Como funciona um motor de injeção direta?

As dificuldades em melhorar as prestações e os consumos dos motores devem-se, essencialmente, a dois fatores. Por um lado, face aos problemas relacionados com a ocorrência de detonação, a taxa de compressão não pode ser muito elevada, o que limita, de imediato, quer a eficiência, quer as prestações do motor. Por outro, para que os motores funcionem bem, é necessário garantir uma relação praticamente invariável entre a quantidade de ar e de combustível admitidas dentro dos cilindros.

Se essa relação for muito baixa (combustível em excesso), o motor fica com melhores prestações, mas as emissões poluentes tornam-se incompatíveis com a atual legislação em vigor. Pelo contrário, se essa relação for muito elevada (ar a mais), os consumos são mais apelativos, mas a combustão poderá não ocorrer de forma estável, o que também não é desejável.

Será, então, possível quebrar estas duas regras de uma só vez e tornar um motor simultaneamente bom em prestações e económico nos consumos? Os motores de injeção direta, que equipam, hoje, a esmagadora maioria dos carros novos, vieram, há mais de duas décadas, provar que sim.

Aula teórica

A solução para os problemas acima mencionados passa pela estratificação da mistura dentro dos cilindros, ou seja, fazer com que a concentração de combustível varie consoante a zona do cilindro. Nesse sentido, perto da vela seria desejável ter uma mistura ar/combustível semelhante à dos motores “convencionais” para que a combustão se inicie rapidamente.

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No entanto, à medida que nos afastamos da vela, a mistura deveria tornar-se cada vez mais “pobre” (mais ar e menos combustível) para que se consiga otimizar os consumos. A estratificação é um conceito muito simples, mas complexo alcançar na prática, sendo três as inovações tecnológicas necessárias: conduta de admissão vertical, êmbolo com cabeça em forma de concha e, claro, injeção direta.

Deixando agora de parte a estratificação da mistura, as duas grandes diferenças entre um motor de injeção direta e um motor sem esta tecnologia é a forma como o combustível é fornecido e o modo como este se mistura com o ar de admissão. Estas premissas básicas fazem uma diferença tremenda na eficiência geral de um motor.

Antes de “entrarmos” dentro de um motor de injeção direta, olhemos para um motor sem esta tecnologia (portanto, com injeção indireta). Primeiro, o combustível viaja pelo seu circuito, através da bomba e a partir do depósito de combustível, até aos injetores montados no motor. Os injetores pulverizam combustível no coletor de admissão, onde combustível e ar se misturam numa camada fina.

Em intervalos de tempo precisos, as válvulas de admissão abrem, correspondendo aos diferentes cilindros do motor. À medida que a válvula de admissão de um cilindro se abre, o pistão nesse cilindro desce, sugando a película ar/combustível do coletor de admissão acima para a câmara abaixo.

À medida que o pistão sobe novamente, comprime a mistura ar/combustível até ficar quase nove vezes mais densa do que estava no início para começar. A vela de ignição correspondente do cilindro dispara, inflamando a câmara numa explosão com elevados níveis de pressão e energia. Essa pequena “pancada” empurra o pistão de volta para baixo com bastante força, fazendo girar a cambota e, em última instância, envia energia para as rodas.

Em nome da eficiência

No caso de um motor de injeção direta, o combustível salta uma etapa e é possível obter maior eficiência. Em vez de ficar “pendurado” no coletor de admissão, o combustível é injetado diretamente na câmara de combustão. Com a ajuda de modernos sistemas de gestão eletrónica, o combustível é queimado exatamente onde é necessário, quando necessário.

A relação de ar para combustível durante o processo de combustão afeta o desempenho do motor, as emissões poluentes e a eficiência energética. Quando a quantidade de ar na mistura é alta em comparação com a quantidade de combustível, dá-se o nome de mistura “pobre”. Quando acontece o inverso, chama-se mistura “rica”.

Os motores de injeção direta recorrem a uma mistura de 40 ou mais partes de ar para uma parte de combustível, descrita como 40:1. Tal compara-se à mistura de um motor a gasolina “normal” (14,7:1). Uma mistura mais “pobre” permite que o combustível seja queimado de forma muito mais conservadora.

Outra vantagem dos motores de injeção direta é que podem queimar combustível de forma mais eficaz. O combustível pode ser pulverizado diretamente no local onde a câmara de combustão está mais quente (num motor a gasolina significa perto da vela).

Num motor “convencional” (injeção indireta), a mistura ar/combustível dispersa-se dentro da câmara de combustão, deixando uma quantidade substancial não queimada, acabando por desperdiçar eficiência.

E quanto às restantes partes? Será que os motores de injeção direta representam um afastamento radical dos princípios conhecidos e aceites de combustão interna? A resposta é curta e grossa: não. Mas apresentam características técnicas próprias.

Quais? Conduta comum para distribuir o combustível pelos injetores; gestão eletrónica evoluída para lidar com os cálculos da relação de compressão, quantidade de combustível, controlo de emissões e outras coisas que não queres pensar enquanto conduzes, como conversores catalíticos de sistemas de pós-tratamento de gases de escape para lidar com as elevadas emissões de óxidos de azoto (NOx) produzidas.

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