Conforme aponta Milhor (2002) em estudo a respeito do tema, o sistema de injeção eletrônica de combustível tem “(...) a função de dosar corretamente a quantidade de combustível em função das condições de operação do motor”. A grande relevância da injeção eletrônica na redução da emissão de poluentes é bem ilustrada pela Figura 7 que mostra a emissão de CO e HC em função da regulagem de ar e combustível na câmara de combustão. O coeficiente de ar corresponde à relação entre a massa de ar efetivamente admitida para a combustão e a massa de ar correspondente à mistura estequiométrica para combustão e a massa teórica em função das características do combustível. A melhor relação entre ar e combustível proporciona a queima mais eficiente dentro da câmara de combustão, dando assim maior eficiência ao motor e resultando em menor emissão de poluentes.
Figura 7 – Emissão de CO, HC e NOx em função do coeficiente de ar (MILHOR, 2002).
A Figura 8 mostra a necessidade da regulagem do coeficiente de ar em função da temperatura do motor, melhorando assim a eficiência do motor com consequente otimização do consumo de combustível (MILHOR, 2002).
Figura 8 – Consumo específico de combustível em função do coeficiente de ar (MILHOR, 2002).
O sistema de injeção eletrônica é formado por uma central digital (UCE), na qual é carregado um programa, que são tabelas desenvolvidas para cada tipo de motor. Essas tabelas ditam o funcionamento dos atuadores conforme os sinais recebidos dos sensores. Os sensores existentes em um sistema de injeção eletrônica são: o sensor de pressão do coletor de admissão (MAP), que indica a pressão do ar; o sensor mássico, o qual mede a massa de ar que está sendo admitida pelo motor; o sensor da posição da borboleta de aceleração, responsável por informar se a borbota está totalmente aberta ou totalmente fechada (plena carga ou em marcha lenta); o sensor de temperatura do ar; o sensor de temperatura do sistema de arrefecimento, o qual informa a temperatura do motor; o sensor de rotação do motor, que além de informar a rotação também informa o ponto de ignição para que ocorra a faísca da vela de ignição dentro da câmara de combustão;
a sonda Lambda, a qual mede o excesso de oxigênio do sistema de exaustão e o sensor KS, que indica quando o motor entra em ressonância (MILHOR, 2002).
Também Milhor (2002) aborda os atuadores de um sistema de injeção eletrônica: as válvulas eletromagnéticas injetoras de combustível (VEIC) que fazem a dosagem de combustível a ser injetado na câmara de combustão; a bobina de ignição, responsável por gerar alta tensão para provocar o centelhamento da vela de ignição e o corretor de marcha lenta, o qual estabiliza a rotação do motor sem o acionamento do pedal do acelerador.
Conforme Rangel (2003), a evolução tecnológica dos catalisadores e seu impacto na qualidade do ar têm logrado êxito em responder às exigências de emissões de poluentes cada vez menores impostas a automóveis. O catalisador de três vias típico é constituído por uma colmeia de um óxido refratário e estabilizadores (ZrO2, MgO, CaO, SnO, Y2O3, TiO2, ZnO, B2O3, P2O5, SnO2, Bi2O3, SiO2), promotores de óxidos alcalinos (Li2O, Na2O, K2O, Cs2O) e ródio. O monóxido de carbono e os hidrocarbonetos, passando por essa colmeia, oxidam-se formando CO2 e H2O. Os óxidos de nitrogênio sofrem redução formando N2. O SO2 é reduzido a S, material indesejável que se incrusta ao material refratário, reduzindo sua eficiência.
O Quadro 14 apresenta as exigências de redução dos poluentes emitidos pelos automóveis estadunidenses por quilômetro rodado, no período de 1970 a 1985, alcançadas graças ao uso de catalisadores (RANGEL, 2003).
Poluente/Limite Ano
Quadro 14 - Redução de emissão de poluentes resultante do uso de catalisadores automotivos, EUA, 1970 - 1985 (RANGEL, 2003).
