquido, para elevar sua temperatura; para este fim, será necessário contar com um sistema que consiga monitorar parâmetros, estabelecendo uma estratégia de funcionamento de forma controlada e segura.
A figura 2 mostra os principais elementos que compõem o sistema FlexStart; em primeiro lugar (1), vemos a unidade de controle eletrônico de motor (ECU), a qual conta com um software e uma calibração especial para coordenar todas as alternativas de acionamento do sistema FlexStart, assim como, a importante tarefa de integração do FlexStart, com as estratégias de funcionamento da gestão do motor.
Obviamente que, a informação primordial para o acionamento das estratégias de funcionamento do sistema FlexStart, partiram sempre dos dados de temperatura do motor, mas, é a partir do gerenciamento do sistema via software, que muitas alternativas funcionais foram criadas para obter uma alta eficiência operacional do sistema.
Por exemplo; a nível da gestão da eletrônica de potência, o software é capaz de gerenciar a intensidade da corrente subministrada para cada um dos elementos de aquecimento (4), e tudo isso de forma individual; esta função, permite que por médio de uma modelagem matemática, possa ser administrada a potência elétrica e consequentemente a temperatura gerada por cada um dos elementos de aquecimento.
Pensando no conforto funcional, o sistema também conta com uma integração com as redes de bordo (rede CAN), o que permite programar funcionalidades de acionamento do sistema de aquecimento a distância, com controle remoto, quando o motorista abre a porta do carro, ou simplesmente quando o motorista se encontra dentro do raio de captação de um sistema com chave de presença.
Nas mencionadas condições, e diante de uma situação na qual temperatura do motor se encontre geralmente em valores inferiores aos 13°C, o sistema realiza o acionamento de forma automática, iniciando o processo de aquecimento do etanol, dispensando desta forma, qualquer necessidade de espera (luz testigo), para a habilitação da partida do motor.
Por tratar-se de um sistema aplicado em veículos com tecnologia Flex; outro fator condicional para o acionamento do sistema, está relacionado com o teor de etanol presente no combustível com o qual o veículo se encontra abastecido; isto quer dizer que, em situações nas quais a ECU identificou um teor de gasolina elevado, ou seja, valores iguais ou menores a E50, o sistema FlexStart não será acionado independentemente da temperatura presente no motor.
Esta informação relaciona ao teor de etanol presente no veículo, varia conforme cada fabricante e aplicação específica de motorização, por este motivo, o valor mencionado acima (E50), deverá ser tomado apenas como uma referência conceitual aos efeitos de compreender os princípios de funcionamento.
A figura 3 mostra outra caraterística do sistema FlexStart, a qual refere-se à capacidade de medir com extrema precisão, os fenômenos físicos que acontecem nos elementos de aquecimento; neste sentido, por tratar-se de um grande resistor do tipo PTC (aumenta sua resistência elétrica proporcionalmente ao incremento de temperatura), existe uma condição mediante a qual, é possível regular o sistema em diferentes condições de temperatura, conforme a fase de funcionamento do motor (fase fria, fase de aquecimento e temperatura normal).
Basicamente, o sistema consegue estabelecer e monitorar com muita precisão diferentes condições de temperatura para o aquecimento do etanol, conforme a situação programada no software da ECU.
Desta forma, a unidade de aquecimento (HCU), pode entregar mais potência elétrica (Watts), regulando o tempo e intensidade do subministro da energia; ou seja, o software mediante a aplicação prática da lei de Ohm, consegue trabalhar com variáveis como: resistência, corrente, potência elétrica, e desta forma, passa a ser possível estimar com altíssima precisão, a temperatura na qual se encontra operando cada um dos elementos de aquecimento.
Esta informação é de suma importância para que o sistema possa realizar a qualquer momento seu próprio autodiagnóstico; neste sentido, se for necessário, a ECU poderá desligar individualmente os elementos de aquecimento em caso de risco de queima (consumo elétrico muito elevado), gerando o correspondente código DTC.
Outra caraterística do sistema apresentada na figura 3, mostra a existência de uma câmara (3), a qual é preenchida com um volume de combustível proveniente da galeria (1), permitindo que o elemento de aquecimento (4), tenha capacidade de elevar a temperatura de uma quantidade de combustível suficiente para suprir as necessidades de uma partida a frio, assim como, para garantir os primeiros momentos de funcionamento do motor sem falhas de combustão.
A figura 4, mostra as caraterísticas do acionamento elétrico do sistema FlexStart, o qual é realizado a partir de um pulso modulado (PWM), permitindo desta forma, um controle muito preciso do comportamento dos elementos de aquecimento.
Mediante esta técnica, é realizada uma alteração da largura dos pulsos (pulsos longos para maior tempo de aquecimento e pulsos curtos para menor temperatura), o sistema estabelece diferentes estratégias de funcionamento, conforme a temperatura do motor e fase de aquecimento do mesmo.
Esta função, é conhecida com o nome de Power Normalization, tendo como principal objetivo, o controle do potencial elétrico, de forma tal que, permita aquecer um determinado volume de combustível de forma rápida, para depois manter o volume aquecido, consumindo a menor quantidade de energia possível.
O sistema FlexStart, permanece em funcionamento por alguns minutos após a partida do motor, garantindo que o etanol se encontre sempre em uma temperatura adequada para seja possível iniciar o processo de vaporização e a posterior gasificação dentro da câmara de combustão.
É importante mencionar que, na unidade de controle de aquecimento (HCU), também existe uma eletrônica que estabelece uma comunicação com a unidade de controle de motor (ECU), compartilhando informações de suma importância como o estado funcional de cada um dos elementos de aquecimento (feedback), assim como, todas as informações referentes ao diagnóstico do sistema.
