Monóxido de carbono
As emissões de CO sao controladas pelo coeficiente de excesso de ar nos motores de igniçao por faisca (ver Figura 116).
Em motores Diesel as emissões de CO sao inferiores a 0 e, por isso, nao tem urna grande importancia.
Os níveis de CO nos gases de escape de motores de igniçao por faísca sao inferiores aos que se verificam no interior da camara de combustao, mas superiores aos valores de equilíbrio para as condições de escape. Isto quer dizer que os níveis de CO no escape sao controlados pela cinética química.
Hidrocarbonetos (HC
A emissao de hidrocarbonetos é conseqüência da combustao incompleta do combustível. O nível de hidrocarbonetos nao queimados é especificado com base na concentraçao de hidrocarbonetos expressa em termos de partes por milhao (ppm) de atomos de carbono (C¡).

Os hidrocarbonetos também aparecem devido a passagem de gases para o carter ou por evaporaçao no depósito de combustível e carburador.
HC em motores de igniçao por faísca
Os mecanismos de formaçao de HC neste tipo de motores sao
1. Extinçao da chama nas paredes da camara de combustao, ficando urna camada de mistura ar/combustível nao queimada junto as paredes.
2. Enchimento de fendas e interstícios com mistura nao queimada, que, urna vez que a chama se extingue a entrada desses orifícios, se escapa do processo de combustao primario.
3. Absorçao de combustível vaporizado nas camadas de óleo dasparedes durante a aspiraçao e compressao, seguido da desabsorçao durante a expansao e escape.
4. Combustao incompleta em alguns ciclos (seja combustao parcial ou falha de igniçao), quando a qualidade de combustao é pobre (em alguns ciclos em que a razao ar/combustível, EGR e avanço a igniçao nao estao optimizados).
Os depósitos que aparecem nas paredes da camara de combustao também fazem aumentar as emissões de HC.
Todos estes processos, excepto ma falha de igniçao, provocam hidrocarbonetos nao queimados próximo das paredes e nao no meio da camara de combustao. Assim, a distribuiçao dos HC nos gases de escape nao é uniforme.
Extinçao da chama nas paredes
existência de camadas de extinçao nas paredes mais frias da camara de combustao de motores de igniçao por faísca foi detectada experimentalmente através de fotografia e também em bombas de combustao. 7rabalhos neste último tipo de camara mostraram que parte dos hidrocarbonetos naquela camada se difunde para o meio dos gases e se oxida. Este efeito é mais acentuado no caso de as superfícies serem lisas e se encontrarem limpas.
'Mecanismo dos intersticios'
As maiores fontes dos HC nao queimados sao os pequenos volumes, fendas, fissuras, etc. na camara de combustao, onde a chama nao consegue entrar. Durante a compressao a pressao aumenta e mistura nao-queimada é forcada para os interstícios. Estes espaços sao pequenos e por isso tem urna grande relaçao
superfície volume; assim, amistura é arrefecida facilmente para urna temperatura próxima da parede. Durante a combustao a pressao continua a aumentar e mistura nao-queimada continua a entrar para os interstícios. Quando a chama chega a sua entrada pode propagar-se para o interior e queimar total ou parcialmente a mistura ou extinguir-se. Isto depende da geometria do interstício, da composiçao da mistura e do seu estado termodinamico. Quando a pressao diminui os gases regressam ao cilindro.
A importancia deste mecanismo foi demonstrada por Wentworth24, que mudou o primeiro segmento para a posiçao mais próxima possível da coroa do êmbolo, 'selando' a sua parte inferior com 'o-ring''s e obteve reduções entre 47 e 74% de emissões de HC.
Exemplo de volumes intersticiais num motor V625
Absorçao/libertaçao de HC no óleo do motor
O combustível é absorvido pelo óleo durante a admissao e compressao até a saturaçao (que depende da pressao). Durante a combustao a concentraçao do vapor de combustível diminui até zero no seio dos gases e o combustível absorvido liberta-se do filme de óleo para o seio dos produtos da combustao. Este processo continua durante a expansao e escape. Parte deste vapor de combustível oxida-se, mas outra parte, em contacto com gases mais frios, nao tem tempo para se oxidar e sai pelo escape.
Qualidade da combustao
A extinçao da chama no seio da camara de combustao antes de a frente de chama atingir a parede é urna outra fonte de emissões de HC. As condiçõesem que este fenômeno ocorre com mais facilidade sao o ralenti, com pequenas cargas (neste caso a velocidade do motor é baixa e a fracçao dos gases residuais é elevada), com diluiçao ou EGR excessivos ou misturas muito pobres ou com a combustao muito retardada (ver figura ref. ralent).
