São duas as funções principais do sistema de escapamento: conduzir os gases quentes resultantes do funcionamento do motor até um local em que estes possam ser lançados para a atmosfera sem perigo para os ocupantes do automóvel e reduzir, por meio de um silencioso – a panela de escapamento -, o ruído provocado pela expulsão desses gases.
Os gases originados no motor expandem-se com grande energia, passando para o sistema de escapamento sob forte pressão. Cada vez que os gases passam para a tubulação de escapamento, forma-se uma onda de choque – a um ritmo de milhares de ondas por minuto -, pelo que o ruído dos automóveis seria insuportável se não fosse reduzido.
Quando os gases de escapamento abandonam o silencioso, já se expandiram o suficiente para que sua pressão desça até próximo do valor da pressão atmosférica e o ruído seja amortecido.
Se os gases de escapamento não forem totalmente expulsos, a admissão da mistura de gasolina e ar na câmara de explosão será dificultada e a mistura ficará contaminada por gases residuais resultantes da combustão, o que provocará um baixa no rendimento do motor. As tubulações de escapamento são concebidas de maneira a impedir a interferência entre os gases de escapamento expulsos sucessivamente de cada cilindro. Pretende-se assim que os gases passem para o tubo de escapamento o mais livremente possível.
É impossível evitar completamente a existência de contrapressão no sistema de escapamento devido ao efeito restritivo do coletor, dos tubos de escapamento e do silencioso. O sistema é, assim, concebido para silenciar o escapamento com um mínimo de restrição no fluxo dos gases.
Os perigos dos gases de escapamento
Os gases originados no motor expandem-se com grande energia, passando para o sistema de escapamento sob forte pressão. Cada vez que os gases passam para a tubulação de escapamento, forma-se uma onda de choque – a um ritmo de milhares de ondas por minuto -, pelo que o ruído dos automóveis seria insuportável se não fosse reduzido.
Quando os gases de escapamento abandonam o silencioso, já se expandiram o suficiente para que sua pressão desça até próximo do valor da pressão atmosférica e o ruído seja amortecido.
Se os gases de escapamento não forem totalmente expulsos, a admissão da mistura de gasolina e ar na câmara de explosão será dificultada e a mistura ficará contaminada por gases residuais resultantes da combustão, o que provocará um baixa no rendimento do motor. As tubulações de escapamento são concebidas de maneira a impedir a interferência entre os gases de escapamento expulsos sucessivamente de cada cilindro. Pretende-se assim que os gases passem para o tubo de escapamento o mais livremente possível.
É impossível evitar completamente a existência de contrapressão no sistema de escapamento devido ao efeito restritivo do coletor, dos tubos de escapamento e do silencioso. O sistema é, assim, concebido para silenciar o escapamento com um mínimo de restrição no fluxo dos gases.
Os perigos dos gases de escapamento
Quando um automóvel de dimensões médias circula com o porta-malas aberto, as fumaças de escapamento podem penetrar, por turbulência, no interior do veículo e causar perda de consciência ao motorista. Deve-se, portanto, manter fechado o porta-malas ou a porta traseira – no caso de um automóvel de cinco portas – quando em movimento. Se tal não for possível, é necessário dirigir com as janelas laterais abertas para assegurar a renovação do ar.
Os gases de escapamento incluem monóxido de carbono, gás inodoro, mas tóxico, e anidrido carbônico, que pode causar sufocação. Um escapamento de gás próximo de uma tubulação de escapamento quente pode ainda causar um incêndio.
Os escapamentos de gás no sistema de escapamento do veículo não devem, portanto, serem menosprezados.
Escapamento com fumaças – A presença de fumaça negra nos gases de escapamento ou de uma camada de fuligem no tubo de escapamento indicam ser a mistura demasiadamente rica.
A saída de fumaça azulada, principalmente ao acelerar, após uma descida com o automóvel engrenado, indica a penetração de óleo nas câmaras de explosão, através dos anéis dos pistões ou das guias das válvulas.
Os gases de escapamento incluem monóxido de carbono, gás inodoro, mas tóxico, e anidrido carbônico, que pode causar sufocação. Um escapamento de gás próximo de uma tubulação de escapamento quente pode ainda causar um incêndio.
Os escapamentos de gás no sistema de escapamento do veículo não devem, portanto, serem menosprezados.
Escapamento com fumaças – A presença de fumaça negra nos gases de escapamento ou de uma camada de fuligem no tubo de escapamento indicam ser a mistura demasiadamente rica.
