Diesel: passado, presente e futuro

Mais eficientes e com menores emissões, esses motores desenvolvem-se a passos largos no mercado mundial

Adaptado de BestCars

Eles não usam velas ou sistema de ignição — simplesmente porque não dependem de centelha para a combustão —, são robustos, econômicos e emitem menos dióxido de carbono que os motores a gasolina de potência equivalente. Por esses atributos, já são maioria na produção de automóveis em alguns mercados europeus e tendem a aumentar sua participação no futuro. São os motores de ciclo Diesel.

Desde que Rudolf Diesel projetou esse tipo de propulsor, em 1893, houve grande evolução para torná-lo mais eficiente e reduzir suas desvantagens, como ruído e aspereza de funcionamento. Hoje o Diesel está desenvolvido a ponto de equipar carros de alto luxo e até modelos de competição vencedores, como o Audi R10 que ganhou a 24 Horas de Le Mans nos últimos anos. Apesar de proibidos por lei para os automóveis em circulação no Brasil, são motores de tecnologia muito interessante.

Histórico

O engenheiro alemão Rudolf Diesel (1858-1913) projetou em 1893 um motor de combustão interna, cuja patente foi pedida no ano seguinte. Depois de quase morrer quando um protótipo explodiu, ele obteve em 1897 o primeiro propulsor que conseguia queimar combustível sem uma centelha. A invenção que levou seu sobrenome ainda hoje move automóveis, caminhões, navios, locomotivas.
O ciclo Diesel caracteriza-se pela ignição por compressão: o combustível é injetado na câmara de combustão depois que o ar foi comprimido, o que leva o líquido à auto-ignição. Ao contrário do ciclo Otto (motores a gasolina, álcool, gás natural), não existe risco da perigosa detonação ou batida de pino, pois não há combustível na fase de compressão. Assim, o motor Diesel pode ter alta taxa de compressão, o que aumenta sua eficiência. Suas primeiras aplicações foram em geradores (1902), submarinos (1904) e navios (1912), chegando aos caminhões em 1924.

A francesa Citroën projetou um automóvel a diesel em 1933, mas coube à alemã Mercedes-Benz colocar no mercado o pioneiro em 1936. Essa primazia conquistou para a marca muitos adeptos — sobretudo taxistas — pela robustez desses motores e a manteve, durante décadas, à frente da concorrência nessa tecnologia. Outras empresas a entrar nesse mercado foram a Borgward em 1952, a Fiat em 1953 e a Peugeot em 1958.
Seria também um Mercedes o primeiro carro a diesel com turbocompressor, o 300 SD de 1978, embora o Peugeot 604 o tenha acompanhado de perto. O turbo atende muito bem ao Diesel por sua imunidade à detonação, de modo que não se precisa reduzir tanto a taxa de compressão quanto ao adotar o sistema em um motor a gasolina.

Outro avanço veio em 1986 com a injeção direta, no Fiat Croma, seguido três anos depois peloAudi 100 com gerenciamento eletrônico, que trouxe ganhos em desempenho, economia e emissões poluentes. O grupo Fiat voltaria a se destacar em 1997 com a injeção eletrônica de duto único no Alfa Romeo 156, seguida meses depois pela Mercedes com o C 220. Hoje também é comum o uso de filtro de partículas.
Um dos recursos para aumentar a eficiência do motor Diesel e reduzir suas emissões poluentes é a injeção de duto único (common rail em inglês). Trata-se de um sistema de injeção de alta pressão — acima de 1.000 bars e já superando 1.800 bars em alguns casos — que usa válvulas selenóides ou, nos mais modernos, injetores do tipo piezoelétrico e conta com gerenciamento eletrônico. O termo duto único vem do acumulador de pressão (que é um só) onde o combustível fica armazenado antes de sua distribuição aos injetores.
O resultado é a definição precisa do momento e da quantidade ideal de injeção de combustível pela selenóide ou o injetor, enquanto a alta pressão do sistema resulta em melhor atomização do combustível.


Componentes do sistema Bluetec em um Mercedes Classe E: a injeção de uréia produz a reação química que converte os óxidos de nitrogênio.


O motor Diesotto da Mercedes-Benz, mostrado no conceito F700, e sua disposição mecânica com o motor elétrico antes da transmissão.

O sistema pode ainda adotar a chamada injeção piloto: pequena quantidade de diesel é injetada pouco antes da injeção principal, o que reduz a vibração e o ruído produzidos por esta última. O funcionamento a frio também melhora com a injeção piloto, de modo que o motor fica dispensado do período de aquecimento.