Quando a diluiçao aumenta e a temperatura e pressao durante a combustao diminuem, a qualidade da combustao (ou variabilidade) e a estabilidade de funcionamento diminuem. A qualidade da combustao é medida pelo coeficiente de variabilidade da pressao media indicada (p¡), indicando o aparecimento de ciclos de queima lenta e parcial ou falha de igniçao
em que é o desvio padrao da distribuiçao dos valores da pressao media indicada obtida em cada ciclo
Depósitos
Os depósitos na camara de combustao, que se vao acumulando, também provocam um aumento das emissões de HC. O mecanismo que leva ao aumento das emissões é também o de absorçao como no caso do óleo.
Transporte de hidrocarbonetos
Todos os mecanismos anteriores (excepto a falha de igniçao) resultam em elevadas concentrações de
hidrocarbonetos junto às paredes da camara de combustao.
Os gases próximos das paredes saem do cilindro por dois mecanismos de transporte (ver figura ref. transp.):
• arrastamento pelo escoamento originado pela abertura da valvula de escape
• formaçao de vórtices devido a deslocaçao do êmbolo durante o escape.

As medições efectuadas têm mostrado concentrações de HC nos gasesresiduais cerca de 11 vezes superiores as verificadas nos gases de escape. Estes estudos mostram que, em condições de borboleta completamente aberta, apenas 2/3 dos hidrocarbonetos, que nao sao oxidados na camara de combustao saem pelo escape (embora 95 % dos gases tenham sido expulsos). Em carga parcial a fracçao de gases residuais aumenta, estimando-se que apenas metade dos HC nao queimados é que saem pelo escape.
Oxidaçao dos hidrocarbonetos
Os hidrocarbonetos, que escapam do processo de combustao no cilindro pelos mecanismos anteriormente indicados, só aparecem no escape se nao se oxidarem durante a expansao e escape. Urna grande parte é oxidada, porque se criam condições para que se de a difusao do HC para os gases a elevada temperatura.
O aumento da temperatura no colector e conduta de escape pode diminuir a concentraçao de HC.
Resumo
As condições do motor que provocam maiores temperaturas de escape (1 elevadas, igniçao atrasada, baixa razao de compressao) e tempos de residência elevados no escape (cargas baixas) permitem as maiores reduções de HC.
A injeçao de ar ao mesmo tempo que se da o escape também aumenta a oxidaçao do HC.

HC em motores Diesel
A composiçao dos HC nao queimados ou parcialmente queimados nos gases de escape dos motores Diesel é muito mais complexa do que em motores de igniçao por faísca e abrange urna gama maior de pesos moleculares. Isto deve-se aos seguintes factos
• o gasóleo possui hidrocarbonetos nasua composiçao com pontos de ebuliçao e pesos moleculares mais elevados
• durante o processo de combustao ocorre a pirólise de alguns compostos do combustível. No processo de combustao nos Diesel podem distinguir-se 4 fases
1. atraso a inflamaçao, que é o tempo entre o inicio da injeçao e o inicio da combustao;
2. fase de combustao em chama de pré-mistura (fase rapida) em que o combustível que foi injectado durante a fase do atraso a inflamaçao é queimado;

3. fase de chama de difusao durante a qual a taxa de reacçao depende da mistura ar/combustível dentro dos limites de flamabilidade;
a fase de combustao atrasada em que continua lentamente a libertaçao de calor controlada pela mistura do combustível residual com o oxigênio em excesso e pela cinética do processo de oxidaçao.
Mecanismos de formaçao de HC (diesel
Existem duas maneiras fundamentais de aparecimento de HC nao queimado:
1. a mistura ar/combustível fica demasiado pobre para que se possa inflamar ou para sustentar a propagaçao de chama as condições existentes no interior do cilindro;
2. durante o processo de combustao principal a mistura fica demasiado rica para que se possa inflamar ou sustentar a propagaçao da chama.
Estes hidrocarbonetos podem ser consumidos lentamente durante o processo de expansao ao misturarem-se com o ar.
As Figuras 121 e 122 resumem os modos pelos quais aparecem os produtos da combustao incompleta.
De todos estes mecanismos, pensa-seque o que resulta da mistura ser demasiado pobre é o mais importante.
