Velas de Ignição para automóveis

Dica do amigo Ricardo Macari via twitter: Vela de ignição de motores poderá ser substituída por laser: link

Iniciamente vamos entender melhor o processo de ignição das velas onde utiliza-se uma descarga elétrica gerada pela bateria do veículo que é elevada pela bobina e distribuída uniformemente entre os cilindros de forma sincronizada com o movimentos dos pistões para gerar o movimento (Ciclo Otto: 1º admissão, 2º compressão, 3º combustão e 4º escapamento).

Quando o cilindro é preenchido com a mistura do combustível e ar, em seguida esta mistura é comprimido e ocorre uma descarga elétrica (faísca) que detona esta mistura que passa a ser composta de gases queimados so pressão. Esta transformação de combustível e ar em gases queimados faz com que a pressão dentro do cilindro aumente e o pistão é forçado pra baixo e inicia-se um novo ciclo, então seria interessante uma "faísca" mais efetiva com maior tempo de queima ou na tensão, o que permite usar uma abertura maior entre o eletrodo da vela e o aterramento (conhecido como GAP).

De uma forma bem simples, para melhorar a faísca, poderia alterar o "GAP" ou formato do aterramento e o eletrodo da vela, o que teoricamente gerar uma "faísca" com uma superfície maior, mas a limitação seria relação tensão/corrente e o tempo de queima originais. Teria uma melhora, mas não tão expressiva.

Para melhorar a eficiência da vela em sí, aumentando a explosão obtida é preciso melhorar a relação tensão/corrente e especialmente o tempo de queima. Isso pode ser feito utilizando uma segunda etapa de elevação da tensão e o tempo de queima entre a bobina original e a vela. Este circuito precisa elevar a tensão (em volts), sem alterar muito a corrente (microampéres) e aumentar o tempo de queima (em milisegundos).

Pelo pouco que sei de eletrônica, para elevar tensão se usa um circuito MAT (muito alta tensão) como nos circuitos dos fly-back de monitores CRT (tubo) que basicamente utiliza capacitores e diodos para a carga ir sendo acumulada e passada ao próximo capacitor, utilizando um diodo para a carga ter sentido (não voltar ao capacitor anteior), cada capacitor ao receber uma carga X passa à frente até você ter a tensão desejada. Não se deve alterar a corrente para que a faísca não corroa o metal do pistão ou mesmo da vela ou do bloco do motor. Para aumentar o tempo queima, apenas um capacitor (que pode ser o mesmo que eleva a tensão) faria a função sem problemas, liberando a carga quando a mesma chegar a um valor X por mais tempo, lembrando que esse processo de carga dos capacitores tanto para a tensão como para o tempo de queima precisa ocorrer em poucos milisegundos, sincronizado com o movimento dos pistões e, dependendo dos componentes ou o circuito utilizado seria necessário até atrasar o ponto do motor para compensar este tempo. Este atraso é utilizado em preparações de motores para competição, algo que não é meu objetivo, mas este seria o caminho, pois quando mais você desejar armazenar para acumular e elevar a tensão e o tempo de queima, mais tempo você leva e precisa calcular precisamente para que o tempo da carga e descarga (queima) seja compatível com o movimentos dos pistões do motor.

Outros objetivos, como minimizar as emissões, tornam-se prioridade quando não é necessária potência máxima. Isto pode ser acançado, por exemplo, com menor quantidade de combustível ou 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 (NO_x), 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

Existem produtos comerciais que fazem extamente este processo, cada um a seu modo, com vangatens e desvantagens, mas o benefício básico é uma queima melhor, com um tempo maior com uma faísca que dura mais tempo o que permite que o motor injete menos combustível e mais ar, aumentando a eficiência da queima obtendo até maior compressão, mesmo com menos combustível. Um efeito "colateral" interessante seria que o que difere a gasolina do etanol do ponto de vista do motor seria a quantidade, pois os dois queimam... mas é preciso uma quantidade maior de etanol para obter a mesma compressão que a gasolina, então como a vazão nos bicos injetores vai ser menor, poderia-se utilizar uma mistura de gasolina e etanol desde que se respeite a vazão a 100% do bico injetor e a quantidade necessária de combustível no momento que o motor está no giro "ideal" (seu motor aceita 6, 7, até 8 mil giros mas a faixa ideal é próxima aos 3 a 5 mil giros, dependendo do projeto de cada motor). Exatamente por isso que o bico específico para etanol tem 30, 40% mais vazão que o da gasolina. Também é preciso lembrar que o etanol é corrosivo para algumas peças, especialmente a bomba de combustível, filtro de combustível e mangueiras do combustível, então em uma conversão correta esses detalhes precisam ser levados em conta e alguns ou todos esses componentes precisam ser compatíveis com a mistura que for utilizada. O benefício se extende a outro combustível: GNV e a turbo compressores nos quais SEMPRE se diminui o GAP das velas porque ou o combustivel não consegue queimar porque faísca é fraca (GNV) ou o motor está girando tão mais rápido que a faísca é fraca demais para queimar a maior quantidade de combustível (Turbo Compressor)... uma ignição mais eficiente permite inclusive as duas coisas: Turbo Compressor com GNV.

Voltando às velas, uma opção muito interessante seria a Pulstar™ que conseguiu incorporar a idéia de aumento da tensão e tempo de queima "dentro" de uma vela com o formato similar a uma vela padrão:

diferença da faísca:

Gostaria de deixar bem claro que não sou engenheiro mecânico e não tenho moral de dizer que tudo isso está 100% correto, mas a lógica me diz que isto faz muito sentido, por isto estou compartilhando minha pesquisa. Tentei simplificar ao máximo o processo para facilitar o entendimendo sem prolongar demais o texto, mas as fontes levam a uma possiblidade de estudo dos detalhes relacionados a todo o processo. Também não tenho nenhum acordo com as empresas e produtos aqui citados, se foram citados é porque tem muita relevância ao assunto.

Fontes:

peswiki zikforum performanceunlimited pulsar cmracing msd comotudofunciona
e claro, o oráculo conhecido como google :c)