otimizaÇÃo do sistema de partida a frio de veÍculos a ... · anderson luiz de souza, engº...
Post on 10-Jul-2020
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PUC Minas
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
MESTRADO EM ENGENHARIA AUTOMOTIVA
OTIMIZAÇÃO DO SISTEMA DE PARTIDA AFRIO DE VEÍCULOS A ÁLCOOL PARA
REDUÇÃO DAS EMISSÕES NA EXAUSTÃO
Luís Carlos Monteiro Sales
Belo Horizonte, 18 de dezembro de 2001
À minha mãe pela dedicação e carinho.
Ao meu pai pelo exemplo de perseverançae luta. “in memoriam”
À minha esposa Ana e aos meus filhosLuís Gustavo e Mariana, que representamo significado maior de meu esforço.
ii
ii
Agradecimentos
Ao Engº João Irineu Medeiros, por acreditar em meu potencial.
À Dra. Silvana Arrivabeni Rizzioli, pelo seu empenho e colaboração no
intercâmbio entre a Indústria e a Universidade.
Ao Engº Julio Cesar Duarte, pela disponibilidade do Laboratório de Emissões e
Consumo da F.A. Powertrain Ltda.
Ao Prof. Dr. José Ricardo Sodré, pela orientação e aprendizado.
A todos professores e funcionários do Departamento de Engenharia Mecânica
da PUC Minas, que contribuíram para minha formação.
Aos meus colegas da F.A. Powertrain, que constituíram de forma espontânea
a equipe que colaborou para execução deste trabalho: Paulo Donisetti Correa,
Anderson Luiz de Souza, Engº Cláudio Malard Assad, Bl. Química José
Roberto Caetano Machado, Fábio Henrique Barbosa, Robson Rodrigues
Machado, Roberto Cota Coura, Héldio Emilio Martins e Cláudio Henrique da
Silva.
Aos Srs. Guido Spada e Fábio Tarasco, da Magneti Marelli do Brasil.
À Fiat Automóveis S.A. e à F.A. Powertrain Ltda., pela oportunidade e
concessão da bolsa de estudos.
.
RESUMO
Este trabalho descreve um sistema auxiliar de partida a frio otimizado para
veículos a álcool, visando obter um tempo de partida a frio mais curto e
uniforme e diminuir as emissões de poluentes na exaustão durante o período
de aquecimento do motor. O conceito adotado para diminuição de poluentes
consiste na utilização de uma mistura combustível/ar menos rica durante a
partida a frio e no período de aquecimento do motor, através de menores
quantidades de gasolina e álcool injetadas. Para tal, utilizou-se um eletroinjetor
(bico injetor) para uma pulverização mais eficiente da gasolina no coletor de
admissão do motor à vazão e pressão controladas, em substituição ao sistema
convencional, onde a introdução da gasolina é realizada através de um tubo
com furo calibrado. O sistema otimizado proporcionou tempos de partida a frio
uniformes e mais curtos em relação ao sistema convencional na ordem de
31,10%. As reduções observadas nas emissões de HC, CO, NOx e aldeídos
foram em torno de 30,09%, 47,85%, 14,09% e 27,27% respectivamente, com o
veículo dotado de pré-catalisador e catalisador principal.
ABSTRACT
This work describes an optimized auxiliary cold start system for alcohol-fuelled
vehicles, aiming to obtain shorter and uniform cold start time intervals and
reduced exhaust pollutant emissions during the engine warm-up period. The
adopted concept for reduced emissions consists in the utilization of leaner
fuel/air mixtures during the cold start and warm-up periods, through lesser
amounts of injected gasoline and alcohol. For this purpose, an electronic fuel
injector was adopted for a more efficient gasoline pulverization in the intake
system at controlled flow and pressure, in substitution to the conventional
system, where introduction of gasoline is done by a calibrated hole in a pipe.
The optimized system allowed for uniform cold start at shorter time intervals in
comparison to the conventional system, in the order of 31,10%. The observed
reduction on HC, CO, NOx and aldehyde emissions were around 30,09%,
47,85%, 14,09% and 27,27%, respectively, using pre-catalytic and main
catalytic converters in the exhaust system.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................... IX
LISTA DE TABELAS ................................................................. XV
NOMENCLATURA .................................................................. XVII
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO .................................................... 1
1.1 - Motivação .............................................................................. 1
1.2 - Objetivo ................................................................................. 6
1.3 - Estado da Arte ....................................................................... 6
1.4 - Escopo da Dissertação ........................................................... 9
CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................. 11
2.1 - Partida e Funcionamento a Frio ............................................. 11
2.1.1 - Carburador Experimental com Atomizador ........................ 11
2.1.2 - Utilização do Composto Etanol-Dietil Éter-Água ................ 12
2.1.3 - Utilização de MTBE (Metil-t-Butil-Éter) ............................. 13
2.1.4 - Utilização da Gasolina .................................................. 13
2.2 - Emissões de Poluentes ........................................................ 13
Sumário vi
2.2.1 - Emissões Durante o Período de Aquecimento ................ 14
2.2.2 - Influência da Razão de Equivalência nas Emissões de
Poluentes ................................................................. 19
2.2.3 - Hidrocarbonetos ........................................................ 21
2.2.4 - Monóxido de Carbono ................................................. 28
2.2.5 - Óxidos de Nitrogênio .................................................. 29
2.2.6 - Aldeídos ................................................................... 31
CAPÍTULO 3 – ANÁLISE DA QUANTIDADE DO
COMBUSTÍVEL INJETADO ....................................................... 34
3.1 - Introdução .......................................................................... 34
3.2 - Equação da Combustão da Mistura Álcool – Gasolina ............ 38
3.3 - Cálculo da Quantidade de Combustível Injetado para a
Relação Estequiométrica ..................................................... 40
3.4 - Quantidade de Gasolina e Álcool Injetados nas Acelerações
Durante o Período de Aquecimento do Motor ........................ 44
CAPÍTULO 4 – METODOLOGIA EXPERIMENTAL .................. 45
4.1 - Aparato Experimental .......................................................... 45
4.1.1 - Característica do Veículo e do Motor ............................... 45
4.1.2 - Sistema de Partida a Frio Convencional ........................... 46
Sumário vii
4.1.3 - Sistema de Partida a Frio com Injetor de Combustível ........ 48
4.1.4 - Instrumentação do veículo .............................................. 52
4.1.5 - Sistema de Aquisição de Dados da Central Eletrônica do
veículo ........................................................................ 53
4.1.6 - Sistema de Medição da Razão de Equivalência
Ar/Combustível (ë) ........................................................ 54
4.1.7 - Instrumentos de Medição ............................................... 54
4.1.8 - Dinamômetro de Chassi ................................................. 55
4.1.9 - Sistema de Amostragem e Análise de HC, CO e NOx .......... 55
4.1.10 - Sistema de Amostragem e Análise de Aldeídos ................. 57
4.2 - Procedimentos Experimentais .............................................. 59
4.2.1 - Ajuste das Quantidades de Álcool e Gasolina ................... 59
4.2.2 - Configuração do Veículo ............................................... 61
4.2.3 - Testes de Emissões ..................................................... 62
4.2.4 - Execução dos Testes de Emissões e Tempo de Partida a
Frio ........................................................................... 64
CAPÍTULO 5 – RESULTADOS .................................................. 66
5.1 - Testes para Determinação dos Tempos de Partida a Frio ........ 66
Sumário viii
5.2 - Avaliação da Aceleração a Frio ............................................. 68
5.3 - Testes de Emissões ............................................................. 69
5.3.1 - Resultados de Emissões nas Configurações
1, 2, 3, e 4 ................................................................ 69
5.4 - Resultados de Emissões das Configurações 5, 6, 7 e 8 .......... 78
CAPÍTULO 6 – CONCLUSÕES ................................................. 83
6.1 - Tempo de Partida a Frio ....................................................... 83
6.2 - Acelerações a frio ............................................................... 83
6.3 - Resultados de Emissões ...................................................... 84
6.4 - Sugestões para Trabalhos Futuros ....................................... 85
APÊNDICE A – TABELAS DE RESULTADOS ......................... 87
APÊNDICE B – ANÁLISE DE INCERTEZAS ............................ 91
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................... 95
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Venda anual de carros a álcool em relação à venda
total de carros e variação percentual entre o preço
do álcool e o preço da gasolina nos anos 80 e 90
( Seminário “Alternativas para o uso do álcool como
combustível” - I.P.T. - São Paulo,2000) .................................... 3
Figura 2.1 - Média das emissões de 20 modelos de veículos anos
1993 – 1994, testados nos 505 s iniciais do ciclo FTP
(Singer et al., 1999) ............................................................. 17
Figura 2.2 - Eficiência de conversão do catalisador em função da
relação ar/combustível (Cortesia da Johnson Matthey
do Brasil, 2001) ...................................................................... 18
Figura 2.3 - Eficiência das reações de oxidação no catalisador em
função da relação ar/combustível (Cortesia da Johnson
Matthey do Brasil, 2001) ........................................................ 19
Figura 2.4 - Variação da concentração de HC, CO, e NO na exaustão
de um motor convencional com ciclo Otto com a razão de
equivalência combustível/ar (Heywood, 1988) ....................... 20
Figura 2.5 - Efeito da razão de equivalência da mistura nas emissões
de aldeídos (Ayyasamy et al., 1981) ...................................... 21
Figura 2.6 - Principais volumes entre pistão e parede do cilindro e
camada de óleo lubrificante (Kaplan e Heywood, 1991) ........ 22
Figura 2.7 - Temperaturas nas paredes do cilindro e no topo do pistão
(Huang et al.,1998) ................................................................. 23
Lista de Figuras x
Figura 2.8 - Variação do volume da fenda no topo do pistão (Huang
et al.,1998) ............................................................................. 24
Figura 2.9 - Concentração de hidrocarbonetos não queimados da
fenda no topo do pistão (Huang et al., 1998) ................... 24
Figura 2.10 - Concentração de hidrocarbonetos formados na camada
de óleo (Huang et al., 1998) .................................................. 26
Figura 2.11 - Hidrocarbonetos provenientes da fenda no topo do cilindro
e da camada de óleo (Huang et al., 1998) ............................ 26
Figura 2.12 - Emissões de CO com gasolina e metanol (Annand e
Gulder, 1980) ........................................................................ 29
Figura 2.13 - Emissões de NO com gasolina e metanol (Annand e
Gulder, 1980) ........................................................................ 30
Figura 2.14 - Efeito da carga do motor nas emissões de aldeídos
(Ayyasamy et al., 1981) ......................................................... 32
Figura 3.1 - Emissões de HC antes do pré-catalisador expressos em
termos percentuais da concentração total emitida na
primeira fase (505 s) .............................................................. 35
Figura 3.2 - Emissões de CO antes do pré-catalisador expressos em
termos percentuais da concentração total emitida na
primeira fase (505 s) .............................................................. 36
Figura 3.3 - Distribuição de aldeídos após o catalisador expressos em
termos percentuais da concentração total emitida na
primeira fase (505 s) .............................................................. 36
Figura 3.4 - Eficiência de conversão de HC na primeira fase (505 s) ....... 37
Figura 3.5 - Eficiência de conversão de CO na primeira fase (505 s) ....... 37
Lista de Figuras xi
Figura 3.6 - Temperaturas no pré-catalisador na primeira fase
(505 s) .................................................................................... 38
Figura 3.7 - Temperaturas no catalisador principal na primeira fase
(505 s) .................................................................................... 38
Figura 4.1 - Vista geral do Sistema de Partida a Frio Convencional ........ 46
Figura 4.2 - Detalhe do ponto de introdução de gasolina no corpo de
borboleta ............................................................................... 47
Figura 4.3 - Reservatório de Combustível ................................................ 47
Figura 4.4 - Detalhe da eletroválvula e filtro de combustível .................... 48
Figura 4.5 - Vista geral do Sistema de Partida a Frio com Injetor ............ 49
Figura 4.6 - Reservatório equipado com manômetro e regulador de
pressão .................................................................................. 50
Figura 4.7 - Detalhe da posição do injetor e filtro de combustível ............ 50
Figura 4.8 - Detalhe do injetor e da galeria de combustível ..................... 51
Figura 4.9 - Detalhe da pulverização da gasolina .................................... 51
Figura 4.10 - Esquema do sistema de descarga instrumentado ................ 52
Figura 4.11 - Esquema do dinamômetro de chassi, sistema de
amostragem e analisadores de gases .................................. 56
Figura 4.12 - Esquema do sistema de amostragem de aldeídos ............... 58
Figura 4.13 - Esquema do sistema de análise de aldeídos ........................ 59
Lista de Figuras xii
Figura 4.14 - Representação do ciclo urbano para determinação das
emissões pelo escapamento de um veículo conforme a
NBR 6601 .............................................................................. 64
Figura 5.1 - Comparativo dos tempos de partida a frio das quatro
configurações ......................................................................... 67
Figura 5.2 - Comparativo da aceleração a frio com carga ......................... 69
Figura 5.3 - Emissões de HC das configurações sem catalisadores em
termos do percentual do total da concentração no “COLD
505” ........................................................................................ 70
Figura 5.4 - Emissões de CO das configurações sem catalisadores em
termos do percentual do total da concentração no “COLD
505” ........................................................................................ 70
Figura 5.5 - Média das emissões de HC das configurações 1, 2, 3 e 4
no ciclo “COLD 505” ............................................................... 71
Figura 5.6 - Média das emissões de CO das configurações 1, 2, 3 e 4
no ciclo “COLD 505” ............................................................... 72
Figura 5.7 - Comparativo dos valores da razão de equivalência
combustível/ar (φ) .................................................................. 73
Figura 5.8 - Emissões de HC das configurações sem catalisadores
nos 60 s iniciais em termos do percentual do total da
concentração no “COLD 505” ................................................ 73
Figura 5.9 - Emissões de CO das configurações sem catalisadores
nos 60 s iniciais em termos do percentual do total da
concentração no “COLD 505” ................................................ 74
Lista de Figuras xiii
Figura 5.10 - Média das emissões de Aldeídos das configurações 1,
2, 3 e 4 no ciclo “COLD 505” .............................................. 75
Figura 5.11 - Emissões de aldeídos da configuração 4 em termos
percentuais da concentração total no ciclo “COLD 505”
............................................................................................ 75
Figura 5.12 - Emissões de NOx das configurações sem catalisadores
em termos do percentual do total da concentração no
“COLD 505” ........................................................................ 75
Figura 5.13 - Emissões de Aldeídos nos 50 segundos iniciais do ciclo
“COLD 505” das configurações 1 e 4 ............................... 76
Figura 5.14 - Média das emissões de NOx das configurações 1, 2, 3
e 4 no ciclo “COLD 505” ..................................................... 77
Figura 5.15 - Emissões de NOx das configurações sem catalisadores
nos 60 s iniciais em termos do percentual do total da
concentração no “COLD 505” ............................................ 77
Figura 5.16 - Média dos resultados de emissões de HC no ciclo
“COLD 505” das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8 ................. 79
Figura 5.17 - Média dos resultados de emissões de CO no ciclo
“COLD 505” das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8 ................. 79
Figura 5.18 - Média dos resultados de emissões de NOx no ciclo
“COLD 505” das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8 ................. 80
Figura 5.19 - Média dos resultados de emissões de Aldeídos no ciclo
“COLD 505” das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8 ................. 80
Figura 5.20 - Média dos resultados de emissões de HC no ciclo
urbano da NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8 .......... 81
Lista de Figuras xiv
Figura 5.21 - Média dos resultados de emissões de CO no ciclo
urbano da NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8 .......... 81
Figura 5.22 - Média dos resultados de emissões de NOx no ciclo
urbano da NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8 .......... 82
Figura 5.23 - Média dos resultados de emissões de Aldeídos no ciclo
urbano da NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8 .......... 82
Lista de Tabelas xvi
xv
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 - Limites de emissões do PROCONVE .................................... 5
Tabela 1.2 - Proposta para limites de emissões das Fases IV e V ............ 5
Tabela 1.3 - Características físico-químicas da gasolina e do Etanol
(Amaral, 2000) ........................................................................ 8
Tabela 2.1 - Média da concentração de poluentes medidos no
sistema de exaustão e ventilação do estacionamento
(Singer et al., 1999) .............................................................. 16
Tabela 3.1 - Valores dos parâmetros considerados no cálculo
da vazão ............................................................................... 42
Tabela 3.2 - Vazões de álcool e gasolina na partida a frio para a
combustão completa do composto álcool e gasolina
em função da vazão experimental de ar e do número
de moles de gasolina .....,,.................................................... 43
Tabela 4.1 - Seqüência de ajustes de vazões de gasolina obedecendo
a relação de vazões de álcool e gasolina conforme a
Tabela 3.1 ............................................................................ 60
Tabela 4.2 - Configurações do veículo para os testes de partida
a frio e emissões .................................................................. 62
Tabela A.1 - Resultados de emissões e tempo de partida a frio das
configurações 1, 2, 3 e 4 no ciclo “COLD 505” – Veículo
sem pré-catalisador e catalisador ........................................ 87
Lista de Tabelas xvi
xvi
Tabela A.2 - Resultados de emissões das configurações 5 e 6 no ciclo
“COLD 505” – Veículo com pré-catalisador e catalisador
.............................................................................................. 88
Tabela A.3 - Resultados de emissões das configurações 7 e 8 no ciclo
“COLD 505” – Veículo com catalisador ................................ 88
Tabela A.4 - Resultados de emissões das configurações 5 e 6 no Ciclo
Urbano NBR 6601 – Veículo com pré-catalisador e
catalisador ............................................................................ 89
Tabela A.5 - Resultados de emissões das configurações 7 e 8 no Ciclo
Urbano NBR 6601 – Veículo com catalisador ...................... 90
Nomenclatura xvii
NOMENCLATURA
FA Relação ar/combustível (adimensional)
a,...,j Número de moles dos produtos da combustão do álcool
hidratado e da mistura álcool e gasolina (moles)
C2H4O Concentração molar de Acetaldeído (moles)
C2H6,16O1,08 Concentração molar de etanol hidratado (moles)
C6,39H13,60O0,61 Concentração molar de gasolina com 22% de AEAC
(moles)
C6H5NH2 Concentração molar de Anilina (moles)
CH2O Concentração molar de Formaldeído (moles)
CH3 CH2OCH2 CH3 Concentração molar Dietil – éter (moles)
CH3CH2OH Concentração molar de Etanol (moles)
CH3CHO Concentração molar de Acetaldeído (moles)
CO Concentração molar de Monóxido de Carbono (moles)
CO 2 Concentração molar de Dióxido de Carbono (moles)
COF Concentração Total de CO na Fase “COLD 505” (g/fase)
AF Relação combustível/ar (adimensional)
H Concentração molar de Hidrogênio (moles)
H2O Concentração molar de Água (moles)
Nomenclatura xviii
HC Concentração molar de Hidrocarbonetos Totais (moles)
HCF Concentração Total de HC na Fase “COLD 505” (g/fase)
HCHO Formaldeído (moles)
ICO Incerteza de medição de CO (g/km)
ICOF Incerteza de leitura de CO (g/fase)
IHC Incerteza de medição de HC (g/km)
IHCF Incerteza de leitura de CO (g/fase)
INOx Incerteza de medição de NOx (g/km)
INOx F Incerteza de leitura de NOx (g/fase)
IT Incerteza Total (g/km)
m, p Número de átomos de hidrogênio (adimensional)
n, o Número de átomos de carbono (adimensional)
NO Concentração molar de óxido de nítrico (moles)
NOx F Concentração Total de NOx na Fase “COLD 505” (g/fase)
O 2 Concentração molar de oxigênio (moles)
OH Concentração molar de hidróxido (moles)
álcoolm Massa do álcool injetado por cilindro por ciclo (kg)
álcoolm& vazão mássica média de álcool por cilindro (kg/s)
arm Massa de ar admitido por cilindro por ciclo (kg)
arm& vazão mássica média de ar por cilindro (kg/s)
gasolm Massa da gasolina injetada por cilindro por ciclo (kg)
gasolm& Vazão mássica média de gasolina por cilindro (kg/s)
ar∀& Vazão volumétrica média de ar por cilindro (ml/s)
Nomenclatura xix
gasol∀& Vazão volumétrica média de gasolina por cilindro (ml/s)
arρ Densidade absoluta do ar de admissão (kg/m3)
álcoolρ Densidade absoluta do álcool (kg/m3)
t∆ Intervalo de tempo para um ciclo completo do motor (s)
álcool∀& Vazão volumétrica média de álcool por cilindro (ml/s)
gasolρ Densidade absoluta da gasolina (kg/m3)
2Nn Número de moles de nitrogênio no ar (adimensional)
2On Número de moles de oxigênio no ar (adimensional)
2OW Massa molecular do oxigênio (kg/kmol)
2NW Massa molecular do nitrogênio (kg/kmol)
λ Lâmbda – Razão de Equivalência da Mistura
ar/combustível, ( )
( )tricoestequiomé
real
FA
FA
(adimensional)
φ – Razão de Equivalência da Mistura ar/combustível,
( )( )
tricoestequiomé
real
AF
AF
(adimensional)
Ω Velocidade rotacional (rev/s)
Siglas / Abreviaturas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
“SPFI” Sistema de Partida a Frio com Injetor - Ajuste do controle de
Nomenclatura xx
injeção com menos álcool nas acelerações a frio.
