Sistemas de tratamento dos gases de escape modernos no âmbito das alterações nas propriedades dos lubrificantes de motor. o filtro de partículas diesel e o impacto na degradação dos lubrificantes de motor

Qualquer pessoa que esteja familiarizada com os princípios de funcionamento dos motores de combustão interna sabe que um mau funcionamento do motor e dos sensores e acionadores que o suportam pode levar à falha dos sistemas de pós-tratamento dos gases de escape. Existem vários exemplos dessas falhas e do mau funcionamento do sistema de gestão do motor, sendo que os mais frequentes são o desgaste mecânico (incluindo o consumo de lubrificante), problemas no sistema de injeção (por exemplo, injetores defeituosos ou codificados incorretamente ou fora de tolerância), turbocompressor defeituoso (regulação incorreta do acionador da válvula de escape, geometria variável do VNG), mau funcionamento do caudalímetro e/ou do sensor de pressão de admissão, ligações elétricas defeituosas, entre outros. 

Vejamos se esta afirmação é igualmente válida ao contrário. Será que as falhas nos sistemas de pós-tratamento dos gases de escape podem causar avarias no motor? Em caso de avaria dos sistemas de pós-tratamento dos gases de escape, o lubrificante de motor pode causar, em condições extremas, avarias no motor? 

Dado que a resposta não é simples, sugerimos a seguinte resposta a esta questão: 

Para se familiarizar com as noções básicas, recomendamos que faça um curso de formação sobre lubrificação e lubrificantes disponível na plataforma de e-learning gratuita da Castrol: "Campus de aprendizagem": 

https://thelearningcampus.bp.com/uxp/login  

Se já soubermos as noções básicas de tribologia e lubrificação de mecanismos, podemos avançar para a próxima parte deste artigo, sendo que neste ponto apenas iremos relembrar os conceitos necessários. 

Os cursos de formação da Castrol para parceiros empresariais contêm uma parte importante dedicada aos lubrificantes para motores de automóveis. Nestes cursos, aprendemos que a redução da fricção e do desgaste são as funções básicas de um lubrificante, mas que este também tem de desempenhar outras funções (por exemplo, proteger as superfícies contra o desgaste e a corrosão, arrefecer o motor, evitar a acumulação de contaminantes e mantê-los suspensos no lubrificante, manter as superfícies limpas, selar a câmara de combustão, entre outros). 

Por isso, vale a pena relembrar que os lubrificantes de motor têm de desempenhar uma série de funções para garantir que o motor é capaz de funcionar eficientemente durante longos períodos sem se danificar e sem prejudicar o ambiente. 
As várias funções dos lubrificantes de motor estão relacionadas com os componentes individuais de que são feitos.  

Por exemplo, garantir a limpeza dos componentes do motor (sobretudo pistões e anéis do pistão) e manter os contaminantes suspensos no lubrificante (sobretudo óxidos, vernizes e partículas sólidas) são funções suportadas por aditivos denominados detergentes e dispersantes. 

Além disso, a utilização de polímeros conhecidos como modificadores de viscosidade permite a manutenção das caraterísticas de fluidez do lubrificante adequadas à aplicação, o que garante uma lubrificação eficaz dos componentes do motor em toda a gama de temperaturas externas e internas em que o motor tem de operar. 

Estes polímeros abrandam a redução da viscosidade do lubrificante a altas temperaturas e, a baixas temperaturas, permitem reduzir o ponto de fluidez. Este comportamento justifica a designação de Melhoradores do Índice de Viscosidade (VII). 

Ao longo do tempo, a tecnologia utilizada na engenharia de motores tem evoluído de forma significativa. Atualmente, queremos que os motores sejam mais eficientes, mais potentes, mais pequenos e menos poluentes ao mesmo tempo. Vamos agora debruçar-nos sucintamente sobre os novos desafios que os lubrificantes de motor enfrentam com o advento dos sistemas avançados de pós-tratamento dos gases de escape. 

Resumidamente, já não é suficiente que os lubrificantes desempenhem apenas as funções enunciadas no início do artigo (relacionadas apenas com o bom funcionamento do motor); também têm de desempenhar novas funções relacionadas com o bom funcionamento dos sistemas de tratamento dos gases de escape. 

Atualmente, é comum descrevermos os lubrificantes de motor através de caraterísticas como o teor de cinzas sulfatadas, fósforo e enxofre (SAPS) 

Determinados aditivos, como os compostos de fósforo e enxofre, revelaram-se muito úteis para aumentar o desempenho dos lubrificantes clássicos (propriedades antidesgaste, resistência à oxidação, contribuição para a manutenção da limpeza do motor), mas uma concentração elevada destes aditivos pode estragar e danificar o catalisador e levar à acumulação de SAPS no filtro de partículas do motor.   

As cinzas sulfatadas são o resultado da combustão do lubrificante de motor (em grande medida devido à utilização de aditivos antidesgaste e detergentes no componente do lubrificante).  Dado que os depósitos de cinzas sulfatadas não são combustíveis, não é possível removê-los no processo de regeneração do filtro de partículas diesel. Consequentemente, estas cinzas acumulam-se no filtro DPF e reduzem a sua eficiência até este ficar totalmente bloqueado.  