A saída de fumaça azulada, principalmente ao acelerar, após uma descida com o automóvel engrenado, indica a penetração de óleo nas câmaras de explosão, através dos anéis dos pistões ou das guias das válvulas.
Catalizador
Como os catalisadores reduzem a poluição
A maioria dos carros modernos é equipada com catalisadores de três vias. A expressão "três vias" se refere às três substâncias que eles ajudam a reduzir - monóxido de carbono, VOCs e moléculas de NOx. A peça catalisador na verdade usa dois diferentes tipos de catalisadores: um de redução e outro de oxidação . Ambos consistem em uma estrutura cerâmica coberta por um catalisador de metal, geralmente platina, ródio e/ou paládio. A idéia é criar uma estrutura que exponha o máximo da área da superfície catalisadora para o fluxo de descarga ao mesmo tempo em que se procura minimizar o trabalho dos catalisadores, pois são muito caros.
Um conversor catalisador de três vias: note os dois catalisadores separados
Há dois tipos principais de estruturas usadas em catalisadores - núcleo tipo colméia e em cerâmica porosa. A maioria dos carros usa o primeiro.
Estrutura catalítica em cerâmica tipo colméia
O catalisador de redução
É a primeira parte do catalisador. Usa platina e ródio para ajudar a reduzir a saída de NOx. Quando as moléculas NO ou NO2 entram em contato com o catalisador, ele "expulsa" o átomo de nitrogênio para fora da molécula. Com isso, o átomo fica retido e o catalisador libera o oxigênio na forma de O2. Os átomos de nitrogênio se unem com outros átomos de nitrogênio. Todos são retidos pelo equipamento, formando N2. Por exemplo:
É a primeira parte do catalisador. Usa platina e ródio para ajudar a reduzir a saída de NOx. Quando as moléculas NO ou NO2 entram em contato com o catalisador, ele "expulsa" o átomo de nitrogênio para fora da molécula. Com isso, o átomo fica retido e o catalisador libera o oxigênio na forma de O2. Os átomos de nitrogênio se unem com outros átomos de nitrogênio. Todos são retidos pelo equipamento, formando N2. Por exemplo:
2NO = N2 + O2 ou 2NO2 = N2 + 2O2
O catalisador de oxidação
É a segunda parte do catalisador. Reduz os hidrocarbonetos não-queimados e o monóxido de carbono, queimando-os (oxidação) sobre o catalisador de platina e paládio. Isso ajuda na reação do CO e dos hidrocarbonetos com o restante do oxigênio nos gases de escapamento. Por exemplo:
É a segunda parte do catalisador. Reduz os hidrocarbonetos não-queimados e o monóxido de carbono, queimando-os (oxidação) sobre o catalisador de platina e paládio. Isso ajuda na reação do CO e dos hidrocarbonetos com o restante do oxigênio nos gases de escapamento. Por exemplo:
2CO + O2 = 2CO2
Mas, de onde veio este oxigênio?
O sistema de controle
A terceira parte é um sistema de controle que monitora o fluxo de descarga e usa essa informação para controlar o sistema de injeção de combustível. Há um sensor de oxigênio colocado antes do catalisador, portanto mais próximo do motor que o catalisador. Este sensor diz ao computador do motor quanto oxigênio há no nos gases de escapamento. Sendo assim, o computador pode aumentar ou diminuir essa quantidade de oxigênio através de um ajuste na mistura ar-combustível. Este esquema de controle permite que o computador tenha certeza de que o motor está funcionando bem perto do ponto estoiquiométricoe também ajuda a certificar que há oxigênio o suficiente para permitir que o catalisador de oxidação queime o restante dos hidrocarbonetos e CO.
A terceira parte é um sistema de controle que monitora o fluxo de descarga e usa essa informação para controlar o sistema de injeção de combustível. Há um sensor de oxigênio colocado antes do catalisador, portanto mais próximo do motor que o catalisador. Este sensor diz ao computador do motor quanto oxigênio há no nos gases de escapamento. Sendo assim, o computador pode aumentar ou diminuir essa quantidade de oxigênio através de um ajuste na mistura ar-combustível. Este esquema de controle permite que o computador tenha certeza de que o motor está funcionando bem perto do ponto estoiquiométricoe também ajuda a certificar que há oxigênio o suficiente para permitir que o catalisador de oxidação queime o restante dos hidrocarbonetos e CO.
