Adequação do Land Rover Defender à Inspeção Veicular utilizando um sistema de filtro

Histórico: Nossa oficina foi aberta em 1998, especializada em veículos 4x4 em geral, mas já tínhamos a intenção de nos especializarmos na marca Land Rover. Isso ocorreu pela minha experiência anterior na concessionária e também pela preferência pela marca que deste 1972 marcou a minha vida, quando meu Pai comprou seu primeiro Land Rover.
Minha experiência anterior como Engenheiro Automotivo no desenvolvimento de peças para os fornecedores da montadora me forneceu o “background” necessário para o projeto que irei descrever detalhadamente nesta matéria.

O LAND ROVER DEFENDER

Em 1999 a Land Rover, então propriedade da BMW, resolveu iniciar a montagem do modelo Defender em suas diversas versões (90; 110 e 130) aqui no Brasil. Figura 1.

Utilizou-se o motor desenvolvido pela ROVER na Inglaterra, que autorizou a fabricação deste mesmo motor aqui no Brasil para a MAXION, este motor de 2,5 litros de deslocamento, 4 cilindros, injeção direta, bomba injetora rotativa (Bosch) com LDA, equipou a Mercedes Sprinter, a F1000 e a Ranger (Ford) e algumas versões da Chevrolet S10. O motor cujo “codinome” é 300 TDI (Turbo Direct Injection) tem características de um motor HS (High Speed – Alta Rotação) e se adequa muito bem à utilização veicular pois pode atingir 4.600 rpm com uma “sensação” de dirigibilidade muito próxima à obtida com motores do ciclo Otto.

A Land Rover inglesa não mais utilizava esta motorização para o Defender fabricado na Inglaterra por não ter obtido sucesso na homologação destes motores para a especificação EURO II,já vigente na Europa, lá utilizavam o motor TD5 de 5 cilindros e com sistema de injeção do tipo “bico/bomba”.

Aqui no Brasil, a equipe de desenvolvimento de Engenharia da MAXION conseguiu, com modificações leves no cabeçote, câmara de combustão e injeção, homologar este mesmo motor para a especificação EURO II. Figura 2.

O Defender de então era vendido com o motor 2,5 desenvolvido no Brasil e montado na fábrica que antes montava os trailers da Kharmann Ghia.

O modelo que serviu de protótipo para o teste continua sendo de minha propriedade e continua equipado com o DPF que é motivo desta matéria.

O PROBLEMA

 Inconformado com o sistema de medições adotado pela Controlar, dei início a uma “luta” para que esta (única empresa contratada para executar os laudos de emissão em São Paulo, Capital) entendesse que o procedimento não estava correto. Figura 3.

O problema se concentrava inicialmente na variação excessiva de valores de opacidade entre as acelerações, o que deveria ser um teste executado em condições laboratoriais (conforme norma ABNT) estava sendo feito ao ar livre, com diversas condições fora de controle (por exemplo temperatura ambiente).

Tornou-se a “tortura” do reparador diesel (mesmo os mais experientes) fazer um carro com bomba injetora mecânica (a grande maioria à época – estamos falando de 2008) executar o teste e obter um “APROVADO” na Controlar.

Em conversas com proprietários de veículos providos com motor ciclo diesel e com diversos reparadores, algumas soluções “mágicas” começaram a surgir como “10% de querosene” no tanque, retirada do filtro de ar, lavagem do sistema de escapamento, aumento da pressão da turbina e até mesmo o estrangulamento da bomba injetora.

A partir de meados de 2010, depois de muita insistência dos proprietários e reparadores, a Controlar modificou a maneira como os motores eram testados, flexibilizando a variação entre as acelerações. Mesmo assim ainda existia um “ranço” entre os auditores com reprovações subjetivas do tipo “fumaça azul” pelo escapamento, sem discussão por parte dos proprietários.
Vista a fumaça próxima ao chão, pintado de azul, com um tapete preto por debaixo, o que mais se ouvia na época era um “REPROVADO” nem mesmo dando chance para uma explicação, o que parecia ser uma reprovação simplesmente com o motivo de partir para uma segunda inspeção, pois a primeira inspeção não era cobrada. Figura 4.

Apesar de cientes que a intenção do Poder Público ao contratar a empresa de inspeções era a melhor possível, sempre resta, junto à população e aos reparadores, a impressão de que a inspeção era mais um “caça níqueis”. A nova inspeção veicular deve tentar apagar da memória (pelo menos no que diz respeito aos motores diesel com injetoras mecânicas) os anos anteriores à adequação da norma. Figura 5.

SOLUÇÃO DO PROBLEMA

Procurando uma solução técnica para o problema (como sempre foi de nosso feitio) acabamos por encontrar uma empresa na Alemanha que produz um filtro (chamado CITYFILTER®, provido de um DPF® - Diesel Particulate Filter – Filtro de Material Particulado) que poderia ser implantado no circuito do escapamento e que poderia diminuir em até 30% a emissão de particulados.

Começamos então nossa corrida para obter o primeiro protótipo.