Por esta razão, é possível tirar desde já a primeira conclusão prática:  nunca adicione qualquer aditivo ao lubrificante, independentemente das opiniões favoráveis dos fabricantes! 
Se estes produtos forem fabricados com compostos metálicos ou formadores de cinzas após a combustão, podem na realidade ter um efeito positivo em algumas das funções básicas do lubrificante de motor (como uma maior limpeza do motor), mas, ao mesmo tempo, podem danificar irreversivelmente o sistema de pós-tratamento dos gases de escape. 
 

Durante a utilização de um lubrificante no motor (o intervalo de mudança de lubrificante), o lubrificante será contaminado com uma série de substâncias (como combustível, partículas resultantes do desgaste de peças metálicas, óxidos, ácidos, água, entre outros) 

Estes contaminantes provocam alterações físicas e químicas no lubrificante, que podem levar à perda do índice de viscosidade ou à degradação térmica. Caso as alterações sejam suficientemente acentuadas, podem levar à degradação viscosa ou térmica do lubrificante, o que, por sua vez, origina problemas de desempenho do motor, incluindo o risco de uma falha catastrófica do motor. 

A "degradação da viscosidade" é um fenómeno gerado sobretudo pela diluição do lubrificante de motor com o combustível ou pela ocorrência de locais no sistema de lubrificação que desgastam consideravelmente a película de lubrificante e, ao mesmo tempo, os polímeros modificadores de viscosidade (em que as ligações principais entre as moléculas se partem), o que reduz a sua eficácia na manutenção de um índice de viscosidade elevado. 

Como consequência da perda de viscosidade, a película de lubrificante formada entre as duas superfícies que se movimentam entre si será mais fina e não será capaz de suportar a tensão que um lubrificante sem perda de viscosidade pode suportar facilmente. Isto pode resultar num maior desgaste do motor, sobretudo nos rolamentos da cambota e nos anéis do pistão.

No fundo, a degradação térmica é uma alteração das propriedades do lubrificante de motor resultante do calor excessivo e/ou da exposição prolongada ao calor. Isto reduz significativamente a capacidade do lubrificante de manter uma película protetora e resulta na sua degradação. Este processo é igualmente potenciado pela presença de impurezas no lubrificante.

 

No próximo artigo, será abordado este fenómeno (a degradação térmica) e os seus efeitos.

Filtro de partículas e perda de viscosidade (degradação da viscosidade)

 

Com a entrada em vigor das normas Euro 4, o tratamento dos gases de escape tornou-se mais complexo, sendo acrescentado um filtro de partículas (PF) ao catalisador já existente. Geralmente, é abreviado como PF (filtro de partículas), mas as designações mais comuns são DPF (filtro de partículas diesel) e GPF (filtro de partículas de gasolina). O texto seguinte aborda sobretudo o DPF em virtude da sua popularidade, mas os processos abordados são idênticos tanto para os motores a diesel como para os motores a gasolina.

 

A função primária do DPF/GPF consiste em reter as partículas nos gases de escape, de modo a evitar a sua libertação na atmosfera e a poluição associada. Enquanto o motor está a funcionar, os gases atravessam praticamente a parede cerâmica do filtro, enquanto a fuligem é armazenada no filtro.

A acumulação crescente de fuligem no filtro faz com que seja necessário "limpar o filtro". Geralmente, este processo é designado como regeneração ou pós-combustão. O início do processo de regeneração é iniciado pela unidade de controlo eletrónico (ECU). Este processo ocorre quando o sinal dos sensores de pressão do DPF assinala que a diferença de pressão antes e depois do filtro excedeu um determinado limite, o que sugere que o filtro está cheio. Também é possível regenerar o filtro em função de um determinado número de arranques e de horas de funcionamento. 
Esta regeneração é, de facto, uma combustão controlada de partículas de fuligem acumuladas (ricas em carbono). 
Como se dá o início da combustão? O aumento da temperatura do filtro de partículas é controlado com precisão (através de, pelo menos, dois sensores de temperatura colocados a montante e a jusante do filtro). No fundo, para aumentar a temperatura, o sistema serve-se dos recursos de que dispõe, ou seja, do combustível.  
Existem sistemas que têm um injetor adicional que distribui uma quantidade controlada de combustível diretamente no sistema de escape antes do filtro de partículas diesel. O combustível queimado aumenta a temperatura e regenera o filtro. 

Este sistema dispõe de um injetor (geralmente abastecido com combustível de uma bomba elétrica no reservatório ou de uma bomba de transferência, ou seja, a uma pressão inferior em, pelo menos, duas ordens de grandeza à fornecida aos injetores que servem o motor) localizado no sistema de escape a montante do filtro de partículas diesel. 