ACN Acetonitrila
AEAC Álcool Etílico Anidro Combustível
ANFAVEA Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores
AVC Amostrador de Volume Constante
CONAMA Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos
Automotores
DNPH Dinitrofenilhidrazina
FTP “Federal Test Procedure”
GNV Gás Natural Veicular
HPLC Cromatografia Líquida de Alta Eficiência
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais
Renováveis
IND Infravermelhos não Dispersivos
LQ Luminescência Química
MON “Motor Octane Number”
MPI “Multi Point Injection”
MTBE Metil-t-Butil-Éter
OPEP Organização dos Países Produtores de Petróleo
PROÁLCOOL Programa Nacional do Álcool
RON “Research Octane Number”
Capítulo 1- Introdução 1
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1- Motivação
Quando, em 1973, os países pertencentes à OPEP (Organização dos Países
Produtores de Petróleo) fizeram do petróleo uma arma política e aumentaram
demasiadamente o seu preço, o mundo mergulhou em uma profunda crise. A
crise ocorreu em um momento de grande consumo de derivados de petróleo e
de constatação da possibilidade de esgotamento das jazidas de petróleo em
um futuro próximo. Surgiu assim, a necessidade de estudos visando a
utilização de combustíveis alternativos para automóveis. Os principais
combustíveis alternativos estudados foram os oxigenados (álcoois, éteres,
etc.), óleos vegetais, combustíveis gasosos (hidrogênio, Gás Liqüefeito do
Petróleo, GNP, etc.) e sintéticos derivados do carvão. Alguns países passaram
a utilizar o metanol como fonte alternativa, porém em pequena escala.
No Brasil, criou-se o Programa Nacional do Álcool, o PROÁLCOOL, cujo
objetivo foi a substituição da gasolina usada como combustível pelos veículos
automotivos por álcool etílico (etanol). Desde 1925, o mundo conhecia a
possibilidade de utilização do álcool como combustível, porém, como a
gasolina era abundante, não houve interesse em aperfeiçoamento tecnológico.
Entre 1977 e 1979, houve uma expansão da produção de álcool de cana-de-
açúcar, que foi o vegetal escolhido para produção de álcool no Brasil. As
facilidades territoriais, o clima propício para a cultura da cana-de-açúcar e o
domínio da tecnologia fizeram do álcool um combustível tipicamente brasileiro.
Capítulo 1- Introdução 2
Em 1978, um novo aumento brutal no preço do petróleo gerou uma nova crise
internacional, provocando no Brasil, um aquecimento no mercado de veículos
a álcool e uma queda nas vendas dos veículos a gasolina. Entretanto, os
veículos a álcool traziam problemas, sendo os principais a dificuldade de
partida e funcionamento a frio e corrosão de peças do motor. A dificuldade da
partida e funcionamento a frio ocorre porque o álcool hidratado possui um
elevado calor latente de vaporização e seu processo de destilação se inicia
somente com a temperatura próxima a 78 graus centígrados.
Em 1980, devido aos problemas de manutenção, a comercialização dos
veículos a álcool praticamente se manteve no mesmo patamar. Além disso,
havia rumores de que a produção brasileira de álcool combustível não seria
suficiente para atender à demanda de consumo.
A partir de 1982, o governo brasileiro investiu no sentido de aumentar as
vendas dos veículos a álcool, criando facilidades de financiamento e incentivos
fiscais. Os fabricantes de veículos também investiram no sentido de melhorar a
qualidade dos motores a álcool. Para minimizar o problema da partida e
funcionamento a frio, os fabricantes passaram a se utilizar de sistemas
auxiliares para a partida a frio, normalmente adicionando gasolina no sistema
de admissão do motor, formando uma mistura que possibilita uma combustão
mais rápida. Com a finalidade de evitar a corrosão, as peças envolvidas no
sistema de alimentação de combustível passaram a ser revestidas com zinco
ou fabricadas em aço inoxidável, e os tanques de combustível revestidos com
estanho. Com todo este esforço do governo e dos fabricantes, a
comercialização dos veículos movidos a álcool no Brasil chegou a ser em
torno de 90% do total.
A Fig. 1.1 mostra a situação do álcool no Brasil nos anos 80 e 90, fazendo um
comparativo entre as vendas de carros a álcool e o total de carros vendidos e
também um comparativo entre a diferença percentual entre os preços do álcool
e da gasolina. Pode-se observar que, de 1979 a 1982, houve um aumento das
vendas devido ao preço do álcool ser favorável, em torno de 60% do preço da
gasolina. Do início de 1982 até o final de 1988, as vendas chegaram a atingir
mais de 90% do mercado. Porém, em 1989, as vendas começaram a cair
vertiginosamente, principalmente devido ao aumento do preço do álcool (80%
Capítulo 1- Introdução 3
do preço da gasolina), à falta de abastecimento de álcool e a consequente
perda de confiança do consumidor. Em 1999, a produção de veículos a álcool
foi novamente estimulada pelo governo através de programas de renovação da
frota pública e da frota de carros de aluguel, e o preço do álcool atingiu 40%
do preço da gasolina. A indústria automobilística brasileira, neste contexto,
assumiu compromissos em favor do álcool combustível, como atender à
demanda do mercado e investir em pesquisa e desenvolvimento sempre que
necessário ao aperfeiçoamento dos veículos movidos a álcool. Entretanto, a
retomada da produção do carro a álcool não ocorreu conforme o esperado.
Recentemente, em meados de 2001, as revendas de veículos a álcool no
Brasil voltaram a registrar uma significativa demanda por estes modelos,
embora ainda pequeno em relação aos modelos a gasolina. O motivo foi a
isenção de impostos para os taxistas e a diferença de preço do álcool em
relação à gasolina. Em média, o litro de álcool ficou menor cerca de 60% do
preço da gasolina.
Figura 1.1 – Venda anual de carros a álcool em relação à venda total de carros
e variação percentual entre o preço do álcool e o preço da gasolina nos anos
80 e 90 (Seminário “Alternativas para o uso do álcool como combustível” –
I.P.T. – São Paulo,2000).
Um outro problema ainda relacionado com os motores a álcool são os níveis
de poluentes emitidos durante o funcionamento a frio. Estudos mostram que,
durante o funcionamento a frio, os níveis de hidrocarbonetos (HC), aldeídos e
monóxido de carbono (CO) são muito elevados. Com o maior rigor das leis
ambientais tornou-se necessário um melhor controle das emissões veiculares,
principalmente quando o motor e o catalisador ainda não atingiram
temperaturas ideais de trabalho.
No Brasil foi institucionalizado o PROCONVE – Programa de Controle da
Poluição do Ar por Veículos Automotores – em 1986 (Resolução CONAMA
18/86), que estabeleceu limites para as emissões de monóxido de carbono
(CO), hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOx), aldeídos e emissões
evaporativas. A Tab. 1.1 mostra a evolução dos limites de emissões no Brasil.
Capítulo 1- Introdução 4
É importante ressaltar que, para atender aos limites impostos pela FASE III, os
fabricantes tiveram que utilizar pré-catalisador em alguns modelos de veículos
movidos a álcool para diminuir principalmente as emissões de hidrocarbonetos,
monóxido de carbono e aldeídos na fase fria de funcionamento. Os óxidos de
nitrogênio são formados em menores quantidades.
Em um futuro próximo, os limites de emissões no Brasil serão ainda menores.
A Tab. 1.2 mostra a proposta do IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente
e dos Recursos Naturais Renováveis) e dos fabricantes de veículo
representados pela ANFAVEA (Associação Nacional dos Fabricantes de
Veículos Automotores) para a FASE IV e a Fase V do PROCONVE. Os novos
limites induzem a maiores investimentos e desenvolvimento tecnológico dos
veículos, principalmente na fase fria de funcionamento, para atender aos
limites de hidrocarbonetos excluso metano (NMHC) e aldeídos.
Para minimizar o problema de início de funcionamento dos motores a álcool
hidratado e, conseqüentemente, obter melhores resultados de emissões, é de
fundamental importância a otimização da partida e início de funcionamento a
frio destes motores, pois, quanto maior é o tempo de partida, maior é a
quantidade de combustível não queimado na descarga.
Tabela 1.1 – Limites de emissões do PROCONVE
Capítulo 1- Introdução 5
CO HC NOx Aldeídos
I01/06/88
a31/12/91
24,0 2,1 2,0Valorestípicos
3 6,0
II01/01/92
a31/12/96
12,0 1,2 1,4 0,15 2,5 6,0
IIIDesde
01/01/972,0 0,3 0,6 0,03 0,5 6,0
Evaporativas(g/teste)
FASE
COem marcha
lenta(% vol)
POLUENTES (g/km)
Tabela 1.2 – Proposta para limites de emissões das Fases IV e V
CO HC NMHC NOx Aldeídos
2005 40%
2006 70%
2007 100%
2008 40%
2009 70%
2010 100%
IV
V
0,30*2,00
FASE Veículosvendidos
AnoEvaporativas
(g/teste)POLUENTES (g/km)
2,00
2,002,00 0,30* 0,05 0,12 0,02
0,030,250,16
*Aplicável somente em veículos GNV (Gás Natural Veicular)
1.2- Objetivo
O objetivo específico deste trabalho é diminuir as emissões de HC, CO e
aldeídos de um veículo movido a álcool etílico hidratado através da otimização
Capítulo 1- Introdução 6
da partida e do período inicial de funcionamento em carga do motor a frio.
A otimização proposta é proporcionada pela substituição do sistema de partida
a frio convencional por um sistema de adição de gasolina na admissão do
motor através de um eletroinjetor (bico injetor). Este eletroinjetor proporciona
uma pulverização de gasolina no duto de admissão do motor facilitando a
homogeneização da mistura ar/combustível. Desta forma, uma menor
quantidade de gasolina é adicionada no instante da partida e no período inicial
de funcionamento em carga do motor a frio.
Os parâmetros geométricos e de operação do motor, como ângulo de abertura
de válvulas, taxa de compressão e ângulo de avanço de ignição não são
alterados. O trabalho concentra-se na alteração da razão de equivalência da
mistura ar/combustível no início de funcionamento a frio do motor. Propõe-se
utilizar menores quantidades de álcool e gasolina na partida, proporcionando
uma mistura mais pobre, minimizando especialmente a formação de
hidrocarbonetos não queimados neste período.
De um modo geral, este trabalho visa a obtenção de tempos de partida a frio
mais curtos e uniformes. Isto proporciona uma redução nas emissões de
poluentes na fase inicial de funcionamento a frio dos motores a álcool, através
da utilização de uma mistura controlada, composta de álcool etílico hidratado
com gasolina mais 22% de AEAC (álcool etílico anidro combustível). O álcool é
adicionado pelos injetores do sistema multiponto (MPI), e a gasolina por um
injetor do sistema auxiliar de partida a frio.
1.3- Estado da Arte
Como o álcool hidratado possui uma baixa pressão de vapor e alto calor
latente de vaporização, como mostra a Tab. 1.3, ocorre uma deficiência na
partida e funcionamento a frio dos motores que utilizam este combustível. Para
superar esta deficiência os fabricantes atualmente utilizam um sistema auxiliar
de alimentação de gasolina. Este sistema é constituído por um pequeno
reservatório de gasolina, uma eletrobomba e uma eletroválvula, que
proporcionam a adição da gasolina no sistema de admissão de ar para o motor
Capítulo 1- Introdução 7
através de uma tubulação e um furo calibrado. A gasolina é adicionada no
instante da partida a frio, assim como em situações de aceleração enquanto o
motor ainda não atingiu a temperatura ideal de trabalho. As condições de
motor frio e temperatura ambiente são determinadas pelos sensores de
temperatura da água do motor e sensor de temperatura do ar de admissão.
Com estas informações, a central eletrônica de injeção e ignição comanda o
funcionamento do sistema auxiliar de partida a frio, proporcionando o
funcionamento da eletrobomba e a abertura da eletroválvula para a passagem
da gasolina. A quantidade de gasolina é controlada pela central eletrônica de
injeção e ignição através do tempo de funcionamento da eletrobomba.
Existe, ainda, um indicador de nível de gasolina no reservatório, que faz parte
do sistema que equipa os veículos dotados de controle monoponto ou
multiponto de injeção de combustível. Os modelos mais antigos, dotados de
carburador, possuem um sistema com acionamento manual da eletrobomba.
Porém, este sistema apresenta alguns problemas, como esvaziamento da
tubulação devido à evaporação e retorno da gasolina para o reservatório e
entupimento do furo calibrado, proporcionado pela formação de goma com a
oxidação da gasolina ou até mesmo por impureza, tendo como consequência a
inconstância no tempo de partida e no funcionamento a frio.
Um outro artifício utilizado conjuntamente com a adição da gasolina é o
sistema que permite a entrada de ar quente na admissão do motor. O ar da
admissão é aquecido pelo calor liberado pelos gases da combustão, sendo
aspirado de uma tomada posicionada junto ao coletor de escapamento. O ar
quente gera um aumento da taxa de evaporação do álcool, proporcionando
uma mistura ar/combustível em melhores condições para combustão e
dirigibilidade. Este sistema normalmente é composto de um filtro de ar remoto,
constituído por uma tomada dupla de ar (quente e frio), com uma válvula para
dosagem da quantidade de ar quente ou frio destinado à aspiração. A válvula
permite a entrada de ar quente se o motor está frio e de ar frio após o
adequado aquecimento do motor.
Tabela 1.3 – Características físico-químicas da gasolina e do Etanol (Amaral,
2000).
Capítulo 1- Introdução 8
PARÂMETROS(valores médios)
Densidade Absoluta (kg/l)
Poder Calorífico Inferior (kcal/kg)
Relação A/F Estequiométrica
Estrutrura Química
Teor de Carbono (%massa)
Teor de Hidrogênio (%massa)
Teor de Oxigênio (%massa)
Teor de Enxofre (%massa)
Temperatura de Auto-Ignição (°C)
Ponto de Ebulição (°C)
Calor Latente de Vaporização (kcal/kg)
Octanagem RON
Octanagem MON
Pressão de Vapor (bar)
Razão de Compressão
C2H6,16O1,08*
Gasolina com22% de AEAC
Etanol hidratado(93,2 INPM)
0,81
5970
8,70:1
87
29
10,5 a 13:1
0
420
78
237
106
50,59
12,98
36,429,7
0,09
0,74
9400
13,10:1
C6,39H13,60O0,61*
76,7
13,6
80
27,5
8 a 10,5:1
400
40 a 220
105
_
*Valores típicos
Houve, ainda, uma grande evolução tecnológica relacionada aos outros
componentes utilizados, como velas, bobinas, injetores, motores de partida,
etc.. A concepção do motor a álcool recebeu inovações, como modificações na
taxa de compressão, coletor de admissão com geometria que visa uma melhor
distribuição da mistura em rotações de partida e nos tempos de abertura e
fechamento das válvulas de admissão e escape, além do sistema de injeção
multiponto, que possibilita ajuste adequado da quantidade de combustível e
de produção da centelha.
Capítulo 1- Introdução 9
Alguns estudos foram realizados com o intuito de buscar soluções para os
inconvenientes da partida e funcionamento a frio dos veículos movidos a
álcool, como utilização de um carburador com atomizador que proporciona
uma pulverização do fluido combustível, aquecedores elétricos para
vaporização do álcool, utilização de hidrocarbonetos mais voláteis (gasolina,
dimetil-éter) misturados ao álcool durante a partida e período de
funcionamento a frio e, ainda, adição de MTBE (metil-t-butil-éter) como aditivo
ao álcool. Estes trabalhos são mencionados no Capítulo de Revisão
Bibliográfica, a seguir.
1.4- Escopo da Dissertação
Este trabalho apresenta um estudo experimental que mostra como é possível
reduzir as emissões de hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO) e
aldeídos na partida e no funcionamento a frio de motores a álcool, otimizando
o sistema auxiliar de partida a frio.
No Capítulo 2 foram identificados alguns trabalhos de pesquisadores que
estudaram tanto a partida e funcionamento a frio quanto as emissões de
poluentes proporcionadas por motores a álcool.
A análise das quantidades de álcool e gasolina ideais para um menor tempo de
partida e minimização dos níveis de emissões, envolvendo as reações de
combustão, é apresentada no Capítulo 3.
O Capítulo 4 apresenta a metodologia e todo aparato experimental utilizados
para a realização dos testes.
Os resultados experimentais dos testes realizados são apresentados no
Capítulo 5, através de gráficos, acompanhados de comentários e análises
pertinentes.
No Capítulo 6 são apresentadas as conclusões deste trabalho e sugestões
para trabalhos futuros.
Os resultados são apresentados no Apêndice A em forma de tabelas.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 11
CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo são mencionados estudos de outros pesquisadores que tratam
do problema de partida e funcionamento a frio dos veículos a álcool e também
das emissões de poluentes. Estes fatores estão ligados entre si, pois se o
tempo de partida é longo ou a dirigibilidade é ruim, haverá um aumento das
emissões de poluentes, principalmente na fase fria de funcionamento do
motor. Apesar do enfoque deste trabalho ser o motor a álcool etílico hidratado,
são analisados trabalhos que abrangem tanto este combustível quanto o
metanol.
2.1- Partida e Funcionamento a Frio
Com relação à partida e funcionamento a frio do motor a álcool, são
mencionados trabalhos que tem como proposta a otimização do sistema de
alimentação de combustível ou metodologias e sistemas para misturar
compostos mais voláteis ao álcool.
2.1.1- Carburador Experimental com Atomizador
Annand e Gulder (1980) realizaram trabalhos com metanol utilizando um
veículo com motor de quatro cilindros equipado com um carburador provido de
um sistema de atomização. Compararam os resultados de tempos de partida
do carburador convencional e o carburador com atomizador. Os testes foram
realizados em uma faixa de temperatura ambiente de 14ºC a 5ºC. Os
resultados mostraram que a fina divisão do fluido combustível é uma forma de
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 12
se conseguir a melhoria da partida a frio de um motor a metanol, pois
possibilita que a mistura ar/combustível seja melhor distribuída entre os
cilindros e o efeito da baixa volatilidade seja minimizado. Na temperatura de
13ºC a partida com carburador convencional ocorreu em 2 minutos, enquanto
que com o carburador com atomizador a partida ocorreu quase
instantaneamente. Atualmente os veículos são providos de sistema de injeção
multiponto de combustível, que proporciona resultados de partida a frio com
álcool puro (etanol ou metanol) dentro dos conceitos da linha de trabalho de
Annand e Gulder.
2.1.2 – Utilização do Composto Etanol-Dietil Éter-Água
Kito et al. (1998) realizaram estudos com a mistura etanol-dietil éter-água como
combustível auxiliar para partida a frio de veículos a etanol. O objetivo era
aumentar a pressão de vapor da mistura e possibilitar a partida a frio em baixas
temperaturas. Os pesquisadores constataram que a pressão de vapor do
etanol puro é insuficiente para sustentar a chama em um vaso fechado
contendo ar em temperaturas inferiores a 13ºC, sugerindo impossibilidade de
partidas de um motor nestas condições. Por outro lado o dietil éter é inflamável
de – 42ºC a 8ºC devido a sua alta pressão de vapor. A adição de dietil éter no
etanol em temperaturas inferiores a 13ºC pode gerar pressão de vapor
suficiente para ocorrer a combustão. Esta mistura é obtida através de um
conversor que aquece o etanol (CH3CH2OH), promovendo sua dissociação em
dietil éter (CH3 CH2OCH2 CH3) e água (H2O).
Para primeira partida foi utilizado o aquecimento do etanol através de uma
resistência elétrica; após o funcionamento do veículo o aquecimento do etanol
foi feito pelo calor liberado pelos gases do escapamento. O combustível auxiliar
(dietil éter e água) é armazenado em um reservatório. Sendo assim, o
combustível composto por etanol-dietil éter e água possuía pressão de vapor
suficiente para partidas e funcionamento a frio em temperaturas inferiores a
30°C negativos. Com base nas relações entre temperatura ambiente, pressão
de vapor e flamabilidade, os autores concluíram que é necessário a conversão
de 40 a 80% de etanol em dietil-éter para a partida e operação do motor a frio.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 13
2.1.3 – Utilização de MTBE (Metil-t-Butil-Éter)
Silva e Sodré (2000) pesquisaram e avaliaram a otimização da partida a frio de
um veículo a álcool utilizando mistura de álcool com MTBE. Os testes foram
conduzidos de forma a se determinar a temperatura limite que o motor poderia
funcionar para cada quantidade de MTBE adicionada no etanol. As
quantidades de 10%, 15%, 20% e 25% foram investigadas. O veículo foi
testado a temperaturas ambientes de 20ºC, 15ºC, 10ºC, 5ºC, 0ºC e –6ºC para
as quatro possibilidades de mistura com MTBE. Com a mistura contendo 25%
de MTBE, foi possível obter partidas a baixas temperaturas (-6ºC) em um
tempo de 2 segundos. Este resultado foi considerado satisfatório, pois os
pesquisadores verificaram que com o sistema auxiliar de adição de gasolina
utilizados em veículos de produção a temperatura ambiente mínima limite para
partida foi de –1ºC. Para o etanol puro a partida não ocorreu em temperaturas
ambiente abaixo de 13ºC, concordando com o resultado obtido por Kito et al.
