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Motor turbo a álcool da Fiat deve usar hidrogênio e ignição por plasma

Baseado no motor 1.3 Firefly, motor E4 promete ser revolucionário para explorar o etanol ao máximo

Por Henrique Rodriguez - Atualizado em 27 jan 2020, 11h22 - Publicado em 3 jul 2019, 17h30
Motor 1.3 Firefly turbo é o ponto de partida para o novo motor Divulgação/Fiat

O motor mais moderno do Brasil poderá ser movido 100% a etanol.

Citado durante o anúncio da produção nacional das versões turbo dos motores 1.0 e 1.3 Firefly, o novo motor E4 da Fiat só chegará ao mercado após 2022. Mas, certamente, será uma revolução em termos de tecnologia para os motores nacionais.

Sua missão é nobre: reduzir a diferença entre o consumo do etanol em relação à gasolina, que hoje está ao redor dos 30%, para aproveitar melhor o combustível vegetal. Além de mais barato, o etanol gera é 80% menos emissões que a gasolina.

O ponto de partida será o motor T4, um 1.3 Firefly em versão com cabeçote 16V, comando de válvulas Multiair, turbo e injeção direta flex.

Mas turbo e injeção direta não bastam: o motor E4 terá algumas tecnologias ainda inéditas no Brasil. Uma delas nós já contamos qual é: o conceito de downspeeding, aliado ao já conhecido downsizing.

O quarto estado da matéria

Os últimos motores 100% a etanol da Fiat saíram em carros modelo 2004. Foram os raros Uno 1.0 (Fire), Palio 1.3 (Fire) e Siena, Palio Weekend e Fiorino com motor 1.5 (o velho Fiasa).

O etanol tem maior resistência à detonação, o que permite que o motor trabalhe com taxa de compressão elevada, de até 15:1. No 1.5 Fiasa, porém, não passava de 12:1.

Agora a Fiat mira, justamente, em tecnologias que possam otimizar a queima do etanol dentro dentro da câmara de combustão sob alta pressão, permitindo o desejado aumento da taxa de compressão.

Uma delas é a ignição por plasma – o quarto e mais comum estado da matéria, se você se lembrar de suas aulas de física do ensino médio.

Exemplo de vela de plasma da Federal-Mogul Federal-Mogul/Divulgação

O plasma é obtido do superaquecimento dos gases, cujas moléculas se rompem e liberam seus íons e elétrons neutros, e tem algumas propriedades físicas impressionantes.

A mais útil para os motores é a capacidade de conduzir cargas elétricas com extrema facilidade, o que significa que pode ser perfeito uma ignição de alta tensão e precisão.

Ao contrário de uma vela de ignição comum, que dispersa a energia elétrica em faíscas numa área muito pequena dentro da câmara de combustão, uma vela de plasma pode espalhar a energia por toda a câmara, resultando em uma explosão mais rápida, completa e poderosa.

O plasma também permite um controle maior da ignição, seja pelo controle da intensidade da energia emitida, seja pelo controle da duração da emissão – que também pode se repetir mais vezes dentro de um mesmo tempo de expansão do motor.

Vela de plasma promete queima mais completa do combustível Federal-Mogul/Divulgação

Essa maior eficiência da ignição por plasma permite que o início da ignição pode ser atrasado até que o pistão chegue bem próximo do ponto morto superior (PMS), que seria o ideal por aproveitar melhor a energia liberada.

Outra vantagem está em poder funcionar com menos combustível (mistura pobre). Mas estas não são as únicas.

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Sistemas de recirculação dos gases de escape (EGR) não são novos. São comuns em motores diesel e estão cada vez mais presentes nos motores a gasolina – principalmente na Europa, onde as regras de emissões serão mais duras em 2020.

Neste sistema, parte dos gases de escape passa por um resfriador e retorna ao motor, se misturando ao ar que é admitido do ambiente. Esses gases inertes reduzem a temperatura de combustão e, consequentemente, a formação dos poluentes óxidos de nitrogênio (NOx). Esses gases em temperatura mais baixa também reduzem a tendência de detonação do combustível.

A proporção de recirculação dos gases acaba sendo limitada para evitar que dificulte a combustão da mistura ar-combustível. Este é um problema que a ignição por plasma evita com sua rapidez e área de atuação maior.

Se as vantagens são tão evidentes, por que nenhuma outra fabricante aposta no plasma? Porque estão seguindo um outro caminho, o da ignição por compressão, ou HCCI.

Será, portanto, um tiro que a Fiat dará sozinha, pelo menos num primeiro momento, à espera de que a aposta dê certo e toda a indústria acompanhe a tendência.

O segredo do hidrogênio

Mais abundante dos elementos químicos, o hidrogênio tem baixa energia de ignição e alta taxa de queima.

É tudo que um motor quer: adicionado à mistura ar/combustível, facilita a ignição, melhora a queima, diminui as emissões de poluentes, aumenta o desempenho e melhora o consumo.

O problema é que gerar hidrogênio por eletrólise – como acontece industrialmente – é caro e seu armazenamento é complexo, principalmente quando lembramos que a aplicação será em carros da Fiat, sensíveis ao preço.

A solução seria fazer o carro produzir o próprio hidrogênio. E isso é possível.

Esquema de funcionamento do REGR Gustavo Scheid Prass-UFSC/Internet

Ao que tudo indica, o motor Fiat E4 apelará para o REGR, sistema de reforma dos gases de escape que retornam à admissão.

A queima do etanol gera O2, CO2 e H2O. No REGR, parte dos gases de escape recebem uma injeção de etanol antes de passar por um reformador catalítico, que por sua vez libera H2, CO, CO2 e CH4, que são enviados para a admissão do motor.

A outra parcela dos gases segue normalmente para o catalizador e escape, mas não sem antes mover o turbo.

São os gases carregados de H2 e CO que fazem a diferença, levando as vantagens do hidrogênio ao motor. Isso, em troca de um pouco de etanol. Há projetos em universidades brasileiras que exploram essa possibilidade.

Resta saber se a Fiat será capaz de tornar isso e a ignição por plasma viável nos próximos três anos – principalmente pelo processamento necessário para que todas as tecnologias do motor trabalhem juntas.

Mas não há dúvidas: as duas tecnologias nasceram uma para a outra.

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