O motor de combustão interna é uma máquina impressionante, que vem evoluindo nos últimos 100 anos à medida que fabricantes de veículos aumentam a sua eficiência e diminuem a poluição gerada. Toda esta evolução resultou em uma máquina incrivelmente complicada e surpreendentemente confiável.
Outros artigos deste site explicam a mecânica do motor e vários de seus subsistemas, incluindo o sistema de alimentação, sistema de arrefecimento, árvore de comando de válvulas, turbocompressores e engrenagens. Poderíamos dizer que o sistema de ignição é onde tudo isso se junta, com uma centelha no tempo certo.
Neste artigo, conheceremos os sistemas de ignição, começando pelo ponto de ignição. Depois analisaremos todos os componentes que criam a centelha, incluindo as velas, bobinas e distribuidores. Finalmente, falaremos sobre alguns dos novos sistemas que utilizam componentes estado-sólido em vez de distribuidor.
O sistema de ignição de seu veículo deve trabalhar em perfeita harmonia com o resto do motor. O objetivo é que o combustível seja queimado exatamente no momento certo, de modo que os gases em expansão possam produzir o maior trabalho possível. Se o sistema de ignição gerar a centelha no momento errado, a potência diminuirá e o consumo de combustível e as emissões de gases poderão aumentar.
A centelha é disparada pela vela antes que o pistão atinja o ponto-morto
superior
Quando a mistura ar-combustível queima dentro do cilindro, a temperatura aumenta e o combustível é transformado em gases queimados. Essa transformação faz com que a pressão no cilindro aumente muito e o pistão seja forçado para baixo.
Para obter melhor torque e potência do motor, deve-se maximizar a pressão no cilindro durante o curso útil. A maximização da pressão também aumenta a eficiência do motor, o que significa que se obterá o menor consumo de combustível. O ponto de ignição é crítico para que tudo funcione como planejado.
Existe um pequeno retardo em relação ao tempo em que ocorre a centelha e o tempo em que toda a mistura ar-combustível é queimada e a pressão no cilindro atinge o nível máximo. Se a centelha ocorre exatamente quando o pistão atinge o final do curso de compressão, o pistão já vai ter se movido um pouco para baixo no sentido do curso de potência antes que os gases no cilindro atinjam o pico de pressão.
Para utilizar o combustível da melhor maneira, a centelha deve ocorrer antes que o pistão atinja o final do curso de compressão, de modo que no momento em que o pistão comece a descer em direção ao curso de potência, a pressão esteja alta o suficiente para começar a produzir trabalho útil.
Trabalho = Força x Distância
Em um cilindro:
Força = pressão x área do pistão
Distância = curso do pistão
Então, quando nos referimos a cilindros, trabalho = pressão x área do pistão x curso do pistão. Como o curso e a área do pistão são fixos, a única maneira de maximizar o trabalho é aumentando a pressão.O momento da ignição é importante e pode ser adiantado ou atrasado, dependendo das condições.
O tempo que a mistura ar-combustível leva para queimar é mais ou menos constante. A velocidade dos pistões é diretamente proporcional à rotação do motor. Isto significa que, quanto mais rápido o motor gira, mais cedo deve ocorrer a centelha. Isto é chamado de avanço de ignição: quanto maior a rotação do motor, maior o avanço necessário.
Outros objetivos, como minimizar as emissões, tornam-se prioridade quando não é necessária potência máxima. Isto pode ser acançado, por exemplo, atrasando a ignição (movendo a centelha para mais perto do fim do curso de compressão), reduzindo a pressão máxima no cilindro e a temperatura. A diminuição da temperatura ajuda a reduzir a formação de óxidos de nitrogênio (NOx), que são poluentes de emissões regulamentadas. Atrasando a ignição pode-se evitar também a detonação. Alguns carros possuem um sensor de detonação que faz isto automaticamente.
Vejamos agora os componentes que produzem a centelha.
A vela é bem simples em teoria: ela força o arco elétrico por uma abertura, como um raio. A eletricidade deve ter uma tensão muito alta para atravessar a abertura e criar uma boa centelha. A tensão em uma vela pode estar entre 40 mil e 100 mil volts.
A vela fica no centro das quatro válvulas em cada cilindro
A vela deve possuir uma passagem isolada para que essa tensão atravesse o eletrodo, onde poderá saltar entre a folga e, a partir daí, ser conduzida para o bloco do motor e aterrada. Ela também deve ser capaz de suportar altas temperaturas e pressões dentro do cilindro e deve ser projetada de modo que não se acumulem depósitos de aditivos do combustível.
As velas utilizam um inserto cerâmico para isolar a alta tensão no eletrodo, assegurando que a centelha ocorra na ponta do eletrodo e não em outro lugar da vela. Esse inserto ajuda também a queimar os depósitos. A cerâmica não é boa condutora de calor, de modo que o material fica muito quente durante a operação. Este calor ajuda a queimar os depósitos no eletrodo.
Alguns carros necessitam de uma vela quente. Esse tipo de vela é projetado com inserto cerâmico que possui uma área de contato ainda menor com a parte metálica da vela. Isto reduz a transferência de calor da cerâmica, fazendo-a funcionar ainda mais quente e queimar ainda mais os depósitos. As velas frias são projetadas com uma área de contato maior e, portanto, funcionam mais frias.
A diferença entre as velas quentes e frias está no formato da ponta
de cerâmica
A fábrica selecionará a vela com a temperatura correta para cada carro. Alguns carros com alto desempenho naturalmente geram mais calor, de modo que necessitam de velas mais frias. Se a vela ficar muito quente, poderá inflamar o combustível antes que a centelha ocorra, portanto é importante manter o tipo correto de vela para seu carro.
Agora vamos ver como é a bobina que gera as altas voltagens requeridas para criar uma centelha.