(1998).
2.1.4 - Utilização da Gasolina
A adição de gasolina constitui-se em um recurso muito utilizado para o auxílio
à partida a frio de motores a álcool. É de fundamental importância que a
mistura dos combustíveis seja bem distribuída entre os cilindros. Pesquisas
demonstraram que a adição de um volume maior de gasolina ao metanol
possibilitou uma diminuição na temperatura mínima da partida a frio, o que foi
confirmado nos testes realizados por Iwai et al. (1981). Haatela e Decker
(1989) mostraram que a adição de 10% de gasolina ao metanol possibilitou ao
motor atingir temperaturas de partida a –25ºC.
2.2 - Emissões de Poluentes
Foram pesquisados trabalhos que abordam as emissões durante a partida a
frio e aquecimento dos motores, além de estudos que incluem métodos para
reduzir as emissões. São apresentados estudos realizados sobre motores
movidos a etanol e metanol que enfocam emissões de hidrocarbonetos (HC),
monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx) e aldeídos.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 14
2.2.1 - Emissões Durante o Período de Aquecimento
A ineficiência dos sistemas de controle das emissões pela exaustão durante o
período de aquecimento do motor proporciona níveis de emissões de
poluentes mais elevados que os observados após o completo aquecimento do
motor. Dentre os trabalhos que confirmam esta observação, menciona-se
estudo realizado por Singer et al. (1999). Os pesquisadores estimaram a
quantidade de poluentes emitidos durante o aquecimento do motor em
condições reais de funcionamento em um estacionamento subterrâneo. Os
resultados foram baseados em análises e dados disponíveis de laboratórios de
emissões. A entrada e saída dos veículos no estacionamento foi controlada,
sendo as emissões relativas à condição estabilizada dos veículos (motores
totalmente aquecidos) medidas pela manhã, ou seja, na chegada dos mesmos.
As emissões relativas ao período de aquecimento dos motores foram medidas
quando os veículos deixavam o estacionamento durante a tarde. As emissões
associadas ao período de aquecimento do motor foram obtidas através da
diferença entre as medições do período da manhã e da tarde.
Foram medidas as emissões de CO (monóxido de carbono), HC
(hidrocarbonetos), NOx (óxidos de nitrogênio), CO2 (dióxido de carbono) e
NMHC (hidrocarbonetos excluso metano). Após a partida do motor no período
da tarde, os veículos permaneciam em média 60s dentro do estacionamento.
Este período foi comparado com os 200s iniciais de funcionamento, quando
um veículo é submetido a um ciclo de testes realizados em laboratórios de
emissões utilizando dinamômetro de rolos sob condições ambientais
controladas, como temperatura, umidade e pressão.
Para estimativa dos resultados de emissões, os pesquisadores mediram a
concentração de poluentes no ar fornecido ao ambiente coletando amostras
no sistema de ventilação do estacionamento e a concentração total de
poluentes no ar dentro do estacionamento através da coleta de amostras no
sistema de exaustão do estacionamento. A Tab. 2.1 mostra a média de
concentrações de poluentes medidos nos sistema de exaustão e ventilação do
estacionamento nos períodos da manhã e da tarde. A diferença entre as
concentrações nos sistemas de exaustão e ventilação resulta na concentração
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 15
de poluentes emitidos pelos veículos. Sendo assim, os valores de
concentrações de CO2 são ligeiramente mais elevadas no período da tarde,
refletindo o maior consumo de combustível em função do aquecimento do
motor. Os níveis das concentrações de CO e NOX foram muito maiores no
período da tarde, refletindo também a influência do aquecimento do motor. Em
contraste, as concentrações de NMHC foram similares nos períodos da manhã
e da tarde, mas durante a chegada pela manhã houve uma importante
contribuição das emissões evaporativas.
Os pesquisadores compararam estes resultados aos 505 segundos iniciais que
compreendem à partida a frio do ciclo FTP (Federal Test Procedure), utilizado
para testes de emissões em laboratório. A Fig. 2.1 mostra a média de
resultados de 20 veículos testados em laboratório de emissões com o ciclo
FTP. Observa-se que somente após 200 segundos de início de funcionamento
do veículo os níveis de emissões de HC (hidrocarbonetos), CO (monóxido de
carbono) e NOx (óxidos de nitrogênio) são reduzidos em função do completo
aquecimento do motor e da eficiência dos catalisadores. Além da redução das
emissões, observa-se também uma redução considerável do consumo de
combustível. Estes resultados são compatíveis com os encontrados nas
condições reais medidas no estacionamento.
Chan e Hoang (1999) estudaram a baixa eficiência dos catalisadores no
período de aquecimento. Os catalisadores normalmente tornam-se eficientes
após atingirem temperaturas em torno de 250ºC a 340ºC. Sendo assim, os
níveis de HC, CO e aldeídos são muito elevados no período de aquecimento
do motor até que esta faixa de temperatura seja atingida. As emissões de NOX
são menos expressivas neste período. Chan e Hoang também estudaram a
transferência de calor e as reações químicas que ocorrem no sistema de
exaustão durante o período de aquecimento do motor. Os pesquisadores
verificaram que um dos problemas que impede o rápido aquecimento dos
catalisadores é o efeito da condensação de água na superfície das células da
monolita dos catalisadores e paredes do tubo de exaustão. Esta condensação
é subseqüente à evaporação de água que ocorre imediatamente após a
partida.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 16
Tabela 2.1- Média da concentração de poluentes medidos no sistema de
exaustão e ventilação do estacionamento (Singer et al, 1999).
Data Local Hora CO2 CO NOx CH4 NMHC(ppm) (ppm) (ppb) (ppm) (ppmC)
Amostras período damanhã11/Mar Estacionamento 7:20 - 9:00 558 8,3 268 Não disp. Não disp.11/Mar Ar Ambiente 7:20 - 9:00 411 0,8 88 Não disp. Não disp.
12/Mar Estacionamento 7:10 - 9:00 558 7,4 273 2,37 3,65
12/Mar Ar Ambiente 7:00 - 9:00 422 0,6 96 2,00 0,31
13/Mar Estacionamento 7:20 - 9:00 596 8,3 374 2,33 4,1513/Mar Ar Ambiente 7:12 - 9:00 450 1,8 172 2,13 0,56
17/Mar Estacionamento 7:20 - 8:50 566 8,7 239 2,12 4,0717/Mar Ar Ambiente 7:20 - 8:50 399 0,9 86 2,00 0,33
18/Mar Estacionamento 7:15 - 8:45 571 8 267 2,25 3,9118/Mar Ar Ambiente 7:00 - 9:00 429 1 119 2,12 0,39
19/Mar Estacionamento 7:10 - 8:50 606 7,8 349 2,33 3,9619/Mar Ar Ambiente 7:05 - 8:50 483 1,7 178 2,16 0,59
Amostras período da tarde11/Mar Estacionamento 16:30 -18:00 560 23,3 735 Não disp. Não disp.11/Mar Ar Ambiente 16:30 -18:00 411 0,8 88 Não disp. Não disp.
12/Mar Estacionamento 16:30 -18:00 578 28,2 782 2,22 5,5512/Mar Ar Ambiente 16:30 -18:00 388 0,7 79 1,85 0,29
13/Mar Estacionamento 16:40 - 18:10 621 28,8 895 2,32 6,9813/Mar Ar Ambiente 16:15 - 18:00 384 0,6 76 2,00 0,27
17/Mar Estacionamento 16:30 - 18:00 560 22,7 588 2,20 4,6417/Mar Ar Ambiente 16:00 - 18:00 381 0,6 55 1,95 0,20
18/Mar Estacionamento 16:35 18:10 574 26,5 647 2,18 5,6518/Mar Ar Ambiente 16:15 18:00 384 1.1 60 1,95 0,28
19/Mar Estacionamento 16:40 18:10 592 25,5 674 2,18 5,7519/Mar Ar Ambiente 16:15 17:55 407 0,5 90 2,00 0,33
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 17
0 100 200 300 400 500 0 16 32 48 64 80 97 13
12 11 9 8 7 5 4 3 5 0
HC Veloc .
g H
C /
l
Vel
oci
dad
e (k
m/h
)
0 100 200 300 400 500 0 16 32 48 64 80 97 661
528
396
264
132
0
CO Veloc .
g C
O /
l
Vel
oci
dad
e (k
m/h
)
0 100 200 300 400 500 0 16 32 48 64 80 97 32
26 21 16 11 5 0
NOx Veloc .
g N
Ox/
l
Vel
oci
dad
e (k
m/h
)
0 100 200 300 400 500 0 16 32 48 64 80 97 0.68
0.61 0.53 0.45 0.38 0.30 0.23 0.15 0.08 0.00
Combustível Velocidade
Co
nsu
mo
Acu
mu
lad
o (
l)
Vel
oci
dad
e (k
m/h
)
Tempo (s)
Figura. 2.1 – Média das emissões de 20 modelos de veículos dos anos 1993 –
1994, testados nos 505 s iniciais do ciclo FTP (Singer et al, 1999).
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 18
Algumas propostas foram apresentadas como formas de solucionar o
problema das emissões enquanto os catalisadores não possuem temperatura
suficiente para promover eficientemente as reações de oxidação e redução.
Uma das propostas mais interessantes é a utilização de zeólito na composição
dos catalisadores juntamente com os metais nobres (platina, paládio e ródio )
ou em separado, como no sistema proposto por Burk et al. (1995). O zeólito
retem os hidrocarbonetos durante o aquecimento do catalisador e os libera
quando o catalisador atinge a temperatura ideal de conversão. Desta forma as
emissões dos hidrocarbonetos no período de aquecimento do motor podem
ser minimizadas.
A relação ar/combustível também é um indicador de eficiência de conversão
dos catalisadores. As Figs. 2.2 e 2.3 mostram, respectivamente, a eficiência de
conversão do catalisador e a eficiência das reações de oxidação no
catalisador em função da relação ar/combustível, utilizando-se gasolina. A
eficiência de um catalisador é medida pela redução percentual dos níveis de
emissões.
0
20
40
60
80
100
120
14 14,125 14,25 14,375 14,5 14,625 14,75 14,825 15
Relação Ar/Combustível
Efi
ciên
cia
de
Co
nve
rsão
(%
)
CO HC NOx
Figura 2.2 – Eficiência de conversão do catalisador em função da relação
ar/combustível (Cortesia da Johnson Matthey do Brasil, 2001).
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 19
0
20
40
60
80
100
120
14 14,125
14,25 14,375
14,5 14,625
14,75 14,825
15
Relação Ar/Combustível
Efi
ciên
cia
de
Co
nve
rsão
(%)
CO HC
Fig 2.3 – Eficiência das reações de oxidação no catalisador em função da
relação ar/combustível (Cortesia da Johnson Matthey do Brasil, 2001)
2.2.2 – Influência da Razão de Equivalência nas Emissões de Poluentes
Como este trabalho concentra-se na alteração da razão de equivalência da
mistura combustível/ar (φ) no período de aquecimento do motor a etanol, é
importante ressaltar a influência deste parâmetro na determinação das
emissões de poluentes pela exaustão.
Heywood (1988) mostra qualitativamente através da Fig. 2.4 como CO
(monóxido de carbono), HC (hidrocarbonetos) e NO (óxido nítrico) variam com
a razão de equivalência da mistura combustível/ar. O motor do ciclo Otto
normalmente deve operar próximo à razão estequiométrica ( φ = 1) para uma
boa dirigibilidade e funcionamento confiável. É ainda mostrado que misturas
pobres (φ < 1) proporcionam baixos níveis de poluentes até a qualidade da
combustão tornar-se ruim devido à insuficiência de ar (eventual extinção da
combustão), quando então as emissões de hidrocarbonetos aumentam
acentuadamente e o funcionamento do motor piora. As formas das curvas
indicam a complexidade do controle das emissões. No funcionamento a frio do
motor, quando a vaporização do combustível é lenta, o fluxo de combustível é
aumentado para proporcionar uma mistura combustível/ar rica (φ > 1) dentro
do cilindro. As emissões de HC e CO são elevadas e diminuem após o
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 20
aquecimento do motor, quando a mistura já não é enriquecida.
Razão de equivalência combustível/ar
Co
nc
en
tra
çõ
es
NO
. C
O.
e
HC
( s
em
es
ca
la)
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
pobre estequiométrico rico
NO
HC
CO
20 17 15 14 13 12Relação ar/combustível
Razão de equivalência combustível/ar
Co
nc
en
tra
çõ
es
NO
. C
O.
e
HC
( s
em
es
ca
la)
Razão de equivalência combustível/ar
Co
nc
en
tra
çõ
es
NO
. C
O.
e
HC
( s
em
es
ca
la)
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
pobre estequiométrico rico
NO
HC
CO
20 17 15 14 13 12Relação ar/combustível
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
pobre estequiométrico rico
NO
HC
CO
20 17 15 14 13 12Relação ar/combustível
Figura 2.4 – Variação da concentração de HC, CO, e NO na exaustão de um
motor convencional com ciclo Otto com a razão de equivalência combustível/ar
(Heywood, 1988).
O comportamento das emissões de aldeídos em função da razão de
equivalência da mistura combustível/ar foi estudado por Ayyasamy et al
(1981). Os autores compararam as emissões de aldeídos utilizando os
combustíveis gasolina e metanol. A variação na razão de equivalência da
mistura essencialmente faz variar a temperatura da exaustão e a concentração
de oxigênio, parâmetros importantes para a formação de aldeídos. A Fig. 2.5
mostra que, com a razão de equivalência próxima à estequiométrica, a
elevação da temperatura proporciona níveis mínimos de aldeídos. Os níveis de
aldeídos aumentam quando a mistura torna-se rica ou pobre. Como a
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 21
velocidade da chama é máxima próximo ao ponto de estequiometria, a
combustão é mais eficiente, diminuindo o efeito da extinção da chama. Com o
metanol, os níveis de aldeídos aumentam por um fator de 4 em relação a
gasolina, dependendo da razão de equivalência.
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
400
300
200
100
0
Relação de compressão = 7.8Avanço de ignição = 30º bTDCRotação = 1500 rpmsem carga
combustível:
gasol ina
Metanol
Razão de equivalênciaRicoPobre
Ald
eíd
os
- pp
mA
lde
ído
s - p
pm
Figura 2.5 – Efeito da razão de equivalência da mistura nas emissões de
aldeídos (Ayyasamy et al., 1981).
2.2.3 – Hidrocarbornetos
O controle das emissões entre a partida a frio e o completo aquecimento do
motor tornou-se um fator importante no projeto dos motores para os veículos
modernos. As razões são a grande quantidade de hidrocarbonetos não
queimados devido à câmara de combustão fria e a pouca eficiência do
catalisador proporcionada pela baixa temperatura dos gases de exaustão.
Estudos realizados por Boam et al. (1994) mostraram que na partida a frio,
durante o período de aquecimento do motor e nos períodos de marcha lenta as
principais fontes de hidrocarbonetos não queimados na câmara de combustão
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 22
são as seguintes: regiões frias formadas pelas fendas, onde a chama se
extingue ou não consegue penetrar; camada fria de óleo lubrificante que faz a
absorção/liberação do vapor de combustível; paredes frias da câmara de
combustão onde ocorre extinção da chama; combustão incompleta devido a
mistura rica e baixa temperatura de combustão. Os efeitos destas fontes foram
analisados durante a partida a frio e no período de aquecimento do motor,
quando o catalisador ainda não é completamente eficiente. Kaplan e Heywood
(1991) relacionaram através de um modelo computacional a extinção da
chama na entrada das regiões das fendas e camada fria de óleo lubrificante
com a temperatura do motor no período de aquecimento. O modelo é baseado
em relações de expansão térmica. A Fig. 2.6 mostra esquematicamente o
volume formado pelas fendas entre o pistão e a parede do cilindro e também a
camada de óleo lubrificante na parede do cilindro.
Figura 2.6 – Principais volumes entre pistão e parede do cilindro e camada de
óleo lubrificante (Kaplan e Heywood, 1991).
Um modelo para estimar a massa de hidrocarbonetos não queimados foi
elaborado por Huang et al. (1996), considerando os efeitos da fenda entre o
topo do pistão e a parede do cilindro, da camada de óleo lubrificante e dos
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 23
depósitos presentes no cabeçote e na superfície do pistão. Este modelo e o
modelo de Kaplan e Heywood foram utilizados em um outro trabalho de Huang
et al. (1998), onde realizaram um estudo com o objetivo de verificar a formação
e origem dos hidrocarbonetos em função da fenda entre o topo do pistão e a
parede do cilindro e também da camada de óleo lubrificante na parede do
cilindro. Os pesquisadores realizaram medições de temperatura no topo do
pistão e parede do cilindro durante o período compreendido pela partida a frio
(20º C) seguido do aquecimento do motor em marcha lenta. Desta forma os
pesquisadores conseguiram fazer uma estimativa da formação de
hidrocarbonetos na fenda entre o topo do pistão e a parede do cilindro e da
parcela proveniente da camada de óleo lubrificante. A Fig. 2.7 mostra a
variação da temperatura no topo do pistão e na parede do cilindro. A
diminuição do volume da fenda no topo do pistão em função do aumento da
temperatura, é mostrada na Fig. 2.8. A Fig. 2.9 mostra a concentração de
hidrocarbonetos na fenda entre o topo do pistão e a parede do cilindro no
período compreendido pela partida a frio e aquecimento do motor. Pode-se
verificar que a massa de hidrocarbonetos entre o topo do pistão e a parede do
cilindro diminui de 40% do valor inicial com o aumento da temperatura e
diminuição do volume da fenda através da expansão térmica.
Tem
pera
tura
(
K )
Topo do pistão
Parede do
440
400
360
320
240 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo após partida a frio
280
Parede do cilindro
440
400
360
320
240 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo após partida a frio ( s )
280
Figura 2.7 – Temperatura nas paredes do cilindro e do topo do pistão (Huang
et al., 1998).
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 24
480
400
320
240
Vo
lum
e d
a f
en
da
no
to
po
do
pis
tão
(
mm
³)
800 50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo após partida a frio (s)
160
480
400
320
240
Vo
lum
e d
a f
en
da
no
to
po
do
pis
tão
(
mm
³)
800 50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo após partida a frio (s)
160
480
400
320
240
Vo
lum
e d
a f
en
da
no
to
po
do
pis
tão
(
mm
³)
800 50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo após partida a frio (s)
160
Figura 2.8 – Variação do volume da fenda no topo do pistão (Huang et al.,
1998).
Hid
roca
rbon
etos
não
que
imad
os (p
pmC
)
400
6000
Tempo após partida a frio (s)
5000
4000
3000
00 50 100 150 200 250 300 350
1000
2000
Hid
roca
rbon
etos
não
que
imad
os (p
pmC
)
400
6000
Tempo após partida a frio (s)
5000
4000
3000
00 50 100 150 200 250 300 350
1000
2000
6000
Tempo após partida a frio (s)
5000
4000
3000
00 50 100 150 200 250 300 350
1000
2000
Figura 2.9– Concentração de hidrocarbonetos não queimados da fenda no
topo do pistão (Huang et al., 1998).
A absorção e a liberação de vapor de combustível pela camada de óleo
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 25
lubrificante no cilindro é considerada uma das principais contribuições para as
emissões de hidrocarbonetos. O mecanismo da absorção e liberação pode ser
explicado da seguinte forma segundo Heywood (1988): A concentração de
vapor de combustível é confinada dentro cilindro na admissão e compressão.
Desta forma durante a admissão uma parte do vapor de combustível é
absorvida pela camada de óleo. Durante a compressão a pressão de vapor de
combustível aumenta. Pela lei de Henry (que estabelece que a fração molar de
vapor de combustível no óleo é diretamente proporcional à pressão parcial do
vapor de combustível na mistura gasosa no cilindro), a absorção continua até a
saturação do óleo. Durante a combustão a concentração de vapor de
combustível cai essencialmente a zero. Então o vapor de combustível vai ser
liberado pela camada de óleo para dentro dos gases queimados. A liberação
pode continuar na expansão e na exaustão. Parte do vapor de combustível
liberado mistura-se com os produtos da combustão que estão sob alta
temperatura e se oxida. Outra parte do vapor de combustível liberado pode
permanecer na camada limite do óleo e se misturar com os gases frios
retardatários, podendo sair na exaustão sem que ocorra a oxidação,
contribuindo, desta forma, para o aumento das emissões de hidrocarbonetos.