Viajei para a Alemanha em 2010 e obtive o direito de representar a empresa no Brasil, especialmente para comercializar o dispositivo então conhecido como CITYFILTER® para o Land Rover Defender.

O CITYFILTER® é um conjunto de um catalizador e um DPF® incorporados, o catalizador tem a função de “limpar” a mistura de HC (hidrocarbonetos) que é arrastada para o escapamento nos gases aquecidos nas diversas condições do motor, logo depois se encontra o filtro em si (DPF®), que é o responsável por reter as partículas que se encontram nos gases de exaustão, deixando a queima mais limpa. Figuras 6, 6A e 6B.

O CITYFILTER® foi desenvolvido por esta empresa para que os veículos que atendem à especificação EURO III pudessem circular nas LEZ (Low Emission Zones – Zonas de Baixa Emissão) presentes em diversas capitais europeias.
Nem todos os veículos que respeitam a especificação EURO III podem ter um CITYFILTER ® instalado, é importante, ao longo do projeto, verificar se a temperatura dos gases de escape é suficiente para a regeneração do DPF ®, este procedimento requeima o material particulado preso dentro do DPF ® permitindo sua liberação ao meio ambiente não mais como material nocivo.

Era preciso portanto um sistema para estabelecer a efetividade do CITYFILTER ® no motor do Land Rover Defender que foi o protótipo de nosso projeto.

Os testes, o protótipo e o equipamento:

De posse dos desenhos do CITYFILTER® (enviados de nosso parceiro na Alemanha), que foi desenvolvido conforme as especificações da capacidade volumétrica, rotação e sistema de injeção do motor EURO II do Defender e de suas necessidades técnicas (temperaturas e diferenças de pressão), tratei de desenvolver um sistema de aquisição de dados ligado a um computador para registro embarcado destas grandezas a fim de definir a viabilidade técnica do DPF® na posição onde ele seria montado.

É preciso entender que nossa empresa (uma oficina mecânica) não tinha recursos suficientes para um sistema sofisticado, partimos então para um sistema baseado em um aquisitor de dados com 2 sensores de temperatura (um a montante e outro a jusante) e 2 sensores de pressão.

O primeiro protótipo chegou em meados de Fevereiro de 2011, o que nos permitiu iniciar os testes de homologação, o teste “de fogo” foi feito depois, em duas inspeções na Controlar, uma sem o CITYFILTER® e outra com o dispositivo.

As dificuldades foram muitas (desde a alimentação de todo o conjunto em 110V AC, embarcado) até o sensor de pressão que trabalhava com loop de corrente, mas estas dificuldades foram vencidas e o sistema funcionou.

O JIG de teste foi todo montado e utilizamos um trecho de estrada para o teste. Devido às dificuldades dos valores do investimento para outros sensores, não podíamos registrar as velocidades e rotações do motor, isso foi “ditado” em um gravador e depois comparado com os dados de temperatura (os sensores de pressão não foram usados no teste de estrada devido às dificuldades com o loop de corrente), estes somente são usados para verificar se o CITYFILTER® necessita uma regeneração ou não (diferenciais de pressão altos significam que existe uma perda de carga muito grande entre a entrada e a saída, devido a entupimento). Figura 7.

Todas as curvas de temperatura foram então enviadas para a Alemanha que aprovou o local onde o CITYFILTER® estava instalado.

Uma outra dificuldade surgiu depois que o CITYFILTER® estava homologado por nosso parceiro, a Petrobras estava com muitas dificuldades em entregar o diesel S50 para os postos de combustível, para se ter uma idéia, somente 11 polos tinham o diesel S50 em Maio de 2011. Ainda bem que este quadro logo se reverteu.

O Enxofre (o “S” constante no diesel) é um “veneno” para o DPF® assim como o chumbo tetraetila era para o catalizador!

ABERTURA DA IMPORTADORA

A fim de importar o CITYFILTER® agora homologado e aprovado para nosso uso nos Defender, iniciamos a tarefa árdua e cheia de meandros para obter a autorização de importação (RADAR). Com a ajuda de um despachante aduaneiro, enviamos toda a documentação e cerca de 6 meses depois a empresa recém-criada pôde iniciar a importação do CITYFILTER® para o Brasil.

Vendemos diversos destes dispositivos para nossos clientes que estão preocupados com o meio ambiente, entretanto a paralização da inspeção veicular e o “jeitinho” brasileiro acabam por inviabilizar qualquer projeto de diminuição da emissão de particulados aqui no Brasil. O CITYFILTER® não é um equipamento barato! Figura 8.

O DPF® nos motores mais modernos: Quando incorporado a um motor que foi projetado para ter este dispositivo instalado desde o início, o DPF® filtra 100% dos gases que são emitidos pelo motor, já o CITYFILTER® filtra somente 70%, 30% dos gases passam diretamente pelo DPF® e são descarregados pelo meio ambiente.

O CITYFILTER® é um dispositivo que melhora em muita a emissão de motores ciclo Diesel, especialmente os providos de injetoras mecânicas (com ou sem sistema de LDA) e turbinados, com alta rotação, ele pode aumentar a vida útil de caminhões, ônibus e motores estacionários, fazendo com que emitam muito menos material particulado.