Por sua maior eficiência — ou menor consumo em relação ao trabalho produzido — em comparação ao motor a gasolina, o Diesel tem a vantagem de emitir menos CO, gás que não é poluente, mas contribui para o efeito estufa e o aquecimento global. No entanto, alta taxa de compressão e mistura ar-combustível mais magra levam esses motores a emitir mais óxidos de nitrogênio (NOx), fator a que a legislação dos Estados Unidos pôs um freio ao estabelecer um limite de 1/8 do admitido na Europa. Isso exigiu soluções dos fabricantes.

A Mercedes saiu-se com o sistema Bluetec, lançado em 2006 no sedã Classe E e no utilitário esporte Classe GL, que consiste na injeção de um produto baseado em uréia, semelhante à amônia e chamado por ela de AdBlue. Em contato com os gases de escapamento, o AdBlue produz uma reação química em cadeia e, em conjunto a um catalisador adicional, converte quase todo o NOx em nitrogênio e vapor d'água. Está incluído um filtro de material particulado com funcionamento autolimpante, que provoca a queima das partículas quando saturado.
O reservatório de uréia, porém, requer manutenção periódica. Para dispensar tal intervenção, a Honda desenvolveu um sistema que produz a própria amônia a partir do NOx absorvido por um catalisador especial. O motor normalmente funciona com mistura ar-combustível magra, que resulta em muito NOx. De tempos em tempos, a mistura é enriquecida com compostos ricos em hidrogênio para que se produza a amônia no catalisador. Quando a mistura magra é retomada, a amônia reage com o NOx e forma hidrogênio, uma forma inteligente de atender às severas normas de emissões.

O melhor de dois mundos

Versões a diesel já respondem por cerca de 50% das vendas de automóveis na Europa e superam as movidas a gasolina em alguns países. O Diesel brilha também nas pistas: a Audi venceu três vezes (de 2006 a 2008) a 24 Horas de Le Mans com seus R10 assim equipados. Foi a consagração de um processo iniciado em 1931, quando um Cummins Diesel Special foi o primeiro carro a completar a 500 Milhas de Indianápolis sem reabastecer.

Associar as vantagens dos motores Otto e Diesel é o que pretende a tecnologia HCCI. Seu objetivo é aumentar a eficiência do motor Otto por meio de algumas semelhanças com o Diesel e de controle eletrônico mais preciso. A sigla significa Homogeneous Charge Compression Ignition, ignição por compressão de carga homogênea. Como no Otto, o combustível e o ar são injetados juntos nas câmaras de combustão, mas (a exemplo do Diesel) a compressão da mistura é que leva a sua combustão, não uma descarga elétrica. Outra peculiaridade é que a ignição, em uma explosão abrupta, acontece em várias partes da câmara ao mesmo tempo.
Seus principais elementos são injeção direta de gasolina, variador de tempo de abertura das válvulas e sensor de pressão dos cilindros, que envia essa informação à central eletrônica. O objetivo é obter eficiência energética próxima à de um motor Diesel com as emissões poluentes e a construção mais barata do Otto. A emissão de NOx é mais baixa que em um Diesel, mas aumentam as de hidrocarbonetos e monóxido de carbono, que requerem tratamento em catalisador.

Entre as vantagens estão consumo de combustível até 15% menor, possibilidade de usar taxa de compressão mais elevada e, na comparação com o Otto, ausência de perdas por bombeamento (que ocorrem quando a borboleta de aceleração não está toda aberta — problema ausente no Diesel). Em contrapartida, há desafios: a HCCi é sensível a mudanças de temperatura e pressão do ar ambientes e a variações na qualidade e na octanagem da gasolina. Os projetistas também pretendem ampliar sua faixa de atuação, hoje limitada a uma gama de carga (abertura de acelerador) e rotação, em geral condições de baixa demanda de potência. Quando o motor é mais solicitado, volta ao modo convencional de centelha. Deseja-se ainda tornar imperceptível a transição entre esses modos e eliminar o ruído, similar ao de detonação, produzido sob certas condições.

A Mercedes-Benz mostrou no Salão de Frankfurt de 2007 o carro-conceito, com o motor chamado de Diesotto. Dotado de dois turbos seqüenciais e associado a um motor elétrico, ele resulta em potência total de 261 cv com apenas 1,8 litro de cilindrada. A Volkswagen trabalha em duas linhas: o Sistema de Combustão Combinada (CCS), baseado em seu motor turbodiesel de 2,0 litros, e a Ignição de Gasolina por Compressão (GCI), que usa centelha nas acelerações e HCCI em rotação estabilizada. Por sua vez, a General Motors testa seu sistema no Opel Vectra e no Saturn Aura. O motor de 2,2 litros e 154 cv atua como o GCI da VW e, comparado ao 2,2 a gasolina de produção normal, tem consumo 15% mais baixo e emissões de CO menores em 17%. A expectativa dos fabricantes para colocá-los no mercado tem variado de quatro a oito anos.