A Fig. 2.10 mostra a estimativa da concentração de hidrocarbonetos não
queimados liberados pela camada de óleo durante o período de aquecimento
do motor obtida por por Huang et al (1998). utilizando o princípio da lei de
Henry. A concentração de hidrocarbonetos liberados pela camada de óleo
lubrificante diminui de 75% do valor inicial após o aquecimento do motor. A
Fig. 2.11 mostra o resultado da estimativa da concentração de hidrocarbonetos
não queimados provenientes da fenda entre a parede do cilindro e o topo do
pistão e da camada de óleo lubrificante.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 26
2000
Tempo após partida a frio (s)
1800
1600
1400
Hid
roca
rbon
etos
não
que
imad
os (
ppm
C)
10000 50 100 150 200 250 300 350 400
1200
2000
Tempo após partida a frio (s)
1800
1600
1400
Hid
roca
rbon
etos
não
que
imad
os (
ppm
C)
10000 50 100 150 200 250 300 350 400
1200
Figura 2.10 – Concentração de hidrocarbonetos formados na camada de óleo
(Huang et al., 1998).
8000
6000
4000
Hid
roca
rbon
etos
não
que
imad
os (
ppm
C)
00 100 200 300 400
Tempo após partida a frio (s)
2000
8000
6000
4000
Hid
roca
rbon
etos
não
que
imad
os (
ppm
C)
00 100 200 300 400
Tempo após partida a frio (s)
2000
Figura 2.11 – Hidrocarbonetos provenientes da fenda no topo do cilindro e da
camada de óleo (Huang et al., 1998).
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 27
No caso específico dos veículos a álcool, a quantidade de hidrocarbonetos não
queimados na câmara de combustão durante o período de aquecimento do
motor é agravada devido à volatilidade do álcool ( Owen e Coley, 1995). O
álcool possui um alto calor latente de vaporização. Desta forma, parte do
combustível admitido não consegue vaporizar-se antes da frente de chama,
pois a temperatura da câmara de combustão ainda é baixa. A vaporização do
álcool ocorre somente após o processo de combustão com o aumento da
temperatura e pressão. Assim, esta parte do combustível que não participa do
processo normal de combustão se aloja nas regiões da câmara de combustão
onde a chama não consegue penetrar (fendas) ou se extingue (paredes frias),
podendo também ser absorvida pela camada de óleo lubrificante. Como existe
a necessidade de uma mistura mais rica para promover a partida a frio e
melhorar a dirigibilidade durante o período de aquecimento do motor, também
por este motivo as emissões de hidrocarbonetos aumentam.
Um modelo computacional foi desenvolvido por Sodré e Yates (1997) para
estimar o total de hidrocarbonetos não queimados, onde também são
consideradas as contribuições da fenda entre o topo do pistão e a parede do
cilindro e o fenômeno da absorção/liberação pela camada de óleo lubrificante.
Os pesquisadores basearam o modelo em um programa zero dimensional, que
não considera os efeitos da turbulência e variações de temperatura ou
propriedades da mistura dentro do cilindro. Sodré (1999) melhorou este
modelo, incluindo os efeitos da queima parcial ou combustão incompleta.
Sendo assim, foram incluídos três fenômenos que contribuem para a
combustão incompleta: a extinção da chama, a falha de ignição e quando a
propagação lenta da chama proporciona a combustão incompleta antes da
abertura da válvula de escape. Alguns fatores influenciam a extinção da chama
ou falha de ignição: o excesso ou falta de turbulência, o excesso de oxigênio
nas misturas muito pobres e a insuficiência de oxigênio para promover a
queima completa do combustível nas misturas muito ricas. Ao considerar este
último caso, o modelo pode auxiliar na estimativa precisa de hidrocarbonetos
não queimados durante o período de aquecimento do motor.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 28
2.2.4 – Monóxido de Carbono
A formação de monóxido de carbono (CO) em motores de ciclo Otto depende
primeiramente da razão de equivalência da mistura combustível/ar. A
necessidade de enriquecimento da mistura (φ>1) quando o motor está frio faz
com que as emissões de monóxido de carbono durante o aquecimento do
motor sejam muito maiores que quando o motor está completamente aquecido
(Heywood, 1998).
Uma comprovação da influência da razão de equivalência da mistura nas
emissões de monóxido de carbono foi o estudo realizado por Amaral e Sodré
(2000). Os pesquisadores avaliaram a influência dos parâmetros de
funcionamento do motor sobre as emissões de poluentes de um veículo a
álcool. Os testes de emissões foram executados com as seguintes variações:
eliminação do sistema de fornecimento de ar adicional ao motor nas
desacelerações, eliminação do sistema de interrupção de combustível nas
desacelerações e enriquecimento da mistura combustível/ar. Os autores
verificaram que somente com o enriquecimento da mistura combustíve/ar os
níveis de monóxido de carbono aumentaram.
Comparações entre as emissões de monóxido de carbono de veículos a
gasolina e a álcool (etanol e metanol) em função da razão de equivalência da
mistura demonstram menores níveis de emissões de monóxido de carbono
quando utiliza-se álcool como combustível. A vantagem dos álcoois sobre a
gasolina é que os motores podem operar com misturas mais pobres (Schafer e
Basshuyser, 1995). A Fig. 2.12 mostra as emissões de monóxido de carbono
da gasolina e do metanol, em função da razão de equivalência da mistura
(Annand e Gulder, 1980). Os pesquisadores utilizaram um motor de quatro
cilindros em condições de carga constante. Nestas condições, observou-se
que com o metanol ocorreu apenas um pequeno aumento nas emissões de
monóxido de carbono quando o motor operava no lado rico, enquanto com a
gasolina ocorreu um aumento mais acentuado.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 29
Figura 2.12 – Emissões de CO com gasolina e metanol (Annand e
Gulder,1980).
2.2.5 – Óxidos de Nitrogênio
Os álcoois oferecem benefícios particularmente relacionados às emissões de
óxidos de nitrogênio (NOx), pois as temperaturas de combustão são
relativamente baixas e a operação do motor com a mistura ar/combustível
pobre é possível. Considerando que os álcoois são altamente resistentes à
detonação, relações de compressão podem ser aumentadas além dos níveis
possíveis para os motores a gasolina. Porém, este benefício pode ser perdido
em função do aumento das temperaturas no final da compressão e combustão
(Schafer e Basshuyser, 1995). Annand e Gulder (1980) compararam as
emissões de óxidos de nitrogênio do metanol com a gasolina, utilizando um
motor de quatro cilindros em condições de carga constante. Os autores
verificaram que existe uma considerável redução das emissões de óxido nítrico
utilizando metanol como combustível, conforme mostra a Fig. 2.13. Verifica-se
que os níveis de emissões de óxidos de nitrogênio diminuem com o
enriquecimento da mistura (Fig. 2.1). Assim, no período de aquecimento do
motor onde é necessário um enriquecimento da mistura, os níveis de óxido de
nitrogênio são mínimos.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 30
Figura 2.13 – Emissões de NO com gasolina e metanol (Annand e
Gulder,1980)
2.2.6 – Aldeídos
Dentre os diversos compostos químicos que formam os aldeídos, são
considerados como poluentes o acetaldeído (C2H4O ou CH3CHO) e o
formaldeído (CH2O ou HCHO). Nos motores a metanol o formaldeído é o que
contribui com a maior parte do total de aldeídos emitidos, enquanto nos
motores a etanol é o acetaldeído que contribui com a maior parte dos aldeídos.
A formação de aldeídos em motores de combustão interna tem sido
pesquisada a muitos anos. Withrow e Rasswuller (1934) constataram a
presença de formaldeído nos gases não queimados no interior do cilindro em
condições de detonação. Estes gases não são responsáveis pela exaustão de
aldeídos, por serem consumidos pela frente de chama no decorrer da
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 31
combustão. Estudos computacionais realizados por Browing e Pefley (1977 a;
1977 b) utilizando um motor a metanol mostraram que os aldeídos não
sobrevivem nos gases queimados durante a combustão no interior do cilindro.
Os aldeídos na exaustão são formados como espécies intermediárias da
oxidação do metanol não queimado. Boamet al.(1994), Huang et al. (1996),
Huang et al. (1998), Sodré e Yates (1997) e Sodré (1999) estudaram as fontes
e os efeitos do combustível não queimado, principalmente no período de
aquecimento do motor. O relato destes trabalhos foi feito na seção 2.2.2 deste
capítulo. Ito et al. (1982) mostraram, através de medições próximo à válvula de
escape no sistema de exaustão de um motor a metanol, que a formação de
formaldeído ocorre a partir da oxidação de metanol não queimado sob
temperaturas de 400 a 600º C.
Ito e Kurata (1985) estimaram a formação de aldeídos nos gases da
combustão do etanol a partir da combinação de etanol não queimado
(C2H2OH) e óxidos de nitrogênio (NOx).
Ayyasamy et al. (1981) avaliaram a influência da razão de equivalência
combustível/ar e verificaram que os níveis de aldeídos são mínimos próximo à
razão estequiométrica, conforme mostra a Fig. 2.5. Outra influência analisada
pelos pesquisadores é o efeito da carga do motor nos níveis de emissões de
aldeídos, mostrado na Fig. 2.14.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 32
0 1 2 3 4 5 6
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Razão de compressão = 7.8Avanço de ignição = 15º bTDCrotação = 1500 rpm
combustível:
gasolina
metanol
BHP
Ald
eído
s -
ppm
0 1 2 3 4 5 6
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Razão de compressão = 7.8Avanço de ignição = 15º bTDCrotação = 1500 rpm
combustível:
gasolina
metanol
BHP
Ald
eído
s -
ppm
Figura 2.14 – Efeito da carga do motor nas emissões de aldeídos (Ayyasamy
et al.,1981).
Comparando a gasolina com o metanol, verificou-se um aumento notável das
emissões de aldeídos para ambos combustíveis (Ayyasamy et al.,1981). As
razões são a redução do tempo de permanência dentro do sistema de
exaustão a uma alta carga e a maior quantidade de combustível não queimado
nas zonas de extinção de chama, sob altas cargas. O tempo de permanência
é determinado como a razão do volume do sistema de exaustão aquecido com
o fluxo volumétrico dos gases. Se a carga for dobrada, o fluxo volumétrico é
reduzido em 50%. O aumento da massa de combustível não queimado nas
zonas de extinção da chama é a causa mais importante para a formação de
aldeídos.
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 33
Gabele (1990) comparou as emissões de formaldeído, variando o percentual
de metanol (0, 25, 50, 85 e 100%) na mistura gasolina/metanol no ciclo FTP
(“Federal Test Procedure”). O pesquisador utilizou um veículo com
possibilidade de flexibilidade do tipo de combustível utilizado. Nos testes com a
mistura contendo 85% de metanol e com metanol puro, mais da metade do
valor total das emissões de formaldeído ocorreram durante os 125 segundos
iniciais, que compreende o período de aquecimento do motor após a partida a
frio. Neste período existe uma combinação de excesso de combustível não
queimado e carga aplicada ao motor.
Para controle das emissões de aldeídos, Ayyasamy et al. (1981) pesquisaram
a utilização da adição de anilina (C6H5NH2) e água ao álcool. Os
pesquisadores mostraram que a adição de anilina ao álcool reduz
significativamente a formação de aldeídos. Porém, a utilização de anilina pode
resultar em aumento indesejável de componentes aromáticos na exaustão, se
sua queima não for completa. Segundo o autor, este método não é
recomendável, pois a anilina contêm nitrogênio na superfície da molécula e
pode aumentar, mesmo que de forma desprezível, os níveis de NOx. Além
disso, deve-se considerar o aumento da temperatura de combustão para
efeitos de surgimento da detonação. A mistura de água ao álcool é um método
eficaz para a redução de emissões de aldeídos e NOx, conforme os
pesquisadores. A adição de 5%, 10% e 15% de água no metanol resultou em
uma redução progressiva nas emissões de aldeídos. As emissões de
hidrocarbonetos foi invariável até a quantidade adicionada de 10% de água,
mas aumentou acentuadamente com a adição de 15%. Houve também
progressiva perda de potência do motor com a adição da água. É provável que
a adição de água no metanol possa influenciar o ambiente termocinético
predominante dentro do cilindro do motor, de modo desfavorável às reações
de formação de aldeídos.
34
CAPÍTULO 3
ANÁLISE DA QUANTIDADE DO
COMBUSTÍVEL INJETADO
Neste capítulo é realizada uma análise teórica das reações de combustão do
álcool hidratado e da mistura álcool hidratado com gasolina mais 22% de
AEAC, mistura esta utilizada para auxílio à partida a frio e dirigibilidade no
período de aquecimento do motor. A seguir, é também apresentada uma
estimativa da quantidade de combustível injetado idealizada para melhorar a
mistura ar/combustível a partir da análise teórica, com o auxílio de dados
experimentais.
3.1- Introdução
As emissões veiculares do veículo a álcool compõem-se de gases
provenientes da combustão do álcool etílico hidratado (C2H6,16O1,08). No
entanto, nos veículos a álcool providos de um sistema auxiliar de partida a frio,
ocorre também a combustão de uma mistura do álcool etílico hidratado com
gasolina (C6,39H13,60O0,61). A gasolina é adicionada no momento da partida a
frio e como auxílio à dirigibilidade no início das acelerações enquanto o motor
ainda está frio. A necessidade de uma mistura rica (φ › 1) para permitir um
bom funcionamento do motor, tanto na partida quanto no período de
aquecimento, proporciona a formação de uma grande quantidade de poluentes,
pois as condições ainda são muito desfavoráveis à combustão e o catalisador
não é totalmente eficiente nesta fase em função de sua baixa temperatura.
Os poluentes controlados pela legislação e que incidem em grande quantidade
neste período de início de funcionamento a frio do motor a álcool são os
hidrocarbonetos (HC), aldeídos e monóxido de carbono (CO). Além destes,
existem ainda os óxidos de nitrogênio (NOx), que aparecem em menor
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 35
quantidade neste período. Previamente, será mostrado o comportamento das
emissões no início de funcionamento a frio do motor a álcool do veículo
protótipo utilizado neste trabalho.
Analisando os resultados de emissões de HC e CO antes do pré-catalisador na
primeira fase do ciclo urbano da NBR 6601 (descrito no Capítulo 4), que
compreende a partida a frio e o período de aquecimento do motor. Verifica-se
que, até o tempo de 55 segundos desde de início de funcionamento do motor,
as concentrações de HC e de CO representam respectivamente cerca de 40%
e 30% do total emitido nesta fase do ciclo de emissões. Além disso, os
aldeídos totais medidos após o catalisador neste mesmo período são de
aproximadamente 70% do total emitido na primeira fase do ciclo de emissões.
As Figs. 3.1, 3.2 e 3.3 mostram, respectivamente, o comportamento das
emissões de HC, CO e aldeídos na primeira fase do ciclo urbano da NBR 6601.
Os elevados níveis destes poluentes são evidenciados principalmente nas
acelerações a frio, onde ocorre uma combinação do efeito de carga do motor,
mistura muito rica em função da otimização da dirigibilidade e condições de
combustão desfavoráveis devido à baixa temperatura do motor. Após este
período verifica-se uma diminuição acentuada dos níveis destes poluentes. Os
poluentes produzidos neste período representam grande parcela no resultado
final das emissões, pois o catalisador ainda é ineficiente.
0,00
0,505
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo (s)
HC
/ H
C t
ota
l (
%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Velo
cidad
e (km/h
)
% do total de HC
Velocidade
Figura -3.1 – Emissões de HC antes do pré-catalisador expressos em termos
percentuais da concentração total emitida na primeira fase (505 s).
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 36
0,00
0,50
0,100
0,15
0,2020
0,2525
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo (s)
CO
/ C
O t
ota
l (%
)
0
10
20
30
40
50 60
70
80
90
100
Velo
cidad
e (km/h
)
% do total de CO Velocidade
Figura 3.2 – Emissões de CO antes do pré-catalisador expressos em termos
percentuais da concentração total emitida na primeira fase (505 s)
4,4
9,8 15,1
6,0
12,3
5,4 5,7 5,7
35,6
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0 30,0
35,0
40,0
10 20 30 40 50 60 70 80 505
Tempo (s)
Ald
eíd
os
/A
lde
ído
s t
ota
is (
%)
% Aldeídos Totais
Figura 3.3 – Distribuição de aldeídos após o catalisador expressos em termos
percentuais da concentração total emitida na primeira fase (505 s).
As Figs. 3.4 e 3.5 mostram a baixa eficiência do pré-catalisador do veículo nos
50 segundos iniciais, resultado de sua baixa temperatura. A eficiência de um
catalisador é definida como sendo o percentual de diminuição do poluente,
verificado pelas concentrações medidas antes e depois do catalisador. A Fig.
3.6 mostra que somente próximo aos 50 segundos é que a temperatura interna
do pré-catalisador atinge a faixa de temperatura necessária para início das
reações exotérmicas de oxidação (250º C a 350º C). Nas Figs. 3.4, 3.5 e 3.6
pode-se verificar que quando a temperatura interna do pré-catalisador passa a
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 37
ser maior que a temperatura na entrada iniciam-se as reações de oxidação dos
poluentes. Próximo aos 100 segundos, a temperatura interna do catalisador
principal atinge a faixa dos 400º C, passando ser maior que a da entrada, como
mostra a Fig. 3.7. Com o início das reações exotérmicas dentro do catalisador,
ocorre uma atuação combinada dos dois catalisadores, minimizando ainda
mais o nível das emissões após os 50 s iniciais de funcionamento do motor.
Estes resultados demonstram a necessidade de uma mistura ar/combustível
que possa resultar em menores níveis de emissões neste período que é
compreendido pela partida a frio e período de aquecimento do motor,
principalmente quando os catalisadores ainda estão inativos.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo (s)
Efi
ciên
cia
(%)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Velo
cidad
e (km/h
)
Eficiência HC Velocidade
Figura 3.4 Eficiência de conversão de HC na primeira fase (505 s).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Tempo (s)
Efi
ciên
cia
(%)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Velo
cidad
e (km/h
)
eficiência CO velocidade
Figura 3.5 -Eficiência da conversão de CO na primeira fase (505 s).
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 38
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo (s)
Tem
per
atu
ra (º
C)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Velocidade (km
/h) entrada pré cat interior pré cat saída pré cat velocidade
Figura 3.6 – Temperaturas no pré-catalisador na primeira fase (505 s).
0 100 200 300 400 500 600 700 800
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo (s)
Tem
pera
tura
(ºC
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Velocidade (km
/h)
entrada catalisador interior catalisador saída catalisador velocidade
Figura 3.7 – Temperaturas no catalisador principal na primeira fase (505 s).
3.2 – Equação da Combustão da Mistura Álcool - Gasolina
Demonstra-se que, a partir da diminuição dos volumes de álcool hidratado e de
gasolina com 22% de AEAC, ocorre uma redução das emissões (ver Figs. 2.4
e 2.5) e no tempo de partida a frio. A boa dirigibilidade e a melhoria da partida
a frio é possível devido a níveis energéticos adequados para uma combustão
eficiente, proporcionada pelo melhor aproveitamento da ação da gasolina
pulverizada no coletor de admissão.
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 39
Os principais produtos da combustão do álcool mais gasolina para uma mistura
rica ou pobre podem ser identificados na seguinte reação:
( )
jHiOHhOgOfCOeNOdHcN
ObHaCOONyqrypm
yonOHyCOHC qpormn
++++++++
++→+
+
−+
++++
222
222276,324
1φ (3.1)
Para o etanol hidratado (C2H6,16O1,08 ) mais gasolina(C6,39H13,60O0,61) utilizados
neste trabalho, a Eq. (3.1) pode ser reescrita como:
( ) ( )[ ]
jHiOHhOgOfCOeNOdHcNObHaCO
OyNyOHyCOHC
+++++++++
→+++++
22222
2261,060,1339,608,116,62 48,900,364,3528,111
φ (3.2)
A combustão completa ( Ô =1) da mistura álcool mais gasolina pode ser
representada da seguinte forma:
( ) 2222276,324
cNObHaCOONyrym
ynOHyCOHC qpoqpormn ++→+
+−
+++++ (3.3)
Para o etanol hidratado (C2H6,16O1,08 ) mais gasolina (C6,39H13,60O0,61) utilizados
neste trabalho a Eq. (3.3) pode ser reescrita como:
( ) ( )[ ]( ) 222
2261,060,1339,608,116,62
)64,3528,11()79,608,3(39,62
48,900,364,3528,11
NyOHCOy
OyNyOHyCOHC
+++++
→+++++ (3.4)
Assim, observa-se que, teoricamente, a queima da mistura na razão
estequiométrica evita a formação de emissões de CO e NO. Na prática, a
eliminação total destes elementos não ocorre, mas, sim, relativamente baixos
níveis de formação. Os hidrocarbonetos não queimados e os aldeídos não são
produtos da combustão e, portanto, não foram representados nas Eqs. (3.1) e
(3.3). Hidrocarbonetos não queimados e aldeídos são formados por outros
processos (ver Seções 2.2.3 e 2.2.6). Assim como para CO e NOx
(representado por NO nas Eqs. (3.1) e (3.2) por ser o elemento mais relevante
no composto), na queima da mistura na razão estequiométrica obtém-se
relativamente baixos níveis de emissões de HC e aldeídos. O empobrecimento
da mistura além da razão estequiométrica não é recomendável, pois pode
ocasionar um aumento na formação de HC e dificultar a partida a frio.