Uma outra abordagem habitual (com a vantagem de ser mais económica) consiste em utilizar injetores já presentes no motor. O papel principal destes continua a ser "abastecer" o motor com combustível (nos sistemas a diesel diretamente para a câmara de combustão), mas têm a opção de desempenhar uma segunda função que consiste em introduzir uma quantidade adicional de combustível no motor, que não é queimado na câmara de combustão e é enviado para o filtro com o objetivo de ser regenerado. 

Uma representação visual que descreve este processo são os sinais de corrente e tensão através dos quais os injetores do sistema Common Rail são controlados. Segue-se um exemplo:

Na imagem 6, é possível observar que, durante o ciclo de ralenti do motor, o injetor abre (e fecha) quatro vezes, de modo a permitir que uma quantidade controlada de combustível entre na câmara de combustão a alta pressão. 

Os três primeiros sinais (dois de pré-injeção e um de injeção principal) correspondem à "porção de diesel" que um determinado cilindro recebe para garantir a combustão adequada do combustível e realizar o trabalho pretendido pelo motor. O último sinal em destaque, denominado pós-injeção, representa a parcela de diesel que não contribui para o binário do motor, sendo apenas utilizado para efetuar a queima do filtro de partículas diesel. Esta última injeção, que ocorre com um atraso, só acontece depois de a unidade de controlo eletrónico ter iniciado o processo de regeneração do filtro de partículas diesel. 

Na prática, o combustível que é enviado para a câmara de combustão durante a pós-injeção sai da câmara de combustão na altura da abertura da válvula de escape, atingindo assim o coletor de escape e depois o catalisador e o filtro de partículas diesel, o que garante a limpeza (queima da fuligem) deste último. 

Infelizmente, parte do combustível injetado acaba nos anéis do pistão, escorre pela camisa do cilindro e, por fim, mistura-se com o lubrificante de motor, o que provoca a diluição do lubrificante com combustível. Isto é inevitável devido à construção e ao funcionamento do sistema e, ao mesmo tempo, é a maior desvantagem deste sistema! 
A utilização prolongada do veículo no trânsito citadino, a utilização de combustível com demasiado biocombustível ou o funcionamento com falhas no sistema de recirculação dos gases de escape ou nos sensores e acionadores que gerem o funcionamento do motor são apenas algumas das condições de funcionamento que podem originar situações onde é possível que a regeneração do filtro não seja efetuada corretamente. Consequentemente, a unidade de controlo eletrónico irá iniciar a regeneração do DPF com muita frequência e a diluição do lubrificante com combustível irá aumentar mais rapidamente. 

Por conseguinte, pode ocorrer uma degradação da viscosidade do lubrificante de motor, inclusive pouco tempo depois de uma mudança de lubrificante, caso os sistemas de gestão do motor e de tratamento dos gases de escape não estejam a funcionar devidamente. Os problemas mais graves incluem o funcionamento de um veículo com um filtro DPF, no qual se acumularam grandes quantidades de cinzas sulfatadas, enxofre e fósforo. Isto pode fazer com que o procedimento de pós-combustão seja acionado com muita frequência, o que, por sua vez, fará com que o lubrificante se dilua rapidamente com o combustível. Se o filtro DPF não for substituído nestas circunstâncias, o desempenho do lubrificante de motor irá deteriorar-se mais rapidamente, com todas as consequências que lhe estão associadas. 

O que é que vale a pena reter aqui?

 
Os sistemas de pós-tratamento dos gases de escape, em particular o DPF, têm de ser preservados em perfeitas condições técnicas. Uma avaria deste sistema pode levar a uma rápida diluição do lubrificante de motor com o combustível e à perda de viscosidade e, em condições extremas, a uma avaria grave no motor. 

Antes de mudar o lubrificante, é recomendável fazer um diagnóstico do sistema (através da leitura dos códigos de erro, caso tenham sido registados) e avaliar o nível de abastecimento do filtro de partículas diesel. 

É possível um cenário em que o filtro de partículas diesel esteja 95% cheio de partículas de fuligem e cinzas, pelo que a unidade de controlo eletrónico irá acionar a regeneração do filtro de partículas imediatamente após uma mudança de lubrificante. Se o lubrificante de motor for mudado agora, pouco tempo depois da manutenção, ocorrerá o processo de regeneração e o lubrificante de motor será parcialmente diluído com combustível. 

Relativamente aos sistemas que utilizam injeção secundária, iniciar o processo de regeneração do filtro através de um ensaiador de diagnóstico antes de substituir o lubrificante irá garantir o maior tempo possível até que ocorra o primeiro processo de regeneração espontânea e, assim, o risco de diluição do lubrificante com combustível será menor! 

Para se certificar de que o lubrificante de motor que utiliza tem as propriedades e o desempenho ideais (incluindo um pacote de aditivos específico para proteger o seu motor e o sistema de pós-tratamento com que irá trabalhar), escolha o lubrificante adequado para o seu automóvel no site da Castrol: 

Desta forma, tem a certeza de que escolhe o lubrificante certo, especialmente concebido para proteger o seu motor: tanto diretamente (ao garantir a lubrificação ideal) como indiretamente (ao proteger o sistema de pós-tratamento).