Sistemas de Injeção de Ar: Redução de Emissões de Escape Explicada

Injeção de ar é técnica para reduzir emissões de escape: injeta ar em cada porta de escape do motor, onde mistura-se ao escape quente e oxida HC e CO. Formam-se H₂O e CO₂. Nos primórdios do controle de emissões, era simples atingir padrões exigidos por injeção de ar. Um dos primeiros dispositivos adicionais para oxidar HC e CO no escape foi a injeção de ar, também chamada de sistema de bomba de ar.

Neste artigo, você aprenderá definição, componentes, diagrama, funcionamento, vantagens e desvantagens do sistema de injeção de ar.

O que é sistema de injeção de ar?

Para reduzir emissões HC e CO, sistema de injeção de ar bombeia ar fresco às portas de escape do motor. Gases de escape contêm combustível não queimado e parcialmente queimado. Este combustível continua queimando graças ao oxigênio da injeção de ar. Componentes principais: bomba de ar, válvula desviadora (diverter), coletor de distribuição de ar, válvula de retenção (check valve).

Rudolf Diesel concebeu a ideia. Figura 1 mostra configuração. Durante suprimento de combustível, ar e combustível injetados no cilindro. Pressão de ar para injeção ~70 bar ou mais.

Em motor de combustão interna, injeção de combustível é mecanismo para misturar combustível com ar. Sistemas têm vários objetivos funcionais, mas todos alimentam combustível ao processo de combustão. Objetivos concorrentes: produção de potência, consumo, emissões, confiabilidade, operação suave, partida, custos contínuos, manutenção.

Componentes do Sistema de Injeção de Ar

• Bomba de suprimento de ar com filtro
• Coletores e bicos de ar
• Válvula anti-retorno de chama (anti-backfire valve)
• Válvula de retenção (check valve)
• Mangueiras de conexão

Bomba de Suprimento de Ar

Bombas acionadas por correia do virabrequim, localizadas na frente do motor. Puxam ar fresco através de filtro externo e enviam por mangueiras a cada porta de escape em baixa pressão. Ar extra adicionado a HC e CO quentes no coletor de escape → oxidam → convertem a H₂O e CO₂.

Coletores e Bicos de Ar

Sistemas iniciais usavam dois métodos para alimentar ar ao escape:

• Motores menores: coletor externo alimenta porta de escape perto de cada válvula por tubos de injeção
• Motores maiores: coletor interno por túneis no cabeçote ou coletor de escape leva ar à porta perto de cada válvula

Válvula Anti-Retorno de Chama (Anti-backfire)

Alto vácuo no coletor de admissão permite mistura ar-combustível ficar rica na desaceleração. Ar fresco injetado no coletor de escape na desaceleração mistura-se a gasolina não queimada no escape → backfire (retorno de chama). Combustão rápida de gases não queimados pode destruir abafador. Válvula anti-backfire (supressora) evita fechando fluxo de ar na desaceleração. Válvula gulp e válvula desviadora (diverter) usadas para cortar fluxo.

Válvula de Retenção (Check Valve)

Válvula unidirecional impede refluxo de gases de escape do motor pela bomba de ar. Entre coletor de ar e válvula desviadora/gulp. Mola fecha válvula bloqueando refluxo quando pressão de escape > pressão injeção ou se bomba falha. Motores em linha: uma válvula. Motores V: duas (uma por bancada). Alguns V têm apenas uma.

Sistema de injeção de ar secundário tem componentes adicionais:

• Filtro de ar
• Bomba de ar secundária
• Unidade de controle do motor (ECU)
• Relé de controle
• Válvula de mudança (change-over valve)
• Válvula combinada (combination valve)

Diagrama de sistema de injeção de ar secundário

[Inserir diagrama: bomba ar secundário → válvula mudança → válvula combinada → coletor escape; ECU controlando]

Princípio de Funcionamento

Funcionamento simples. Bomba de ar com aletas girando impulsiona ar à válvula desviadora com motor rodando. Se veículo não desacelerando, ar passa por válvula desviadora, válvula retenção, coletor injeção ar → motor. Ar fresco sopra válvulas de escape. Válvula desviadora impede ar entrando no coletor escape na desaceleração → evita backfire potencial que danificaria escape. Válvula desviadora alivia pressão excessiva quando necessário.

Sistema de Injeção de Ar Secundário

Na fase de partida a frio, quando catalisador ainda não funciona, reduz HC e CO ainda mais. Em motores gasolina estequiométricos, catalisador 3-vias atinge conversão >90%. Na partida a frio, até 80% das emissões do veículo liberadas. Mas catalisador só eficaz entre 300–350°C → emissões devem ser reduzidas na partida a frio por vários métodos. Trabalho do sistema secundário é exatamente isso.

Quando há oxigênio residual suficiente no escape e temperatura alta, HC e CO reagem gerando CO₂ e H₂O em reação secundária.

Na partida a frio, mistura muito rica → ar injetado no fluxo de escape garante oxigênio suficiente para reação. Sistema secundário desliga após ~100s em veículos com catalisador 3-vias e controle lambda. Calor da reação secundária eleva rapidamente temperatura de trabalho do catalisador.

Suprimento de ar suplementar pode ser ativo ou passivo. Passivo usa oscilações de pressão no escape. Vácuo causado por vazão no tubo de escape traz ar adicional via válvula temporizada. Ativo: bomba sopra ar secundário. Sistema ativo dá mais controle.

Assista ao vídeo para saber mais sobre sistema de injeção de ar:

[Inserir vídeo]

Vantagens e Desvantagens do Sistema de Injeção de Ar

Vantagens

• Permite melhor atomização e distribuição de combustível
• BMEP (pressão média efetiva de freio) maior que outros sistemas de injeção — combustão mais completa
• Permite uso de combustíveis mais baratos

Desvantagens

• Operação do compressor exige mecanismo complexo
• Peso do motor aumenta
• Parte da potência do motor gasta para acionar compressor → BHP (potência bruta) diminui

Neste artigo, discutimos definição, componentes, diagrama, princípio de funcionamento, vantagens e desvantagens do sistema de injeção de ar secundário. Espero que tenha aprendido muito. Se gostou, compartilhe com outros estudantes. Obrigado pela leitura, até a próxima!