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 40
3.3 –Cálculo da Quantidade de Combustível Injetado para a Relação
Estequiométrica
Para as massas de álcool e de gasolina injetadas por cilindro por ciclo do
motor pode-se escrever as seguintes relações:
=
∆∆
=
ar
álcool
ar
álcool
ar
álcool
m
m
tm
tm
m
m
&
& (3.5)
=
∆
∆=
ar
gasol
ar
gasol
ar
gasol
m
m
tm
tm
m
m
&
& (3.6)
As Eqs. 3.5 e 3.6 podem ser reescritas da seguinte forma:
=
∀⋅∀⋅
ar
álcool
arar
álccolálcool
m
m&
&
ρρ
(3.7)
=
∀⋅
∀⋅
ar
gasol
arar
gasolgasol
m
m&
&
ρ
ρ (3.8)
As Eqs. (3.9) e (3.10) abaixo determinam, respectivamente, as vazões de
álcool e gasolina necessárias para uma queima completa da mistura no
cilindro.
ararálcool
álcoolarálcool m
m∀⋅
⋅
⋅=∀ &&
ρρ
(3.9)
arargasol
gasolargasol m
m∀⋅
⋅
⋅=∀ &&
ρ
ρ (3.10)
Onde:
álcoolm - massa do álcool injetado por cilindro por ciclo (kg)
álcoolm& - vazão mássica média de álcool por cilindro (kg/s)
arm - massa de ar admitido por cilindro por ciclo (kg)
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 41
arm& - vazão mássica média de ar por cilindro (kg/s)
gasolm - massa da gasolina injetada por cilindro por ciclo (kg)
gasolm& - vazão mássica média de gasolina por cilindro (kg/s)
álcool∀& - vazão volumétrica média de álcool por cilindro (ml/s)
ar∀& - vazão volumétrica média de ar por cilindro (ml/s)
gasol∀& - vazão volumétrica média de gasolina por cilindro (ml/s)
álcoolρ - densidade absoluta do álcool (kg/m3)
arρ - densidade absoluta do ar de admissão (kg/m3)
gasolρ - densidade absoluta da gasolina (kg/m3)
t∆ - intervalo de tempo para um ciclo completo do motor (s)
A vazão média do ar admitido por cilindro pode ser pode ser calculada através
da Eq. 3.11, onde Ω é a velocidade rotacional (rev/s), ∀ é o deslocamento
volumétrico total (ml), ciln indica o número de cilindros do motor que, neste
caso, é igual a 4, e volη é a eficiência volumétrica, adotada como 1,0 neste
trabalho. A divisão por 2 indica que o fluxo de ar que entra no cilindro ocorre
uma vez a cada 2 voltas do eixo virabrequim.
volcil
ar nη⋅
⋅∀⋅Ω
=∀2
& (3.11)
A densidade absoluta do ar admitido é determinada através da Eq. (3.12):
TR
Par ⋅
=ρ (3.12)
Onde P é pressão absoluta no coletor de admissão (kN/m2), T é a temperatura
absoluta do ar admitido e R é a constante do ar (287 J/kg.K). A densidade
absoluta média da gasolina mais 22% de AEAC é 740 kg/m3 e a densidade
absoluta média do álcool hidratado é 810 kg/m3. Para a estimativa da massa
teórica de ar (kg), utiliza-se a seguinte relação:
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 42
2222 OONNar WnWnm ⋅+⋅= (3.13)
Onde:
2Nn - número de moles de nitrogênio no ar (adimensional)
2On - número de moles de oxigênio no ar (adimensional)
2OW - massa molecular do oxigênio (kg/kmol)
2NW - massa molecular do nitrogênio (kg/kmol)
De forma análoga, pode-se estimar as massas teóricas de álcool hidratado e
gasolina mais 22% de AEAC injetadas por cilindro por ciclo:
álcoolálcoolálcool Wnm ⋅= (3.14)
gasolgasolgasol Wnm ⋅= (3.15)
As estimativas das vazões experimentais de álcool e de gasolina na partida a
frio foram obtidas a partir de variações aleatórias do número de moles de
gasolina (y) por mol de álcool na reação representada pela Eq. (3.4) e
considerando os parâmetros medidos, como velocidade rotacional do motor,
temperatura absoluta do ar admitido e pressão absoluta no coletor de
admissão (ver Tab. 3.1). A Tab. 3.2 mostra as vazões calculadas de álcool e
gasolina a partir das Eqs. (3.4) a (3.15).
Tabela 3.1 – Valores dos parâmetros considerados no cálculo da vazão
Velocidade rotacional - Ω (rev/s) 4,27
Temperatura absoluta do ar admitido - T (K)
298,00
Pressão absoluta no coletor de admissão - P (kN/m2) 89,65
Massa molecular do nitrogênio - WN2 (g) 28,01
Massa molecular do oxigênio - WO2 (g) 32,00
Massa molecular do ar- War (g) 289,70
Massa molecular do álcool - Wálcool (g) 47,51
Massa molecular da gasolina - Wgasol (g) 100,21
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 43
Tabela 3.2 – Vazões de álcool e gasolina na partida a frio para a combustão completa do composto álcool e gasolina em função davazão experimental de ar e do número de moles de gasolina.
Capítulo 3 – Análise da Quantidade do Combustível Injetado 44
3.4– Quantidade de Gasolina e Álcool Injetados nas Acelerações durante
o Período de Aquecimento do Motor.
Nos períodos de aceleração, enquanto o motor ainda não está suficientemente
aquecido, podem ocorrer problemas de dirigibilidade, como funcionamento
irregular ou falhas na aceleração. Assim, é comum ocorrer um aumento do
fluxo de combustível injetado, de forma a enriquecer a mistura e superar este
inconveniente. Nos motores a álcool esta situação é agravada pela própria
característica do combustível. A introdução de gasolina é feita para melhorar
as condições de combustão neste período. Para que este auxílio seja feito de
forma eficaz, esta adição de gasolina deve ser feita de forma pulverizada e no
momento exato do início da aceleração. O sistema proposto neste trabalho,
detalhado no Capítulo 4, não consegue adicionar a gasolina de forma
proporcional à aceleração ou abertura da borboleta. Desta forma, o ajuste da
vazão de gasolina determinado na partida a frio deve ser mantido também
para o início das acelerações a frio. Busca-se com o sistema proposto, ao
introduzir a gasolina de forma pulverizada e quase instantânea, uma
aceleração a frio satisfatória. No Capítulo 4 é mostrada a metodologia
experimental para a definição do ajuste da quantidade de gasolina injetada
nas acelerações durante o período de aquecimento do motor.
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 45
45
CAPÍTULO 4
METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Neste capítulo são apresentados os equipamentos e os procedimentos
experimentais adotados para a obtenção dos resultados deste trabalho.
4.1 – Aparato Experimental
4.1.1 – Características do Veículo e do Motor
Os testes foram realizados utilizando-se um veículo protótipo equipado com um
motor de combustão interna com as seguintes características: combustível
álcool etílico hidratado, quatro tempos, quatro cilindros em linha com duas
válvulas por cilindro, deslocamento volumétrico total de 994 cc, taxa de
compressão 11,4:1, duas válvulas por cilindro, eixo de comando de válvulas no
cabeçote, sistema de ignição mapeada, sistema de injeção multiponto com
pressão constante de alimentação de combustível de 3,0 bar, com recirculação
no tanque, câmara de combustão formada pelo cabeçote e pistão, sistema de
recirculação de gases do carter e sistema auxiliar de partida a frio (adição de
gasolina). O veículo possui câmbio manual com cinco marchas para a frente e
uma para trás. No sistema de escapamento do veículo um pré-catalisador e um
catalisador principal foram utilizados em alguns testes e removidos em outros.
Os testes de emissões, onde se incluiu a verificação dos tempos de início de
funcionamento do motor frio, foram realizados para comparação da influência
da configuração do sistema de partida a frio nos resultados. Foi realizada
também uma análise conjunta da alteração da razão de equivalência da
mistura na partida a frio e na fase de aquecimento do motor em função da
configuração do sistema de partida frio. O sistema de partida a frio auxilia a
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 46
partida e o início de acelerações quando o motor a álcool ainda encontra-se
frio. Este auxílio é feito através da introdução de gasolina no coletor de
admissão. A seguir são descritas as duas configurações do sistema de partida
a frio que foram utilizadas e analisadas neste trabalho.
4.1.2 – Sistema de Partida a Frio Convencional
O sistema de partida a frio convencional é composto dos seguintes
componentes: reservatório de gasolina, bomba elétrica de combustível,
eletroválvula, filtro de combustível, tubo com furo calibrado para adição de
gasolina, sistema pressurizado a 0,4 bar e vazão de 2,0 ml/s e válvula
unidirecional. O funcionamento do sistema é determinado pela central
eletrônica do veículo. Quando ocorre a partida a frio do motor ou início de
aceleração a frio, a central eletrônica do veículo proporciona o funcionamento
da bomba elétrica de combustível instalada no reservatório de gasolina e
permite a passagem de uma corrente elétrica através da eletro-válvula que se
abre liberando a passagem da gasolina até o tubo com furo calibrado no corpo
de borboleta. A pressão do sistema é ajustada através de um furo calibrado na
tubulação de retorno para o reservatório. O tempo de funcionamento do
sistema é ajustado de forma a não permitir uma quantidade excessiva de
gasolina. As Figs. 4.1 a 4.4 mostram detalhes do sistema convencional.
Figura 4.1 – Vista geral do Sistema de Partida a Frio convencional
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 47
Furo calibrado Furo Calibrado
Figura. 4.2 – Detalhe do ponto de introdução de gasolina no corpo de borboleta
bomba Bomba
Figura 4.3 – Reservatório de combustível
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 48
eletroválvula
filtro
Eletroválvula
Filtro
Figura 4.4 – Detalhe da eletroválvula e filtro de combustível
4.1.3 – Sistema de Partida a Frio com Injetor de Combustível
O sistema de partida a frio com injetor e proposto como uma otimização do
sistema convencional é composto dos seguintes componentes: reservatório de
gasolina, bomba elétrica de combustível, injetor de combustível, filtro de
combustível, modulador de freqüência de abertura e fechamento do injetor na
pressão de 1,5 bar e vazão de 1,2 ml/s. Um regulador de pressão e um
manômetro foram instalados para auxílio do ajuste e monitoramento do sistema
durante os experimentos. O modulador de freqüência controla os tempos de
abertura e fechamento do injetor, tornando possível o ajuste da quantidade de
gasolina injetada no coletor de admissão. A sua tensão de alimentação deve
ser de 12 V, constituindo-se de um oscilador variável que permite variar a
abertura e fechamento do injetor na unidade de tempo, um potenciômetro, que
permite alterar o comprimento de onda, e um divisor de freqüência. A faixa de
atuação do modulador de freqüência é de 70 Hz a 840 mHz, ou seja, o tempo
de abertura/fechamento pode ser ajustado de 14,3 ms a 1,2 s. As Figs. 4.5 a
4.9 mostram detalhes do sistema de partida a frio com injetor proposto neste
trabalho.
Na Fig. 4.8 pode-se observar a galeria de combustível. Na galeria de
combustível a gasolina é armazenada e, mesmo após um longo tempo sem
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 49
ocorrer pressurização do sistema, ou seja, longos períodos sem partida do
motor, existe a possibilidade da presença de um mínimo de gasolina para
auxílio imediato na partida. A existência da galeria de combustível é combinada
com a pressão do sistema, que é cerca de três vezes maior que a do sistema
convencional, melhorando a velocidade de enchimento da linha de
alimentação. Desta forma o efeito do esvaziamento da linha devido às perdas
por evaporação ou retorno para o reservatório pode ser minimizado. O
funcionamento do sistema é determinado pela central eletrônica do veículo.
Quando ocorre a partida a frio do motor ou início de aceleração a frio, a central
eletrônica do veículo proporciona o funcionamento da bomba elétrica de
combustível instalada no reservatório de gasolina e permite a passagem de
uma corrente elétrica através do modulador de freqüência, que por sua vez faz
funcionar o injetor de gasolina. O injetor de gasolina é acionado em tempos de
abertura e fechamento conforme o ajuste do modulador de freqüência. A
pressão do sistema é controla e ajustada por um regulador de pressão. Este
pode ser suprimido, se o controle for realizado de forma análoga ao sistema
convencional, ou seja, através de um furo calibrado na tubulação de retorno
para o reservatório. O tempo de funcionamento do sistema é ajustado de forma
a não permitir uma quantidade excessiva de gasolina. A Fig. 4.9 mostra o
detalhe da pulverização da gasolina pelo injetor.
Figura 4.5 – Vista geral do Sistema de Partida a Frio com Injetor
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 50
manômetro
Reg ulador de Pressão
Manômetro
Reg ulador de Pressão
Figura 4.6 – Reservatório equipado com manômetro e regulador de pressão
Figura 4.7 – Detalhe da posição do injetor e filtro de combustível
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 51
Galeria de Combustível
injetor
Galeria de Combustível
injetor
Galeria de Combustível
Injetor
Figura 4.8 – Detalhe do injetor e da galeria de combustível
Figura 4.9 – Detalhe da pulverização da gasolina
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 52
4.1.4 – Instrumentação do Veículo
No veículo foram instalados instrumentos para o monitoramento e registro dos
parâmetros de funcionamento e dados necessários para os cálculos. No
sistema de escapamento foram instalados termopares no coletor de descarga,
no pré-catalisador (entrada, interior e saída) e no catalisador principal (entrada,
interior e saída). Para o registro da razão de equivalência ar/combustível (λ) foi
instalada uma sonda lambda linear antes do pré-catalisador ou próximo ao
coletor de descarga quando os testes eram realizados sem o pré-catalisador e
o catalisador principal. A Fig 4.10 mostra o esquema da descarga
instrumentada com o pré-catalisador e o catalisador principal, onde T1, T2, T3,
T4 ,T5 e T6 representam, respectivamente, as temperaturas na entrada, interior
e saída do pré-catalisador e catalisador principal. A razão de equivalência
ar/combustível é indicada por λ, medida na saída dos cilindros 1, 3 e na
confluência dos quatro cilindros.
Fig. 4.10 – Esquema do sistema de descarga instrumentado
Um termopar foi instalado na extremidade da vareta de verificação do nível de
óleo para um acompanhamento adequado do aquecimento do motor. A
condição de temperatura do motor também foi monitorada pela temperatura do
líquido de arrefecimento. O valor da tensão elétrica em um dos injetores do
sistema de injeção do veículo e do sistema de partida a frio foi monitorada.
Com o valor da tensão no injetor e o tempo de injeção pode-se estimar a sua
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 53
vazão dinâmica (volume injetado). A tensão elétrica do sistema de partida a frio
foi utilizada para verificação do tempo de funcionamento deste sistema. Estes
dados foram registrados em um osciloscópio a uma freqüência de 10 Hz.
O veículo também foi equipado com uma unidade eletrônica que fez a interface
com a central eletrônica do sistema de injeção e ignição, possibilitando a
aquisição dos parâmetros de funcionamento do motor que possibilitam o
controle do ponto de ignição e quantidade de combustível injetada em cada
condição de funcionamento do motor. Os parâmetros utilizados neste trabalho
foram a temperatura da água de arrefecimento, a velocidade angular do motor,
o tempo de injeção, a temperatura do ar e a pressão no coletor de admissão.
A modificação de parâmetros de funcionamento, como o tempo de injeção,
também é possível através desta interface. Estes dados foram registrados em
um microcomputador a uma freqüência de 10 Hz.
4.1.5 – Sistema de Aquisição de Dados da Central Eletrônica do Veículo
O veículo era dotado de uma central eletrônica que controla o sistema de
injeção/ignição.O sistema de aquisição dos dados da central eletrônica do
veículo era composto de um cabo ligado ao chicote do sistema elétrico através
de um conector. Este conector contem as linhas de acesso às informações
disponíveis na central eletrônica de injeção referentes ao controle dos sistemas
de injeção e ignição. O cabo era ligado a um sistema de processamento dos
sinais gerados na central eletrônica, possibilitando a visualização, o acesso a
modificações dos parâmetros medidos e o armazenamento dos mesmos no
decorrer do tempo. Este procedimento era possível devido a um programa
específico instalado em um micro computador conectado ao sistema de
processamento. Este sistema de processamento foi utilizado para registrar os
parâmetros como velocidade rotacional do motor (rotação), temperatura do ar e
pressão no coletor de admissão, temperatura da água do motor e tempo de
injeção de combustível. Estes dados foram utilizados para caracterizar a
partida a frio e o regime de funcionamento do veículo no período de
aquecimento do motor.
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 54
4.1.6– Sistema de Medição da Razão de Equivalência Ar/Combustível (λλ)
O sistema de medição da razão de equivalência ar/combustível era composto
principalmente de uma unidade de controle e um sensor lambda linear. O
sensor lambda era pré-aquecido (800º C), possuindo um tempo de resposta na
faixa de 0,08 s a 0,15 s, podendo realizar medições na faixa de temperatura
dos gases do sistema de exaustão do motor de –7ºC a 900ºC. A faixa de
medição da razão de equivalência era de 0,50 a 2,50, com resolução de 0,01.
4.1.7 – Instrumentos de Medição
- Termopares Tipo K
Empregados nas medições das temperaturas na faixa de 0º C a 200º C, estes
termopares possuem incerteza de ± 4,0%. Foram utilizados para medições das
temperaturas da água de arrefecimento e do óleo do motor, dos catalisadores e
dos gases da exaustão no coletor de descarga do motor.
– Osciloscópio
Um osciloscópio digital com freqüência máxima de 500 Hz foi utilizado para
receber os sinais dos termopares tipo K e sinais do sistema de medição da
razão de equivalência. A freqüência de aquisição dos dados foi ajustada para
10 Hz. O osciloscópio também foi utilizado para registrar a tensão do sistema
de partida a frio durante o tempo de acionamento deste.
– Manômetro
Este instrumento foi utilizado para verificação da pressão da linha de
combustível do sistema de partida a frio. O manômetro apresentava faixa de
medição até 4,0 bar, com resolução de 0,1 bar.
– Regulador de Pressão
O regulador de pressão foi utilizado para ajustar e manter constante a pressão
do sistema de partida a frio com injetor de combustível. A pressão foi ajustada
para 1,5 bar.
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 55
- Proveta Graduada
Foi utilizada uma proveta graduada na medição da vazão de gasolina do
sistema de partida a frio com capacidade de 25 ml, com resolução de 1,0 ml.
4.1.8 – Dinamômetro de Chassi
O dinamômetro de chassi é utilizado para simular em laboratório a resistência
ao deslocamento do veículo. A determinação da resistência ao deslocamento é
feita submetendo o veículo a uma desaceleração livre em pista de rolamento,
conforme a NBR 10312. O dinamômetro possui uma unidade elétrica de
absorção de potência para simular as condições de carga do veículo (potência
resistiva). A potência resistiva no rolo do dinamômetro é determinada em
função de fatores relacionados com a desaceleração do veículo, como inércia
equivalente, arrasto aerodinâmico e a resistência ao rolamento. A inércia
equivalente do veículo é simulada no dinamômetro através de um conjunto de
massas de inércia que são acopladas ao eixo do rolo que reproduzem um
efeito dinâmico equivalente à massa de inércia do veículo em movimento
linear. O equipamento possui um rolo de 1220 mm de diâmetro e pode medir
velocidades na faixa de 0 a 160 km/h com resolução de 0,01% do fundo de
escala e potencia até 150 hp. O dinamômetro é mostrado esquematicamente
na Fig. 4.11.
4.1.9 – Sistema de Amostragem e Análise de HC ,CO e NOx
O sistema de amostragem dos gases é do tipo amostrador de volume
constante (AVC). O sistema permite a medição das massas reais das
substâncias emitidas pelo motor através do tubo de descarga do veículo. O
volume total da mistura gás de escape/ar de diluição é medido, sendo que uma
parte deste volume é continuamente coletado para análise. O sistema é
provido de balões de coleta de amostras para o ar de diluição e para o gás de
escape diluído. Estes balões são confeccionados em material especial para
impedir alterações nas análises dos gases por eles armazenados. O sistema
de amostragem está indicado na representação esquemática da Fig. 4.11.
O sistema de analisadores de HC, CO e NOx podem realizar análise em tempo
real antes e depois do catalisador, além da análise das amostras que são
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 56
coletadas e armazenados nos balões durante o teste. Os analisadores de
gases estão representados na Fig. 4.11. A análise dos gases foi realizada
segundo a Norma NBR 6601 (ABNT, 1995).