Ainda a fim de ilustrar a importância do catalisador, a Figura 9 apresenta a elevada eficiência de remoção de alguns poluentes, considerando-se um catalisador de três vias, em função da razão estequiométrica de moléculas de ar e moléculas de combustível na câmara de combustão. A melhor eficiência do catalisador ocorre na faixa de relação 14,49 a 14,62. Fora dessa faixa a quantidade de poluentes aumenta, saturando o catalisador, diminuindo sua eficiência e reforçando a necessidade do funcionamento da injeção eletrônica para o melhor rendimento do catalisador (RANGEL, 2003).
Figura 9 - Eficiência de remoção de CO, HC e NOx pelo catalisador 3 vias em função da razão ar/combustível (RANGEL, 2003).
Sjödin (1994) investigou as concentrações de emissões de CO e HC com a adição de catalisadores de três vias a veículos de passageiros na Suécia, em relação aos modelos anteriores sem catalisador. A transição ocorreu naquele país gradualmente nos anos de 1987 e 1988 (ainda de forma não obrigatória), e totalmente a partir do ano modelo 1989, por exigência da legislação sueca. A Figura 10 resume os resultados encontrados nesse estudo.
Figura 10 - Porcentagem de emissão de CO e HC nos veículos suecos conforme ano modelo, de 1976 a 1992. O valor sobre as colunas significa o número de veículos avaliados referente ao ano
(SJÖDIN, 1994).
Barth et al. (1997) comparou as emissões de exemplares de veículos com diversas tecnologias. Para a determinação das emissões foi utilizado o método de medição de emissões FTP (procedimento teste federal). Também os veículos foram separados por sua relação potência/peso, sendo a baixa relação potência/peso para os veículos com valores menores ou iguais a 0,084 hp.kg-1 e veículos com alta relação potência/peso acima desse valor. Cruzando os dados de tipos de catalisadores, com injeção eletrônica e carburador o autor encontrou os resultados do Quadro 15.
Tecnologia Veicular Média das emissões (g.km-1)
CO THC NOx
Sem catalisador 2,86 0,62 0,63
Catalisador de duas vias 4,51 1,06 1,40
Catalisador de três vias, carburado 4,27 0,34 0,47 Três vias, IE, >80mil km, baixa potência/peso 2,43 0,19 0,25 Três vias, IE, >80mil km, alta potência/peso 2,71 0,31 1,06 Três vias, IE, <80miI km, baixa potência/peso 1,86 0,16 0,13 Três vias, IE, <80miI km, alta potência/peso 1,15 0,11 0,19
Quadro 15 – Emissões de veículos conforme a tecnologia de catalisação (BARTH et al., 1997).
Barth et al. (1997) observou que veículos sem catalisador, porém com injeção eletrônica, são menos poluentes que veículos com catalisador e carburador, e verificou que os veículos com catalisador três vias, após 80 mil quilômetros rodados, tornam-se mais poluidores que quando novos, devido à saturação do catalisador.
Zachariadis et al. (2001), ao estudarem os efeitos da idade e mudança tecnológica dos veículos nas emissões veiculares, apresentaram os parâmetros que influenciam as emissões, conforme ilustrado na Figura 11.
Figura 11 – Fatores de influência sobre as emissões veiculares específicas e totais (ZACHARIADIS et al., 2001).
Carvalho (2008), em estudo específico sobre as tecnologias utilizadas nos veículos para a redução da emissão de poluentes, aponta que o desenvolvimento recente destas tecnologias vem ocorrendo de maneira cada vez mais acelerada, especialmente na questão do controle de emissão de poluentes. As montadoras vêm adotando novas tecnologias visando a redução das emissões de poluentes, não somente para atender as normas regulatórias, como também para obter vantagem estratégica no mercado. Além disso, estão procurando novas e mais limpas formas de propulsão de veículos em decorrência da preocupação com eficiência energética e com os efeitos dos poluentes emitidos pelos veículos.
A implantação de novas tecnologias como a injeção eletrônica e os catalisadores, e suas evoluções, contribuíram para a redução das emissões de poluentes pelos veículos automotores.
3 METODOLOGIA
A metodologia utilizada para nesta dissertação consistiu no levantamento de documentação sobre o histórico da frota de veículos de Curitiba e dos índices de poluição do ar da cidade, seguidos da análise dos dados, sua comparação e correlação.