Mistura demasiado pobre
Quando se inicia a injeçao desenvolve-se urna distribuiçao de combustível com a correspondente razao ar/combustível. A quantidade de combustível que se encontra misturada com o ar para além do limite de flamabilidade (X «3) aumenta rapidamente.
Num spray com rotaçao a combustao ocorre na zona onde a mistura é ligeiramente pobre, mas na periferia existe urna mistura demasiado pobre que nao se inflama ou nao consegue manter o avanço da frente de chama. Esta parte da mistura só se pode oxidar por reacções de oxidaçao térmica lenta, que serao incompletas (ver Figura 123).
Os HC nao queimados desta zona poderao sair pelo escape e a sua quantidade dependera da quantidade de combustível injectada durante o atraso a inflamaçao.
A Figura 124 mostra a correlaçao entre o atraso a inflamaçao e a emissao de HC num motor de injeçao directa, para diferentes combustíveis, pressões de admissao e para urna velocidade de rotaçao
constante.
- Mistura deficiente Foram detectadas duas fontes de combustível que entram no cilindro durante a combustao e que resultam na emissao de HC devido a baixa velocidade do processo de mistura entre o ar e o combustível ou a falta de oxigênio
1. Combustível que sai do injector a baixa velocidade. A fonte mais importante é o volume do bico do injector (menos em injeçao indirecta)
2. Excesso de combustível que entra nocilindro durante certas condições de funcionamento.
Extinçao da chama e falha de igniçao
As emissões de HC sao afectadas pela temperatura do óleo e da refrigeracao: quando estas temperaturas
aumentaram de 40 para 90°C num motor de injeccao directa as emissões de HC aumentaram 30%.
Como o atraso a inflamacao foi mantido constante, o processo de mistura nao seria afectado e a extinçao da chama nas paredes seria urna fonte importante de HC dependendo do grau de incidencia do spray nas paredes.
Falhas de igniçao completas nao sao provaveis em motores Diesel pelo que nao deverao ser urna fonte importante de HC.
4 Partículas
Partículas em motores de ignigao por faísca
Existem tres classes de partículas em motores de igniçao por faísca
• chumbo
• partículas organicas
• sulfatos
A gasolina sem chumbo contéml50 a 600 ppm em peso de enxofre ( S), originando S02 no cilindro e S03 nos catalizadores, que em presenca de agua pode originar um aerosol acido. As emissões de sulfatos sao típicamente 20mg/Km
Com gasolina com chumbo ( ~ 0,15g/l) as emissões sao 100 a 150 mg/Km e sao denominadas compostos de chumbo. Muitas destas partículas depositam-se no motor e no escape e só 10 a 50% é que saem.
O uso de gasolina sem chumbo pode reduzir as partículas para 20mg/Km mesmo sem usar catalizador.
As partículas organicas nao sao problemas em motores de igniçao por faísca correctamente afinados.
Partículas em motores Diesel
As partículas emmotores Diesel sao fundamentalmente partículas organicas (fuligem), que absorvem compostos organicos. As emissões sao típicamente 0 a 0,6 gramas/Km em motores pequenos e podem atingir 0,5 a 1,5 gramas/KWh em motores de grandes dimensoes de injeccao directa. A sua composiçao é muito complexa e depende das condicoes de funcionamento e de escape. Posteriormente a sua formacao pode ocorrer crescimento, aglomeracao e oxidacao.
Os componentes solúveis, que aparecem nestas partículas, sao perigosos para a saúde e ambiente e ainda estao a ser objecto de estudos químicos e biológicos.
5 Resumo das emissões e suas implicagoes
A importancia das emissões através dos gases de escape ja foi referida na seccao 5.1.1 e ja havia sido demonstrada na California na década de 40.
Os constituintes principais dos gases de escape sao
C02
• nao é venenoso
CO
• incolor, inodoro; quando inalado numa concentraçao de 0,3% em volume provoca a morte em 30 minutos
N0X
• em presenca da luz solar e HC dao origem ao 'smog' e ozono ( 03 ) aparecendo sintonías de irritacao nos olhos e na garganta;
• o N02 é um gas castanho-avermelhado, venenoso, com um odor muito forte e que destrói os tecidos pulmonares.
HC
• juntamente com o NO sao responsaveis pelo aparecimento do 'smog' e ozono
• alguns HC sao cancerígenos
Partículas
• os compostos solúveis sao perigosos para a saúde;
• estao em estudo as suas implicacoes químicas e biológicas.