CO
CO2
HCNOx
CO
HC
NOx
CO2
ºC TEMP. AMB.
bar PRESSÃO
% UMID. RELATIVA
AR
UNIDADE AUXILIAR MOTORISTA( DRIVE AID ) AR
LINHA AQUECIDA
BALANÇA( CONSUMO )
HC - CO( MARCHA LENTA )
IMPRESSORA
REGISTRADOR
HORIBA
CO
CO2
HCNOx
ANTES DOCATALISADOR
DEPOIS DOCATALISADOR
ANTES OU DEPOISCO
CO2
HCNOx
CO
HC
NOx
CO2
ºC TEMP. AMB.
bar PRESSÃO
% UMID. RELATIVA
ºC TEMP. AMB.
bar PRESSÃO
% UMID. RELATIVA
AR
UNIDADE AUXILIAR MOTORISTA( DRIVE AID ) AR
LINHA AQUECIDA
BALANÇA( CONSUMO )
HC - CO( MARCHA LENTA )
IMPRESSORA
REGISTRADOR
HORIBA
CO
CO2
HCNOx
ANTES DOCATALISADOR
DEPOIS DOCATALISADOR
ANTES OU DEPOIS
Fig. 4.11 – Esquema do dinamômetro de chassi, sistema de amostragem e
analisadores de gases.
A medição dos hidrocarbonetos totais é realizada passando o gás coletado
através de uma chama de hidrogênio. Os hidrocarbonetos na amostra
produzem uma corrente de íons proporcional ao total de átomos de carbono
presentes. Um eletrodo que envolve a chama mede a corrente de íons. A
quantidade de hidrocarbonetos de uma amostra é expressa em ppm-C.
Usando-se o propano (C3H8) como gás de referência, por exemplo, a resposta
é três vezes maior do que a obtida com o metano (CH4), que apresenta um
único carbono por molécula. Para análise em tempo real a linha de coleta é
aquecida, e sua faixa de medição é de até 3000 ppmC, com incerteza de ±
0,5%. Para os gases coletados nos balões a faixa de medição é de até 300
ppmC, com incerteza de ± 0,5%.
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 57
– Analisadores de Monóxido de Carbono (CO)
Os analisadores de CO utilizam detectores por absorção de raios
infravermelhos não dispersivos (IND). A amostra de gás é bombeada para
dentro de uma câmara por onde atravessa uma luz infravermelha. O
comprimento de onda da luz é especialmente selecionado dependendo da
composição do gás detectado. A composição presente na amostra absorve a
luz e diminui a intensidade da luz que sai da câmara. A intensidade é
comparada com uma fonte de luz de referência, e o resultado da diferença é
expresso em concentração da composição da amostra. Para análise em tempo
real a linha de coleta é aquecida, e sua faixa de medição é de até 20000 ppm,
com incerteza de ± 0,5% . Para os gases coletados nos balões a faixa de
medição é de até 1000 ppm, com incerteza de ± 0,5%.
– Analisadores de Óxidos de Nitrogênio (NOx)
Os analisadores de NOx utilizam o método de luminescência química (LQ),
para detectar a reação entre o óxido nítrico (NO) e o ozônio (O3). A reação
emite um fóton de luz. O número de fótons emitidos é proporcional a
concentração de NO. Para a detecção de NOx a amostra é guiada através de
um conversor, onde o NOx é dissociado em NO. Para análise modal a linha de
coleta é aquecida e sua faixa de medição é de até 5000 ppm, com incerteza de
± 0,5% . Para os gases coletados nos balões a faixa de medição é de até 300
ppm, com incerteza de ± 0,5%.
4.1.10 - Sistema de Amostragem e Análise de Aldeídos
O sistema de amostragem de aldeídos é composto por frascos lavadores de
gás montados em série dois a dois, mantidos a uma temperatura entre 2º C e
6º C. Para um ciclo completo de condução compreendido de três fases são
utilizados quatro pares, um para cada fase e outro para amostragem do ar de
diluição. Para amostragem em intervalos de tempos menores utiliza-se quantos
pares forem necessários. São utilizadas soluções de DNPH
(dinitrofenilhidrazina) e ACN (acetonitrila) para a absorção dos aldeídos e
cetonas contidos no gás de descarga, resultando em derivados carbonílicos. A
Fig. 4.12 mostra esquematicamente o sistema de amostragem de aldeídos.
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 58
As amostras correspondentes a cada uma das fases do ciclo de condução e o
ar de diluição são preparadas, ou seja, avolumadas com ACN em balões de
100 ml. Estas amostras, após a preparação, são armazenadas em solução de
DNPH/ACN, injetadas e analisadas por cromatografia líquida de alta eficiência
(HPLC). A Fig. 4.13 mostra o esquema da análise de aldeídos pelo sistema
DNPH/HPLC. A determinação de aldeídos totais é feita segundo a Norma NBR
12026 (ABNT, 1997)
FILTRO
1 2 31 | 2 | 3 | 4 | 5
TOTALIZADORDE VOLUME
INDICADOR DETEMPERATURA
INDICADOR DOVOLUME DO GÁS
ROTAMETRO
BOMBA
BOMBA EXAUSTORADO SISTEMA AVC-VC
SOLUÇÃO REAGENTE - DNPH/ACN
BANHO DE GELOBANHO DE GELO
FRASCOS LAVADORES
PONTO DEAMOSTRAGEM
ALDEÍDOS
SAÍDA PARA OS SACOS DE AMOSTRAGEM
AR AMBIENTE
PONTO DEAMOSTRAGEM
AR DE DILUIÇÃO
EXAUSTÃO
VEICULARCICLONE
EXAUSTÃO
FILTRO
1 2 31 2 31 | 2 | 3 | 4 | 5
TOTALIZADORDE VOLUME
INDICADOR DETEMPERATURA
INDICADOR DOVOLUME DO GÁS
ROTAMETRO
BOMBA
BOMBA EXAUSTORADO SISTEMA AVC-VC
SOLUÇÃO REAGENTE - DNPH/ACN
BANHO DE GELOBANHO DE GELO
FRASCOS LAVADORES
PONTO DEAMOSTRAGEM
ALDEÍDOS
SAÍDA PARA OS SACOS DE AMOSTRAGEM
AR AMBIENTE
PONTO DEAMOSTRAGEM
AR DE DILUIÇÃO
EXAUSTÃO
VEICULARCICLONE
EXAUSTÃO
Fig. 4.12 – Esquema do sistema de amostragem de aldeídos
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 59
DETECTORDETECTOR
INTEGRADORINTEGRADOR
EE
REGISTRADORREGISTRADOR
SISTEMASISTEMA
DEDE
BOMBEAMENTOBOMBEAMENTO
RESERVATÓRIO
DA FASE
MÓVEL AVOLUMAGEM
DA AMOSTRA
COLETADA
INJEÇÃO DA
AMOSTRA
C
O
L
U
N
A100ml
MEDIDORDE PRESSÃO
VÁLVULA DEAMOSTRAGEM
6.34 5.10 RT3210 2370 ÁREA2.11 1.70 CONC.
6.34
5.10
INTEGRADORINTEGRADOR
EE
REGISTRADORREGISTRADOR
SISTEMASISTEMA
DEDE
BOMBEAMENTOBOMBEAMENTO
RESERVATÓRIO
DA FASE
MÓVEL AVOLUMAGEM
DA AMOSTRA
COLETADA
INJEÇÃO DA
AMOSTRA
C
O
L
U
N
A100ml
MEDIDORDE PRESSÃO
VÁLVULA DEAMOSTRAGEM
6.34 5.10 RT3210 2370 ÁREA2.11 1.70 CONC.
6.34
5.10DETECTORDETECTOR
INTEGRADORINTEGRADOR
EE
REGISTRADORREGISTRADOR
SISTEMASISTEMA
DEDE
BOMBEAMENTOBOMBEAMENTO
RESERVATÓRIO
DA FASE
MÓVEL AVOLUMAGEM
DA AMOSTRA
COLETADA
INJEÇÃO DA
AMOSTRA
C
O
L
U
N
A100ml
MEDIDORDE PRESSÃO
VÁLVULA DEAMOSTRAGEM
6.34 5.10 RT3210 2370 ÁREA2.11 1.70 CONC.
6.34
5.10
Fig. 4.13 – Esquema do sistema de análise de aldeídos
4.2 - Procedimentos Experimentais
Nesta seção são descritos os procedimentos experimentais que foram
utilizados para instrumentação do veículo, o ajuste da quantidade de álcool e
gasolina na partida a frio e acelerações no período de aquecimento do motor,
testes de verificação do tempo de partida a frio e os testes de emissões.
4.2.1– Ajuste das Quantidades de Álcool e Gasolina
As quantidades de álcool e de gasolina necessárias para a partida a frio foram
definidas a partir da reação de combustão completa do composto álcool mais
gasolina, em função da vazão de ar calculada para um cilindro e do número de
moles da gasolina. A vazão de ar no cilindro foi determinada através da
medição dos valores de pressão e temperatura no coletor de admissão nas
condições de partida a frio.
Para ajuste da partida a frio optou-se pela manutenção da quantidade de álcool
(0,34 ml/s) e a variação da quantidade de gasolina. A vazão de álcool é obtida
através do tempo de injeção, pela tensão elétrica no injetor e características do
próprio injetor, como a vazão estática. A variação da vazão de gasolina
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 60
injetada no coletor de admissão foi feita através do modulador de freqüência de
abertura e fechamento do bico injetor. Os ajustes de vazão de gasolina
obedeciam às relações entre vazões de álcool e gasolina definidas na Tab. 3.2.
Após cada ajuste de freqüência de abertura/fechamento do injetor a vazão era
verificada através da coleta de gasolina por 10 s na proveta graduada de 25 ml.
Sendo assim, a cada ajuste era realizada uma tentativa de partida com o motor
frio e temperatura ambiente entre 20º C e 30º C. As temperaturas do líquido de
arrefecimento e óleo do motor estavam em equilíbrio com a temperatura
ambiente. A vazão de ar era a mesma vazão determinada para a partida para
uma combustão completa do combustível, ou seja, o excesso de álcool e
gasolina em relação às quantidades de ar determinadas na Tab. 3.2 tornou a
mistura rica. A mistura rica é uma condição para a partida a frio do motor. O
objetivo do ajuste era obter um menor tempo de partida e continuidade do
funcionamento do motor. A Tab. 4.1 mostra a seqüência de ajustes de vazão
de gasolina obedecendo a proporcionalidade da relação entre álcool e
gasolina. O motor era considerado em funcionamento quando o mesmo atingia
uma velocidade rotacional de 600 rpm (10 rev/s). Os resultados apresentados
na Tab. 4.1 conduzem ao ajustes das vazões de gasolina e álcool para cada
cilindro de 1,20 ml/s e 0,34 ml/s respectivamente.
Tabela 4.1 – Seqüência de ajustes de vazões de gasolina obedecendo a
relação de vazões de álcool e gasolina conforme a Tab. 3.1.
1,15 motor não funcionou
motor funcionou em 2,0 s2,31 e parou de funcionar em
seguidamotor funcionou em 1,0 s
3,46 e manteve o funcionamento
0,34
Observações
0,34 1,20
0,34 0,80
0,40
álcool
gasol
⋅
⋅
∀
∀ ( )smlálcool /⋅
∀ ( )smlgasol /⋅
∀
As quantidades de álcool e gasolina necessárias para o início das acelerações
a frio foram definidas para o bom funcionamento do motor na partida a frio. Por
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 61
praticidade, foi mantida a vazão de 1,20 ml/s de gasolina através do injetor,
pois desta forma não seria necessário um novo ajuste após a partida a frio com
o motor em funcionamento. O desempenho satisfatório no início da aceleração
a frio também permitiu uma redução média de 17% na quantidade de álcool ao
longo de todo o período da aceleração. O sistema de partida a frio com injetor
introduz de forma quase instantânea a gasolina no coletor de admissão, pois a
sua pressão de alimentação é de 1,5 bar, cerca de 3 vezes maior que a do
sistema convencional, além de proporcionar uma pulverização homogênea. A
avaliação do comportamento do motor incluía a partida a frio seguida de uma
aceleração brusca. Para este procedimento a temperatura do líquido de
arrefecimento e do óleo do motor estavam a 25º C, em equilíbrio com a
temperatura ambiente.
4.2.2. – Configuração do Veículo
Os testes de verificação do tempo de partida a frio e de emissões foram
realizados com as seguintes configurações: (1) sistema de partida a frio
convencional e ajuste do sistema de controle do motor de referência; (2)
sistema de partida a frio com injetor e ajuste do controle do motor de
referência; (3) sistema de partida a frio convencional e ajuste do sistema de
controle do motor com menos álcool na aceleração a frio, aqui denominado de
ajuste SPFI (Sistema de Partida a Frio com Injetor); (4) sistema de partida a frio
com injetor e ajuste do controle do motor SPFI. Estas quatro configurações
foram testadas com o veículo desprovido de pré-catalisador e catalisador.
Foram realizados testes de emissões utilizando as configurações 1 e 2 com o
veículo equipado com o pré-catalisador e catalisador principal e com o veículo
equipado apenas com o catalisador principal. Como resultado destas
combinações obteve-se oito configurações diferentes. A Tab. 4.2 mostra as oito
configurações do veículo para os testes de emissões e partida a frio .
O ajuste SPFI é caracterizado por possuir as quantidades de álcool e gasolina
definidas na seção 4.2.1 para a partida a frio e início de acelerações a frio,
respectivamente. Os testes de partida a frio foram realizados juntamente com
os testes de emissões, aproveitando a partida a frio do motor, quando o
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 62
sistema de descarga do veículo estava sem os catalisadores. O pré-catalisador
e o catalisador principal foram envelhecidos simultaneamente 12.000 km.
Tabela 4.2 – Configurações do veículo para os testes de partida a frio e
emissões.
4.2.3 – Testes de Emissões
A determinação das emissões de hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono
(CO), óxidos de nitrogênio (NOx) é feita de acordo com a NBR 6601 e a
determinação de aldeídos de acordo com a NBR 12026. O teste de emissões é
realizado com o veículo simulando uma viagem de percurso médio de
aproximadamente 18 km em área urbana. Este percurso é definido como ciclo
urbano que se define por um gráfico contínuo de velocidade em função do
tempo. Consiste em seqüências não repetidas dos regimes de marcha lenta,
acelerações, velocidade de cruzeiro e desacelerações em magnitudes e
combinações variadas. Para garantir esta simulação, a tolerância na
velocidade, em qualquer instante no ciclo de condução, é definida por dois
limites, um inferior e outro superior. O teste consiste na partida do motor e na
operação do veículo em um dinamômetro de chassi, através de um ciclo de
condição específica. O teste completo é formado por dois ciclos, sendo um
ciclo de 12,1 km com partida a frio e o outro ciclo com 5,8 km com partida a
quente. O resultado da medição das emissões é a média ponderada entre os
dois ciclos, representando assim uma viagem com percurso de 18 km. Entre as
duas partes do teste (partida a frio e a quente) existe um intervalo, no qual o
veículo permanece sobre o dinamômetro de chassi por 10 minutos, com o capô
do veículo fechado.
O teste de partida a frio tem a duração de 1371 s e é subdividido em 2 partes.
A primeira inicia-se no instante em que o motor é acionado a frio, denominada
Fase I (fase transitória da partida a frio), onde o veículo simula um percurso de
aproximadamente 5,8 km. A Fase I termina no final da desaceleração que é
programada para ocorrer aos 505 s contados do início do ciclo. A segunda
parte inicia-se imediatamente após a Fase I, sem interrupção do
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 63
funcionamento do motor, e é denominada de Fase II (fase estabilizada),
consistindo na conclusão do ciclo, incluindo o desligamento do motor. A Fase
III que é o teste de partida a quente, consiste de um período que representa a
fase quente, e termina com o final da desaceleração aos 505 s. O teste
completo para determinação das emissões no ciclo urbano é composto pelas
Fases I, II e III.
Para avaliação das emissões após a partida a frio e no período de
aquecimento do motor, foi utilizado neste trabalho a primeira fase do ciclo
urbano ( Fase I), denominada “COLD 505”. A Fig. 4.14 mostra como é dividido
o ciclo urbano para determinação das emissões pelo escapamento de um
veículo conforme a Norma NBR 6601 (ABNT, 1995). Neste trabalho foram
também realizados testes para determinação de aldeídos em intervalos de 10
em 10 s e de 50 em 50 s dentro da Fase I (“COLD 505”) do ciclo urbano, para
identificação dos períodos em que as emissões de aldeídos eram mais
acentuadas.
A análise em tempo real de HC, CO e NOx antes e depois dos catalisadores foi
utilizada para determinação da eficiência de conversão dos catalisadores. As
amostras de gases coletadas nos balões foram utilizadas para a determinação
dos resultados de emissões em g/km.
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 64
5,8 km 6,4 km 10 min. 5,8 km
505 s 866 s 600 s 505 s
FASE I FASE II INTERVALO FASE IIIkmh
100
50
Tempo
Distância total:18,0 kmTempo total: 2.478 seg.
5,8 km 6,4 km 10 min. 5,8 km
505 s 866 s 600 s 505 s
FASE I FASE II INTERVALO FASE IIIkmh
100
50
Tempo
Distância total:18,0 kmTempo total: 2.478 seg.
Fig. 4.14 – Representação do ciclo urbano para determinação das emissões
pelo escapamento de um veículo conforme a NBR 6601
4.2.4 – Execução dos Testes de Emissões e Tempo de Partida a Frio
Foram realizados testes utilizando o ciclo urbano completo de emissões e
utilizando a parte do ciclo urbano com partida a frio (“COLD 505”). O veículo
era submetido ao pré-condicionamento, que consiste na execução de um ciclo
urbano completo no prazo de 12 a 36 horas antes do teste de emissões. Neste
período de 12 a 36 horas o veículo permanecia estacionado em uma sala de
ambientação com temperatura entre 20 e 30º C, que é a mesma faixa de
temperatura exigida para o ambiente do teste de emissões com partida a frio.
Desta forma pode-se avaliar os níveis de emissões após a partida a frio e no
período de aquecimento do motor, além do tempo de partida a frio. As
velocidades para troca de marchas utilizadas nos testes foram as seguintes:
de 1ª para 2ª marcha – 22 km/h; de 2ª para 3ª marcha – 44 km/h; de 3ª para 4ª
marcha – 62 km/h; de 4ª para 5ª marcha – 82 km/h.
Foram realizados três testes “COLD 505” para cada configuração (Tab. 4.2) e
dois testes com o ciclo urbano completo para as configurações do veículo
utilizando pré-catalisador e catalisador principal. Os resultados apresentados
Capítulo 4 - Metodologia Experimental 65
no Capítulo 5 representam a média obtida para os testes com cada
configuração.
Capítulo 5 - Resultados 66
CAPÍTULO 5
RESULTADOS
Neste capítulo são apresentados os resultados dos testes experimentais
realizados para determinação do tempo de partida a frio, determinação das
emissões pela exaustão e avaliação da aceleração a frio do veículo a álcool
hidratado. Os resultados são apresentados em forma de tabelas e gráficos
comparando as configurações testadas. Os testes de emissões foram
realizados seguindo o ciclo “COLD” 505 e também o ciclo urbano completo,
ambos descritos no Cap. 4.
5.1 – Testes para Determinação dos Tempos de Partida a Frio
Os testes para determinação dos tempos de partida a frio foram realizados
com as configurações 1, 2, 3 e 4, que possuíam o sistema de exaustão do
veículo desprovido de pré-catalisador e catalisador principal, conforme descrito
na Seção 4.2.4. Nestes testes a temperatura do motor estava em equilíbrio
com a temperatura ambiente. O veículo foi submetido ao pré-condicionamento,
que consiste na execução de um ciclo urbano completo no período de 12 a 36
horas antes do teste de emissões. Neste período de pré-condicionamento o
veículo permanecia estacionado em uma sala com temperatura entre 20 e 30º
C, que é a mesma faixa de temperatura exigida para o ambiente do teste de
emissões com partida a frio. O tempo de partida para cada configuração foi
definido como o tempo necessário para o motor atingir a rotação de 600 rpm.
Os tempos de partida para cada configuração representam a média de 3
testes, e são mostrados na Fig 5.1.
Capítulo 5 - Resultados 67
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Tempo ( s )
Vel
oci
dad
e ro
taci
on
al (r
pm
)
Ajuste Ref.- Part. Frio injetor (2)Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)Ajuste Ref.-Part. Frio Conv.(1)Ajuste SPFI-Part. Frio Conv. (3)
Figura 5.1-Comparativo dos tempos de partida a frio das quatro configurações.
