O estudo e controle das emissões veiculares vem ganhando cada vez mais espaço no mundo automotivo devido a presença de gases poluentes (HC, CO, NOx, entre outros) e gases que contribuem para o aumento do efeito estufa (CO2 e N2O). Desta forma, é importante entender como esses gases são formados na câmara de combustão de um motor a combustão interna (MCI) e quais estratégias poderiam ser adotadas para reduzi-los. Caso a combustão fosse realizada de forma ideal, os produtos formados seriam H2O, CO2 (ligado ao consumo e ao combustível utilizado) e N2. Devido às perdas térmicas e de eficiência, e de características da própria combustão, são formados, junto aos produtos que seriam gerados de uma reação perfeita, o HC, CO e NOx.
O HC (ou THC - Total hidrocarbonetos, como é chamado geralmente em testes de emissões), é basicamente combustível que não foi queimado no processo de combustão, como mostrado pela imagem a seguir, em que mostra a fração de massa ar combustível queimada em função do ângulo do virabrequim durante o processo de ignição/expansão da chama, e ao final da combustão, nem todo combustível é queimado (cerca de 5%), o que contribui para formação de HC.
Ademais, a formação de HC também é influenciada por depósitos gerados na câmara de combustão, que podem ocorrer em pontos críticos como a distância da cabeça do pistão e o 1º anel (logo abaixo). Juntamente a isso, o fenômeno do misfire (combustão não ocorre por algum motivo, podendo ser por condições anormais (com muito excesso de combustível ou falta do mesmo, por exemplo) também contribui para a formação deste tipo de gás.
O CO (monóxido de carbono) sofre grande influência da mistura com excesso de combustível (lambda < 1). Com a menor presença de ar (O2) devido a mistura rica, parte do combustível é parcialmente queimado, gerando uma reação de combustão incompleta, o que aumenta a formação do CO.
O NOx pode ser representado por NO (90%), NO2 e N2O. São formados devido a reação do nitrogênio com o oxigênio, e sofrem grande influência da temperatura e pressão na câmara de combustão. Em motores que trabalham com com combustíveis de alta octanagem (maior RON, como o etanol) estão mais suscetíveis a este fenômeno, por permitirem uma maior pressão dentro da câmara sem que ocorra a detonação (knock).
A seguir, será discutida a influência da emissão desses gases em função da relação ar-combustível para gasolina em um motor convencional.
Para o NOx, com aumento do excesso de combustível (mistura rica), há uma diminuição da temperatura na câmara de combustão, pois uma maior presença de combustível ajuda a “roubar” mais calor do ar da reação de combustão, entretanto, caso ultrapasse do ponto ideal da mistura rica, ocorre diminuição na velocidade da combustão, o que pode ocasionar uma perda de desempenho. Porém, com um empobrecimento excessivo da mistura, há também uma diminuição da temperatura, o que contribui para diminuição de NOx.
O CO, por ser basicamente combustível parcialmente queimado, tem sua maior emissão quando a mistura é rica, pela maior presença de combustível na câmara.
Com relação ao HC, há um aumento de emissões com a mistura excessivamente rica, o que tem maior probabilidade de apresentar o combustível não queimado após a reação. Além disso, a mistura com uma presença maior de ar também gera um aumento do HC, pois pode ocorrer uma maior instabilidade na câmara durante a reação de combustão, além de gerar o fenômeno do misfire.
Como forma de reduzir a emissão desses gases, grande parte da frota já apresenta o catalisador no sistema de escapamento, o qual transforma CO, HC e NOx em CO2, N2 e H20, porém, deve estar em uma temperatura ideal de funcionamento, por isso, as emissões logo após a partida a frio apresenta maior presença destes gases. Além disso, uma estratégia adotada para redução do NOx é a recirculação dos gases do escape, o que ajuda a diminuir a temperatura da combustão.
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Fonte: CURSO BIOCOMBUSTÍVEIS, SAE BRASIL 2021
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