Comando de válvulas inovador reduz consumo de carros em 20%

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/08/2019

O comando de válvulas eletrohidráulico está funcionando há quase um ano, provendo uma economia média de 20% no consumo de combustível.
[Imagem: Empa]

Comando de válvulas

Parece incrível que, depois de mais de um século de aprimoramentos e pesquisas contínuas, ainda haja espaço para que uma única inovação possa render um ganho de eficiência de 20% em um motor a combustão, o tipo de motor que impulsiona todos os nossos automóveis, caminhões, barcos e etc.

A inovação é um novo comando de válvulas, o "órgão respiratório" dos motores a combustão. Também conhecido como árvore de cames, o comando de válvulas é uma espécie de eixo dotado de saliências que fica na parte superior do motor, controlando as válvulas responsáveis pela aspiração do ar fresco e pela liberação dos gases de exaustão.

Atualmente, a indústria automotiva usa apenas comandos de válvulas acionados mecanicamente em seus veículos de série, com alguns esportivos equipados com mecanismos adicionais de controle, permitindo modificar o padrão de movimento das válvulas. Contudo, esses mecanismos são bem complexos e caros, aumentam o atrito e não dão a flexibilidade desejada.

O que se procura - entre outras coisas, para rápida adaptação às mudanças nas propriedades do combustível - são movimentos rápidos das válvulas, mesmo em baixas velocidades, e temporizações amplamente variáveis para cada cilindro individualmente.

Comando de válvulas eletrohidráulico

Patrik Soltic e Wolfgang Schneider, do Laboratório Federal Suíço de Ciência e Tecnologia dos Materiais (EMPA), inventaram agora um comando de válvulas eletrohidráulico que é significativamente mais eficiente do que os utilizados hoje e que eles acreditam atender à maioria dessas demandas.

As válvulas são acionadas hidraulicamente e controladas eletricamente através de um solenoide. Assim que uma corrente de controle flui, uma válvula hidráulica especialmente projetada é aberta, permitindo que o fluido hidráulico abra a válvula de troca de gás em questão de milissegundos. Quando a corrente é desligada, a válvula é fechada novamente pela força de uma mola, o que lhe permite fornecer grande parte da energia necessária para reiniciar o sistema hidráulico.

O sistema atinge uma demanda de energia significativamente menor em uma ampla faixa de operação, em comparação com os sistemas acionados por um comando de válvulas totalmente mecânico. Juntamente com uma troca otimizada de gás, o consumo de combustível do motor de teste foi cerca de 20% menor do que quando usava o controle convencional de válvulas.

Motores multicombustível

Selecionando os parâmetros operacionais, é possível escolher sem restrições os tempos de abertura e fechamento, bem como a elevação das válvulas para cada cilindro. Isso significa que cada condição de operação do motor pode variar de ciclo para ciclo, por exemplo, com controle inteligente de carga, selecionando a quantidade residual de gás restante no cilindro, fazendo a recirculação dos gases de escape, ou desativando cilindros desnecessários sem que o motorista perceba.

Isso torna o motor altamente adaptável a diversos combustíveis: metanol ou etanol, por exemplo, permitem que mais gás residual permaneça no cilindro. O gás natural, biogás e o gasogênio, ou gás de síntese, por sua vez apresentam diferentes propriedades antidetonantes, e o comando de válvulas pode reagir com flexibilidade a todas essas alterações.

Além disso, dizem os engenheiros, conceitos alternativos de combustão também podem ser implementados de forma comparativamente mais fácil, por exemplo, a auto-ignição homogênea: uma mistura ar-combustível é inflamada no momento certo, sem faíscas de ignição, apenas definindo as condições corretas no final da compressão do ciclo anterior. Com isto, a mistura é queimada quase sem poluição.

Os dois pesquisadores afirmam que seu motor de testes está funcionando sem problemas há quase um ano, e que a tecnologia já está pronta para ser oferecida à indústria automobilística.

Bibliografia:

Artigo: Functionality and Potential of a New Electrohydraulic Valve Train
Autores: Norbert Zsiga, Andyn Omanovic, Patrik Soltic, Wolfgang Schneider
Revista: MTZ
Vol.: 80: 18
DOI: 10.1007/s38313-019-0086-0