A configuração 4 mostrou um menor tempo de partida que a configuração 1,
inferior em 31,11%, e um desvio padrão 80,76% menor que o desvio padrão
verificado para o tempo de partida da configuração 1. Isto significa que, além
de se obter uma diminuição no tempo de partida a frio, os valores com a
configuração 4 foram mais repetitivos. Com a pulverização da gasolina a uma
pressão mais elevada obteve-se uma distribuição mais uniforme do
combustível entre os cilindros, o que explica os resultados obtidos. No sistema
de partida a frio convencional existe a possibilidade do esvaziamento parcial
da linha de alimentação de gasolina, em função de perdas por evaporação ou
retorno da gasolina para o reservatório. Como o sistema com injetor possui
uma galeria de combustível junto ao injetor, este problema é minimizado e
normalmente no momento da partida do motor a frio existe gasolina disponível
para injeção. A configuração 2 em relação à configuração 1 também
apresentou melhoria de 24,44% no tempo de partida e um desvio padrão
menor 61,51%, demonstrando a influência isolada do injetor. Observa-se que
nas configurações em que o sistema de partida a frio com injetor foi
comparado com o sistema convencional o tempo de partida a frio foi menor e o
funcionamento pós partida, analisado através do aumento de rotação, também
foi mais satisfatório. A configuração 3 apresentou um tempo de partida próximo
ao da configuração 1, pois ambas utilizaram o sistema de partida a frio
convencional. Os tempos de partida de cada teste, juntamente com as médias
e desvios padrões, são mostrados na Tab. A.1 do Apêndice A.
Capítulo 5 - Resultados 68
5.2 – Avaliação das Acelerações a Frio
Além do tempo de partida foi analisado o funcionamento do motor quando
submetido a uma aceleração a frio com carga. Este comportamento foi
avaliado durante as primeiras acelerações no ciclo de emissões, quando a
temperatura do líquido de arrefecimento ainda estava entre 20 e 30º C. Nesta
condição a gasolina é introduzida no coletor de admissão no início de cada
aceleração, para auxiliar na dirigibilidade com o motor frio. Na Fig. 5.2 pode-se
observar que, no início da aceleração ocorre uma diminuição momentânea da
rotação em função do empobrecimento repentino da mistura com a abertura da
borboleta. A recuperação da aceleração depende principalmente da resposta
do sistema de injeção e da quantidade de combustível. Nesse caso a
consistência do início da aceleração depende também da introdução de
gasolina no coletor de admissão. O veículo, mesmo com a configuração 4, que
possuía um ajuste do sistema de controle do motor caracterizado por uma
diminuição da quantidade de álcool em torno de 17% para as acelerações a
frio, comportou-se praticamente da mesma forma que as outras três
configurações, sem falhas ou dificuldade em atingir as velocidades
necessárias para acompanhar o ciclo de emissões.
Ressalta-se que a configuração 3 utilizou o sistema de partida a frio
convencional, e a configuração 4 o sistema com injetor. Porém, com a
configuração 3 observou-se uma queda da rotação no final da primeira
aceleração, podendo significar uma ausência de combustível para sustentar a
aceleração, ou seja, o sistema de partida a frio convencional pode não ter
fornecido gasolina suficiente para compensar a diminuição de álcool do ajuste
“SPFI”. Desta forma, demonstra-se que o sistema de partida a frio com injetor,
mesmo proporcionando vazão de combustível 66,67% menor que a do sistema
de partida a frio convencional, permite um início de aceleração a frio
consistente, proporcionado pela homogeneidade da pulverização e resposta
mais rápida em função da maior pressão e melhor distribuição e
aproveitamento da gasolina entre os cilindros. A maior quantidade de gasolina
utilizada pelo sistema a frio convencional pode ser prejudicial em termos de
emissões. Esta mesma consideração se aplica principalmente à configuração
1, que além de possuir uma vazão maior de gasolina, possui também uma
Capítulo 5 - Resultados 69
quantidade maior de álcool durante a aceleração a frio.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Tempo ( s )
Vel
oci
dad
e R
ota
cio
nal
(r
pm
)
Ajuste Ref.- Part. Frio injetor (2)
Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv.(1)Ajuste SPFI-Part. Frio Conv. (3)
Figura 5.2 – Comparativo da aceleração a frio com carga
5.3 – Testes de Emissões
5.3.1 – Resultados de Emissões nas Configurações 1, 2, 3 e 4
Os testes de emissões nas configurações 1, 2, 3 e 4 foram realizados para
avaliar os resultados sem a influência do pré-catalisador e catalisador principal.
As Figs. 5.3 e 5.4 mostram o comportamento das emissões de HC e CO ao
longo de todo ciclo de emissões “COLD 505”, evidenciando que as diferenças
estão concentradas na partida a frio e, principalmente, nas acelerações a frio.
No restante do ciclo o comportamento das emissões das duas configurações é
praticamente o mesmo, pois não existem diferenças de ajuste da quantidade
de álcool ou introdução de gasolina. Os resultados de emissões do ciclo
“COLD 505” das configurações 1, 2, 3 e 4 estão relacionados na Tab. A .1 do
Apêndice A.
Capítulo 5 - Resultados 70
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo ( s )
HC
/ H
C t
ota
al (
%) Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv. (1)
Figura 5.3 – Emissões de HC das configurações sem catalisadores em
termos do percentual do total da concentração no “COLD 505”.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo ( s )
CO
/ C
O t
ota
l (%
) Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv. (1)
Figura 5.4 – Emissões de CO das configurações sem catalisadores em termos
do percentual do total da concentração no “COLD 505”.
Nas Figs 5.5 e 5.6 tomando como base a configuração 1 verificou-se que as
demais configurações apresentaram melhores resultados de HC e CO. A Fig.
5.5 mostra que a configuração 2 emitiu concentrações menores de HC e CO
menores que a configuração 1, respectivamente 0,73% e 3,30%. Este
resultado pode ser atribuído isoladamente à introdução de gasolina pelo injetor
na configuração 2 e à menor quantidade de gasolina injetada, já que as duas
configurações utilizaram o mesmo ajuste do sistema de injeção (referência).
Na configuração 2 utilizou-se menor quantidade de gasolina na partida a frio e
no início das acelerações a frio. Além disso, o tempo de partida a frio foi
menor 24,44%, proporcionando uma diminuição de combustível não queimado.
Capítulo 5 - Resultados 71
A configuração 3 apresentou emissões de HC 3,09% menores que a
configuração 1, e 10,80% menos emissões de CO (Figs. 5.5 e 5.6). Neste
caso, a diferença entre as configurações 1 e 3 foi a utilização do ajuste SPFI
na configuração 3, lembrando que este ajuste é caracterizado pela menor
quantidade de álcool nas acelerações a frio. Como ambas utilizaram o sistema
de partida a frio convencional, o tempo de partida a frio de ambas foi próximo.
Logo, a diferença pode ser atribuída ao ajuste do sistema de injeção nas
acelerações a frio.
A configuração 4 apresentou os melhores resultados de HC e CO em relação
a configuração 1, com níveis de emissões respectivamente 8,58% e 17,18%
menores (Figs. 5.5 e 5.6). Estes resultados podem ser justificados
principalmente pela combinação de dois fatores na configuração 4: a utilização
do sistema de partida a frio com injetor e o ajuste SPFI. Todos os resultados
estão coerentes com os estudos realizados e apresentados no Capítulo 2. As
principais causas de emissões de HC no período de aquecimento do motor é a
grande quantidade de hidrocarbonetos não queimados que se acumulam nas
fendas e paredes frias da câmara de combustão. Desta forma, diminuindo-se a
quantidade de gasolina e ou álcool na mistura ar/combustível, torna-se
possível a redução de emissões de HC no período de aquecimento do motor.
A redução das emissões de CO depende também do empobrecimento da
mistura.
1,780
1,679
1,823 1,837
1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00
1 2 3 4 Configurações
HC (g
/km)
Figura 5.5 – Média das emissões de HC das configurações 1, 2, 3 e 4 no ciclo
“COLD 505”.
Capítulo 5 - Resultados 72
8,7978,507
7,847
7,286
5,00
5,50
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
8,50
9,00
1 2 3 4
Configurações
CO
(g
/km
)
Figura 5.6 – Média das emissões de CO das configurações 1, 2, 3 e 4 no ciclo
“COLD 505”.
A Fig. 5.7 mostra o comparativo dos valores da razão de equivalência
combustível/ar (φ) das configurações 1 e 4 nos primeiros 60 segundos do ciclo
“COLD 505”. Assim, pode ser visualizado principalmente o empobrecimento da
mistura da configuração 4 em relação à configuração 1 no período de
acelerações a frio. Em média os valores da razão de equivalência
combustível/ar neste período crítico para emissões de HC e CO foi de 1,04
para configuração 4 e 1,22 para configuração 1. Estes valores expressos como
razão de equivalência ar/combustível (λ) seriam 0,96 para configuração 4 e
0,82 para configuração 1.
As Figs. 5.8 e 5.9 mostram o comportamento das emissões de HC e CO nos
60 segundos iniciais do ciclo “COLD 505” nas configurações 1 e 4. Nas figuras
evidencia-se principalmente o efeito do empobrecimento da mistura
combustível/ar no período das acelerações a frio com carga aplicada ao motor,
explicando parcialmente os menores níveis de emissões com a configuração 4.
Capítulo 5 - Resultados 73
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tempo ( s )
φφ
Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv.(1)
Figura 5.7 - Comparativo dos valores da razão de equivalência
combustível/ar (φ).
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60Tempo ( s )
% d
o t
ota
l de
HC
Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv. (1)
Figura 5.8 – Emissões de HC das configurações sem catalisadores nos 60 s
iniciais em termos do percentual do total da concentração no “COLD 505” .
Capítulo 5 - Resultados 74
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60Tempo ( s )
CO
/ C
O to
tal (
%)
Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv. (1)
Figura 5.9 – Emissões de CO das configurações sem catalisadores nos 60 s
iniciais em termos do percentual do total da concentração no “COLD 505” .
O resultado obtido para as emissões de aldeídos (Fig. 5.10) não apresentaram
diferenças significativas como os resultados de HC e CO (Figs 5.5 e 5.6). As
emissões de aldeídos ocorrem também de forma acentuada (cerca de 70% do
total do “COLD 505”) quando o motor encontra-se aquecido, conforme
ilustrado na Fig. 5.11. Nos estudos realizados por Ito e Kurata (1985), os
pesquisadores analisaram a formação de aldeídos nos gases da combustão do
etanol a partir da combinação do etanol não queimado (C2H2OH) com os
óxidos de nitrogênio (NOx). Comparando o diagrama da Fig. 5.12, que mostra
o comportamento das emissões de NOx das configurações 1 e 4, com o
diagrama da Fig. 5.11, verifica-se a relação entre NOx e aldeídos após os 50
segundos iniciais. A grande concentração de aldeídos nos 50 segundos iniciais
pode ser explicada pela elevada concentração de hidrocarbonetos não
queimados, disponíveis no período pós combustão, conforme os estudos de
Browing e Pefley (1977a; 1977b). Na Fig. 5.5 o diagrama do comportamento
das emissões de HC confirma a grande presença de hidrocarbonetos não
queimados no início de funcionamento a frio do motor. No caso das quatro
configurações testadas, o veículo estava desprovido do pré-catalisador e
catalisador principal, minimizando o efeito da alteração da razão de
equivalência combustível/ar processada no período de aquecimento do motor,
ou seja, dentro dos 50 segundos iniciais.
Capítulo 5 - Resultados 75
0,349 0,346 0,3420,341
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
1 2 3 4
Configurações
Ald
eíd
os
(g
/km
)
Figura 5.10 – Média das emissões de Aldeídos das configurações 1, 2, 3 e 4
no ciclo “COLD 505”.
29,4
14,3
9,5 10,3
12,4
1,7 1,3
16,7
7,5 7,2
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
50
100
150
200
250
300 350
400
450
500
Tempo (s)
Ald
eíd
os
/ Ald
eíd
os
tota
l(%
)
Aldeídos totais
Figura 5.11 – Emissões de aldeídos da configuração 4 em termos percentuais
da concentração total no ciclo “COLD 505”.
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Tempo ( s )
NO
x /
NO
x to
tal
(%)
Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv. (1)
Figura 5.12 – Emissões de NOx das configurações sem catalisadores em
termos do percentual do total da concentração no “COLD 505” .
Capítulo 5 - Resultados 76
Quando se compara as emissões de aldeídos nestes primeiros 50 segundos,
verifica-se uma diminuição na concentração de 9,4% da configuração 4 em
relação a configuração 1, conforme mostrado na Fig. 5.13. Este resultado da
configuração 4 é uma conseqüência da menor quantidade de hidrocarbonetos
não queimados, em função do menor tempo de partida a frio, da diminuição da
quantidade de álcool durante as acelerações a frio e do valor da razão de
equivalência combustível/ar (Ô), em média 1,04, próximo da faixa de menores
níveis de emissões de aldeídos, ou seja de 0,9 a 1,0 (Fig. 2.5).
4,771
4,325
3,50
4,00
4,50
5,00
1 4
Configurações
Ald
eíd
os
(p
pm
)
Figura 5.13 – Emissões de Aldeídos nos 50 segundos iniciais do ciclo “COLD
505” das configurações 1 e 4.
As emissões de NOx, conforme mostra a Fig. 5.14, praticamente não
apresentaram diferenças ao se comparar as emissões das configurações 1, 2,
3 e 4, pois nos 50 segundos iniciais os níveis são irrelevantes se comparados
com CO e HC. Grande parte das emissões deste poluente ocorrem após este
período (Fig. 5.12), minimizando o efeito das alterações realizadas. Porém, se
analisados somente os 60 segundos iniciais é possível verificar que o
empobrecimento da mistura proporcionou um pequeno aumento nas emissões
de NOx, ( Fig 5.15).
Capítulo 5 - Resultados 77
1,340 1,3261,320 1,357
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1 2 3 4
Configurações
NO
x (
g/k
m)
Figura 5.14 – Média das emissões de NOx das configurações 1, 2, 3 e 4 no
ciclo “COLD 505”.
0,0000,0050,0100,0150,0200,0250,0300,0350,0400,0450,050
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60Tempo ( s )
NO
x / N
Ox
tota
l (%
)
Ajuste SPFI-Part. Frio injetor (4)
Ajuste Ref.-Part. Frio Conv. (1)
Figura 5.15 – Emissões de NOx das configurações sem catalisadores nos 60 s
iniciais em termos do percentual do total da concentração no “COLD 505” .
Capítulo 5 - Resultados 78
5.4 –Resultados de Emissões das Configurações 5, 6, 7 e 8
Os testes de emissões das configurações 5, 6, 7 e 8 foram realizados para
comparar o efeito do pré-catalisador e catalisador principal nos resultados do
ciclo “COLD 505” e também no ciclo urbano completo, conforme a Norma NBR
6601 (ABNT 1995). A configuração 5 era caracterizada pelo ajuste do sistema
de injeção de “Referência” e a configuração 6 pelo ajuste do sistema de
injeção SPFI. Nos testes realizados no ciclo “COLD 505” verificou-se que as
emissões de HC, CO e aldeídos com a configuração 6 foram ainda melhores
que os testes realizados sem o pré-catalisador e catalisador, em relação a
configuração 5. Isto pode ser atribuído à eficiência dos catalisadores,
principalmente ao pré-catalisador, cuja eficiência de conversão tem início em
torno dos 50 segundos após a partida a frio. Assim, a maior parte das
emissões concentram-se dentro do período no qual foram realizadas
alterações nas configurações. Desta forma, as alterações representam um
efeito maior no resultado final do “COLD 505” quando utiliza-se o pré-
catalisador e o catalisador. As Figs 5.16 a 5.19 mostram que a configuração 6
apresenta melhorias em relação à configuração 5 de 29,22%, 50,19% e
10,46% para HC, CO e aldeídos, respectivamente. Por outro lado, o pequeno
aumento de NOx proporcionado pela configuração 4 nas acelerações a frio
(Fig. 5.15) gerou também um efeito maior no resultado final do “COLD 505”
com a configuração 6 em função do início da eficiência do catalisador. Como
conseqüência, a maior parte da concentração de NOx situou-se no período em
que foram realizadas alterações que caracterizaram as configurações. Este
mesmo argumento é válido para os resultados obtidos com as configurações 7
e 8 no ciclo “COLD 505”. Neste caso a influência isolada do catalisador
manteve praticamente as diferenças de resultados proporcionadas pela
utilização do pré-catalisador. Com a configuração 8 os níveis de HC, CO e
aldeídos foram menores 27,81%, 57,33% e 10,65% respectivamente. O efeito
da utilização isolada do catalisador também gerou um aumento nas emissões
de NOx .
Com as configurações 5, 6, 7 e 8 também foram realizados testes de emissões
no ciclo urbano da Norma NBR 6601 (ABNT,1995), como mostra as Figs. 5.20
a 5.23. Verifica-se que os resultados de emissões de HC, CO e aldeídos da
Capítulo 5 - Resultados 79
configuração 6 em relação a configuração 5 continuam mostrando menores
concentrações. No entanto, o resultado de NOx da configuração 6 melhorou
em 14% em relação a configuração 5, podendo ser explicado pela participação
das Fases II e III (motor aquecido) no resultado final do ciclo urbano. Nestas
fases a emissão de NOx é muito maior que no “COLD 505” (Fase I). Verifica-
se que os resultados apresentaram menores emissões de HC, CO e aldeídos
na configuração 8 em relação à configuração 7. O inverso ocorreu para as
emissões de NOx , provavelmente em função das variações das Fases II e III
do ciclo urbano.
1,837
0,517
0,935
0,730 0,675
1,679
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
1 4 5 6 7 8
Configurações
HC
(g
/km
)
Figura 5.16 – Média dos resultados de emissões de HC no ciclo “COLD 505”
das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8.
8,797
7,286
3,375
1,440 1,780
3,573
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00
1 4 5 6 7 8
Configurações
CO
(g
/km
)
Figura 5.17 – Média dos resultados de emissões de CO no ciclo “COLD 505”
das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8.
Capítulo 5 - Resultados 80
1,340 1,326
0,130 0,165
0,070 0,097 0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1 4 5 6 7 8
Configurações
No
x (
g/k
m)
Figura. 5.18 – Média dos resultados de emissões de NOx no ciclo “COLD 505”
das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8.
0,0869 0,0972 0,0397 0,0443
0,342 0,349
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1 4 5 6 7 8
Configurações
Ald
eíd
os
(g/k
m)
Figura 5.19 – Média dos resultados de emissões de Aldeídos no ciclo “COLD
505” das configurações 1, 4, 5, 6, 7 e 8.
Capítulo 5 - Resultados 81
0,2495
0,1695
0,1150
0,1645
0,00
0,10
0,20
0,30
5 6 7 8
Configurações
HC
(g
/km
)
Figura 5.20 – Média dos resultados de emissões de HC no ciclo urbano da
NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8.
0,7565 0,7030
0,3945 0,3075
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
5 6 7 8
Configurações
CO
(g
/km
)
Figura 5.21 – Média dos resultados de emissões de CO no ciclo urbano da
NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8.
Capítulo 5 - Resultados 82
0,221 0,146 0,125 0,206
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
5 6 7 8
Configurações
NO
x (
g/k
m)
Figura 5.22 – Média dos resultados de emissões de NOx no ciclo urbano da
NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8.
0,011
0,0225
0,018
0,008
0,00
0,01
0,02
0,03
5 6 7 8
Configurações
Ald
eíd
os
(g
/km
)
Figura 5.23 – Média dos resultados de emissões de aldeídos no ciclo urbano
da NBR 6601 das configurações 5, 6, 7 e 8.
Capítulo6 - Conclusões 83
CAPÍTULO 6
CONCLUSÕES
Neste capítulo são apresentadas as conclusões obtidas dos resultados dos
testes experimentais realizados neste trabalho. Também são feitas sugestões
para trabalhos futuros.
6.1 – Tempo de Partida a Frio
• Os resultados mostraram que, nas configurações onde foi utilizado o
sistema de partida a frio com injetor, ocorreu uma diminuição do tempo
de partida a frio em relação ao sistema de partida a frio convencional.
Além do menor tempo de partida, o sistema de partida a frio com injetor
apresentou resultados mais repetitivos, ou seja, com desvio padrão
menor que o sistema convencional. O funcionamento do sistema de
partida a frio com injetor é mais previsível devido aos aspectos
operacionais e construtivos, como pressão de alimentação de gasolina,
pulverização e galeria de combustível. A galeria de combustível onde se
aloja o injetor minimiza o efeito do esvaziamento da tubulação de
gasolina. Com isto, o sistema de partida a frio com injetor exerce menor
influência nas variações dos resultados de emissões.
6.2 – Acelerações a frio
• Não houve diferença significativa no comportamento do veículo nas
acelerações a frio com carga aplicada ao motor, dentre as
configurações testadas, com exceção da configuração 3, que
Capítulo6 - Conclusões 84
apresentou uma pequena falha no final da primeira aceleração a frio.
Porém, a menor quantidade de gasolina introduzida de forma
pulverizada, proporcionou menores níveis de emissões. Estes
resultados poderiam ser ainda melhores se a vazão do injetor de
gasolina pudesse ser controlada de forma proporcional à abertura da
borboleta durante toda aceleração a frio. Desta forma, a redução da
quantidade de álcool neste período poderia ser maior que 17%,
melhorando ainda mais os resultados de HC e aldeídos, através do
melhor aproveitamento das propriedades físico-químicas da gasolina
para a combustão. Ficou demonstrado que o sistema de partida a frio
com injetor, mesmo proporcionando uma vazão 66,67% menor que a do
sistema de partida a frio convencional, permitiu um início de aceleração
a frio consistente, proporcionado pela homogeneidade da pulverização
e resposta mais rápida em função da maior pressão.
6.3 – Resultados de Emissões
• A utilização do sistema de partida a frio com injetor proporcionou
emissões reduzidas de HC, CO e aldeídos em todas as situações nas
quais foi utilizado. Os menores e mais constantes tempos de partida
com menor quantidade de gasolina introduzida no coletor resultaram em
níveis menores destes poluentes no início do funcionamento a frio. Um
tempo de partida menor diminuiu a quantidade de combustível não
queimado nas fendas e paredes frias da câmara de combustão e no
sistema de exaustão do motor, minimizando a formação de HC e
aldeídos. A menor quantidade de gasolina e a melhor distribuição entre
os cilindros proporcionada pela pulverização a uma pressão maior do
sistema de partida a frio com injetor também contribuiu para a
diminuição do CO. A diminuição da quantidade de álcool na mistura
combustível/ar foi o fator predominante na redução das emissões de
HC, CO e aldeídos. Desta forma a razão de equivalência combustível/ar
(Ô) foi em média de 1,04 durante as acelerações a frio.
• Quando se utilizam catalisadores, a redução das emissões de HC, CO e
aldeídos são ainda maiores com a utilização do sistema de partida a frio
Capítulo6 - Conclusões 85
com injetor e ajuste com menor quantidade de álcool nas acelerações a
frio. Como a conversão do pré-catalisador tem início em torno dos 50
segundos após a partida a frio, a influência do sistema com injetor e do
novo ajuste torna-se mais evidente, pois a maior parte das emissões
concentram-se dentro do período no qual foram realizadas alterações
nas configurações. Desta forma as alterações representam um efeito
maior no resultado final do “COLD 505” e ciclo urbano da NBR 6601.
No caso do HC, comparando os resultados das configurações 4 e 1 no
ciclo “COLD 505”, onde o veículo era desprovido do pré-catalisador e
catalisador principal, a redução foi de 8,58%. Porém, quando foram
utilizados os dois catalisadores, esta redução passou para 29,22%.
Comparando as emissões de aldeídos da configuração 4 com a
configuração 1 sem os catalisadores, a redução foi de apenas 2,20%.
Entretanto, quando o sistema de exaustão do motor foi composto pelos
catalisadores esta redução passou para 10,46%.
• Houve um pequeno aumento das emissões de NOx, em função
principalmente do empobrecimento da mistura nas acelerações a frio.
Porém, o aumento observado não é preocupante, pois na fase de
aquecimento do motor não existe grande concentração deste poluente.
• Os resultados de emissões obtidos com a configuração 6, que
combinou a utilização do sistema de partida a frio, ajuste do sistema de
injeção com menos álcool nas acelerações a frio e sistema de exaustão
do motor com pré-catalisador e catalisador principal, são compatíveis
com os novos limites de emissões sugeridos para a Fase IV no Brasil.
• Os resultados experimentais obtidos neste trabalho concordam e são
coerentes com os trabalhos estudados na revisão bibliográfica.
6.4 – Sugestões para Trabalhos Futuros
• Estudo do melhor posicionamento do injetor do sistema de partida a frio
em função da análise fluidodinâmica do coletor de admissão, e a
especificação de um injetor ideal para esta aplicação.
Capítulo6 - Conclusões 86
• Avaliação e determinação das quantidades de álcool e gasolina para
partidas e funcionamento a temperaturas inferiores a 20º C,
principalmente a temperaturas menores que 13º C, onde a combustão
do álcool é mais difícil de ocorrer.
• Desenvolvimento de um sistema de partida a frio com o injetor sendo
comandado diretamente pela central eletrônica do veículo,
possibilitando um ajuste da vazão de gasolina de forma proporcional a
abertura da borboleta, carga aplicada ao motor e temperatura do motor.
Desta forma, seria possível um melhor aproveitamento dos benefícios
das propriedades físico-químicas da gasolina no funcionamento a frio do
motor a álcool.
• Combinação da utilização do sistema de partida a frio com injetor com
alterações geométricas do motor a álcool, como taxa de compressão
mais elevada que a do motor utilizado neste trabalho (11,4:1).
APÊNDICE A
TABELAS DE RESULTADOS
Tabela A.1 – Resultados de Emissões e Tempo de Partida a Frio das
configurações 1, 2, 3 e 4 no Ciclo “COLD 505” – Veículo sem Pré-Catalisador e
Catalisador .
Tabela A.2 – Resultados de Emissões das Configurações 5 e 6 no Ciclo
“COLD 505” - Veículo com Pré-Catalisador e Catalisador.
HC CO NOx Aldeídos
0,740 3,900 0,040 0,0454 Veículo com pré-catalisador e catalisador
0,670 2,900 0,090 0,0458 Sistema de partida a frio convencional (5)
0,780 3,920 0,080 0,0417 Ajuste do sistema de injeção do motor de Referência
0,730 3,573 0,070 0,0443 MÉDIA
0,056 0,583 0,026 0,0023 DESVIO PADRÃO
0,510 1,750 0,080 0,0390 Veículo com pré-catalisador e catalisador
0,540 1,850 0,090 0,0410 Sistema de partida a frio com injetor (6)
0,500 1,740 0,120 0,0390 Ajuste do sistema de injeção do SPFI
0,517 1,780 0,097 0,0397 MÉDIA
0,021 0,061 0,021 0,0012 DESVIO PADRÃO
29,224 50,187 -38,095 10,459 %diferença das médias
62,612 89,570 21,320 48,919 %diferença dos desvios padrões
EMISSÕES "COLD 505" (g/km)CONFIGURAÇÃO
Tabela A.3 – Resultados de Emissões das Configurações 7 e 8 no Ciclo
“COLD 505” - Veículo com Catalisador.
Apêndice A – Tabelas de Resultados 88
HC CO NOx Aldeídos
0,960 3,910 0,150 0,0916 Veículo com catalisador. Partida a frio convencional.
0,910 2,840 0,110 0,1028 Ajuste do sistema de injeção do motor de referência. (7)
0,935 3,375 0,130 0,0972 MÉDIA
0,035 0,757 0,028 0,0079 DESVIO PADRÃO
0,670 1,320 0,140 0,0861 Veículo com catalisador. Partida a frio com injetor.
0,680 1,560 0,190 0,0876 Ajuste do sistema de injeção do motor SPFI. (8)
0,675 1,440 0,165 0,0869 MÉDIA
0,007 0,170 0,035 0,0011 DESVIO PADRÃO
27,807 57,333 -26,923 10,648 %diferença das médias
80,000 77,570 -25,000 86,607 %diferença dos desvios padrões
EMISSÕES "COLD 505" (g/km)CONFIGURAÇÃO
Tabela A.4 – Resultados de Emissões das Configurações 5 e 6 no Ciclo
Urbano NBR 6601 - Veículo com Pré-Catalisador e Catalisador.
HC CO NOX ALDEÍDOS
0,156 0,687 0,141 0,010
0,173 0,826 0,150 0,012
0,1645 0,7565 0,1455 0,0110
0,01202 0,09829 0,00636 0,00141
0,117 0,393 0,113 0,008
0,113 0,396 0,137 0,008
0,1150 0,3945 0,1250 0,0080
0,00283 0,00212 0,01697 0,00000
30,09 47,85 14,09 27,27 % diferença das Médias
76,47 97,84 -166,67 100,00 % diferença Desvio Padrão
Média
Desvio Padrão
Média
Desvio Padrão
6
Emissões (g/km)
Ciclo Urbano NBR 6601 CONFIGURAÇÃO
5
Apêndice A – Tabelas de Resultados 89
Tabela A.5 – Resultados de Emissões das Configurações 7 e 8 no Ciclo
Urbano NBR 6601 - Veículo com Catalisador.
Apêndice A – Tabelas de Resultados 90
HC CO NOX ALDEÍDOS
0,259 0,674 0,198 0,022
0,240 0,732 0,213 0,023
0,2495 0,7030 0,2055 0,0225
0,01344 0,04101 0,01061 0,00071
0,166 0,281 0,220 0,018
0,173 0,334 0,222 0,018
0,1695 0,3075 0,2210 0,0180
0,00495 0,03748 0,00141 0,00000
32,06 56,26 -7,54 20,00 % diferença das Médias
63,16 8,62 86,67 100,00 % diferença Desvio Padrão
Emissões (g/km)
Ciclo Urbano NBR 6601 CONFIGURAÇÃO
7
Média
Desvio Padrão
Média
Desvio Padrão
8
91
APÊNDICE B
ANÁLISE DE INCERTEZAS
• Testes de Emissões de Poluentes
A incerteza nas leituras dos poluentes HC, CO e NOx é especificada pelo
fabricante dos analisadores como sendo 0,5%. Para o cálculo da incerteza
máxima das medições foram utilizados os resultados de emissões da
configuração 1, em g/fase.
%5,0⋅±= HCFIHCF (B.1)
fasegIHCF
IHCF
/053,0
005,060,10
±=⋅±=
%5,0⋅±= COFICOF (B.2)
fasegICOF
ICOF
/25,0
005,036,50
±=⋅±=
%5,0⋅±= FNOFINO xx (B.3)
fasegFINO
FINO
x
x
/04,0
005,071,7
±=⋅±=
Onde:
COF - concentração total de CO na fase COLD 505 (g/fase)
HCF - concentração de total HC na fase COLD 505 (g/fase)
FNOx - concentração total de NOx na fase COLD 505 (g/fase)
ICOF - incerteza de leitura de CO (g/fase)
IHCF - incerteza de leitura de HC (g/fase)
FINOx - incerteza de leitura de NOx (g/fase)
Apêndice B – Análise de Incertezas 92
A incerteza máxima da distância registrada pelo equipamento é de %1,0± .
Logo, a incerteza da distância, )(kmId é dada por:
%1,0⋅= dId (B.4)
kmId
Id
006,0
001,076,5
=⋅=
• Incerteza Máxima das Emissões de HC
A incerteza máxima da concentração de hidrocarbonetos medidos, em g/km,
deve considerar as incertezas acumuladas de leitura do poluente e da
distância. Utilizando a metodologia de Kline e McClintock (1953):
d
HCFHC = (B.5)
22
⋅
∂∂
+
⋅
∂∂
±= Idd
HCIHCF
HCF
HCIHC (B.6)
2
2
21
⋅
−+
⋅
±= Id
d
HCFIHCF
dIHC (B.7)
Onde:
HC – concentração de HC emitido (g/km)
IHC – incerteza de medição das emissões de HC (g/km)
Calculando a incerteza máxima:
( )
2
2
2
006,076,5
60,10053,0
76,5
1
⋅
+
×
±=IHC
kmgIHC /009,0±=
O desvio padrão das medições efetuadas é de 0,05 g/km. Logo, a incerteza
total das emissões de HC para a configuração 1 pode ser calculada como:
kmgIT
IT
/05,0
05,0009,0 22
=+=
• Incerteza Máxima das Emissões de CO
Em procedimento similar ao cálculo efetuado para HC, a incerteza máxima das
Apêndice B – Análise de Incertezas 93
emissões de CO é dada pela sequência abaixo.
d
COFCO = (B.8)
22
⋅
∂∂
+
⋅
∂∂
±= Idd
COICOF
COF
COICO (B.9)
2
2
21
⋅
−+
⋅
±= Id
d
COFICOF
dICO (B.10)
Onde:
CO – concentração de CO emitido (g/km)
ICO – incerteza de medição das emissões de CO (g/km)
Calculando a incerteza máxima:
( )
2
2
2
006,076,5
36,5025,0
76,5
1
⋅
+
⋅
±=ICO
kmgICO /044,0±=
O desvio médio das medições efetuadas é de 0,24 g/km. Logo, a incerteza
total das emissões de CO para a configuração 1 pode ser calculada como:
kmgIT
IT
/24,0
24,0044,0 22
=+=
• Incerteza Máxima das Emissões de NOx
O procedimento de cálculo da incerteza máxima dos resultados para NOX é
similar ao adotado para HC e CO.
d
FNONO x
x = (B.11)
22
⋅
∂∂
+
⋅
∂∂
±= Idd
NOFINO
FNO
NOINO x
xx
xx (B.12)
2
2
21
⋅
−+
⋅
±= Id
d
FNOFINO
dINO x
xx (B.13)
Onde:
NOx – concentração de NOx emitido (g/km)
Apêndice B – Análise de Incertezas 94
INOx – incerteza das emissões de NOx (g/km)
Calculando a incerteza máxima:
( )
2
2
2
006,076,5
71,704,0
76,51
⋅
+
⋅
±=xINO
kmgINOx /007,0±=
O desvio médio das medições efetuadas é de 0,02 g/km. Logo a incerteza total
das emissões de NOx para a configuração 1 pode ser calculada como:
kmgIT
IT
/021,0
02,0007,0 22
=+=
• Incerteza Máxima das Emissões de Aldeídos
Os testes de emissões de aldeídos são sensíveis ao modo de condução do
veículo e os valores medidos são muito pequenos. Assim, no Laboratório de
Emissões onde os testes foram executados são realizadas verificações
periódicas por órgãos de homologação, ou sempre que a dispersão das
medições for maior que a especificada para o sistema analisador. A incerteza
máxima da medição de aldeídos, de acordo com estas verificações, é definida
como 8,0% do valor medido. Assim, para o valor médio registrado para a
configuração 1 (0,349 g/km), a incerteza máxima calculada é de ±0,0279 g/km.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• ABNT, 1995, “Veículos Rodoviários Automotores Leves – Determinação
de hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e dióxido
de carbono no gás de escapamento”, ABNT, Norma NBR 6601,
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
• ABNT, 1997, “Veículos Rodoviários Automotores Leves – Determinação
da emissão de aldeídos e cetonas contidas no gás de escapamento, por
cromatografia líquida – Método DNPH”, ABNT, Norma NBR 12026
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
• Amaral, R.A. e Sodré, J.R., 2001,”Aldehyde Emissions from Ethanol-
Fuelled Vehicle as Influenced by Engine Geometric Parameters.” SAE
Technical Paper Series, nº 2001-01-1998, pág. 1-6.
• Amaral, R.A., 2000, “Influência de Parâmetros Geométricos e de
Funcionamento do Motor nas Emissões de Aldeídos por um Veículo a
Álcool”, Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia
Mecânica, PUC Minas, Belo Horizonte, MG, Brasil.
• Annand, W.V.D., and Gulder, O. L., 1980, “Exhaust Emissions and Cold
Starting of a Four-Cilinder Engine Using Methanol as Fuel”, Proc. Instn.
Mech. Engrs., vol.194, pág. 139-143.
• Ayyasamy, R., B., Nagalingam, V., Ganasan, K., Gopalakrishnan, V. e
Murthy B.S., 1981, “Formation and Control of Aldehydes in Alcohol
Fueled Engines” SAE Techinical Paper Series nº. 811220.
• Boam, D.J., Finlay, I.C., Biddulph, T.W., Lee, R., Richardson S.H,
Bloomfield, J., Wallace, S., Woods, W.A. e Brown, P., 1994, “The Sources
of Unburnet Hydrocarbon Emissions from Spark Ignition Engines During
Referências Bibliográficas 96
Cold Starts and Warm-up.”, Proc. Institute Mechanical Engineers, vol
208, pág 1-11.
• Browning, L.H., e Pefley, R.K., 1977, “Predicted Methanol-Water Fueled
S.I. Engine Performance and Emissions”, Second International
Symposium on Alcohol Fuel Technology, Wolfsburg, Germany.
• Burk, L. H., Anderson, S., Tuaster, S.J., Tolentino, C.O., Rogalo, G.M.,
Niejako, M., Punk, A. e Dahle, U., 1995, “Cold-Start Hydrocarbon
Emissions Control”, Automotive Engineering, Outubro, pág. 47-52.
• Chan, S. H. e Hoang, D.L., 1999, “Heat transfer and chemical reactions
in exaust system or a cold-start engine”, International Journal of Heat and
Mass Transfer, vol. 42, pág. 4165-4183.
• Gabele, P.A.,1990, “Characterization of Emissions from a Variable
Gasoline/Metanol Fueled Car”, Journal of Air & Waste Management
Association, vol. 40 nº 3, pág. 296-304.
• Haatela, O., e Decker, G., 1989, “Present and Future Fuels and
Lubricants in Cold Climate Operation”, SAE Paper 890032, Society of
Automotive Engineers.
• Heywood, J.B., 1988, Internal Combustion Engine Fundamentals,
McGraw-Hill Book Company, Singapore.
• Huang, Z., Pang, J. Pan, K., Jiang, D., Zhou, L. e Yang, Z., 1998,
“Investigation into Hydrocarbon Emissions from Crevice and Oil film
During Cold start and Idling Periods in a Spark Ignition Engine”, Institute
of Internal Combustion Engine, School of Energy and Power Engineering,
People’s Republic of China. Proc. Institute Mechanical Engineers, vol 12
Part. D, pág. 501-505.
• Huang, Z., Pang, J., Pan, K., Jiang, D., Zhou, L. e Yang, Z., 1996, “An
Investigation on Simulation Models and Reduction Methods of Unburned
Referências Bibliográficas 97
Hydrocarbon Emissions in Spark Ignition Engines” College of Energy &
Power Engineering, – People’s Republic of China. Combust. Sci. Tech.,
vol. 115, pág. 105-123.
• Ito, K., e Kurata, K., 1985, “Photochemical Reactions of the Exhaust Gas
from an Alcohol-Fueled Engine (Formation of Aldehydes).” Bolletin of the
JSME, vol. 28 nº 243, pág. 2028-2033.
• Ito, K., Yano, T., e Nagazaka, R., 1982, “Unburned Methanol and
Formaldehyde in Exhaust Gases from a Methanol Fueled S.I. Engine”,
Bolletin of the JSME, vol. 25 nº 210, pág. 1938-1944.
• Iwai, N., 1981, “A Study on Cold Startability and Mixture Formation of
High-Percentage Methanol Blends”, SAE paper 880044, Society of
Automotive Engineers, Warrendale, PA, 1981.
• Kaplan, J.A. e Heywood, J.B., 1991, “Modeling the Spark Ignition Engine
Warm-Up Process to Predict Component Temperatures and Hidrocarbon
Emissions.”, SAE Paper, nº 910302, pág. 361-376.
• Kito, B. T., Pacas, A. D., Selim, S., e Cowley, S.W., 1998, “Properties of
an Ethanol-Diethyl Ether-Water Fuel Mixture for Cold-Star Assistance of
an Ethanol-Fueled Vehicle”, American Chemical Society, Colorado.
• Kline, S. J, e McClintock, F.A., 1953, “Describing Uncertainties in Single
Sample Experiments”, Mechanical Engineering, vol 75, pág. 3-8.
• Owen, K., e Coley, T., 1995, “Automotive Fuels Reference Book”, Second
Edition, SAE, Inc.
• Pischinger F.F. e Kramer, K., 1979 “The Influence of Engine Parameters
on the Aldehyde Emissions of a Methanol Operated Four-Stroke Otto
Cycle Engine”, Third International Symposium on Alcohol Fuel
Technology, Asilomar, California, Maio 28-31.
Referências Bibliográficas 98
• Schafer, F., e Basshuyser, R., 1995, Reduced Emissions and Fuel
Consumption in Automobile Engines”, SAE, Inc.
• Silva, N.R. e Sodré J.R., 2000, “Using Additive to Improve Cold Start in
Ethanol-Fuelled Vehicles”, SAE 2000-01-1227, SI Combustion (SP-
1517), SAE, Inc., pág. 203-207.
• Singer, B. C., Kirchstter, T. W., Harley, R.A., Kendall, G. R., e Hesson J.
M., 1999, “A Fuel-Based Approach to Estimating Motor Vehicle Cold-Start
Emissions”, Journal of Air & Waste Management Association, vol. 49,
pág. 125-133.
• Sodré, J.R. e Yates, D.A., 1997, “ An Improved Model for Spark Ignition
Engine Exaust Hydrocarbons”, SAE 971011, Issues in Emissions Control
Technology (SP-1248), SAE, Inc., pág. 135-152.
• Sodré, J.R., 1999, “Further Improvement on a HC Emissions Model:
Partial Burn Effects”, SAE 990222, SI Engine Modeling (SP-1451), SAE,
Inc., pág. 155 –161.
• Withrow, L., e Rasswuller, G. M., 1934, “Formaldehyde Formation”
Industrial and Engineering Chemistery, vol. 26 nº 12.
top related