Analisando as velas de ignição

Tecnologia avança, com a eletrônica assumindo o controle de mais componentes e sistemas, mas os conceitos mecânicos, em sua essência, continuam sendo úteis como metodologia de diagnóstico

artigo por Diego Riquero Tournier   fotos Arquivo Bosch

 

A tecnologia evolui, a eletrônica controla cada vez mais componentes e sistemas, mas, os conceitos mecânicos na mais pura das suas concepções, continua sendo útil como metodologia de diagnóstico para os motores de combustão interna.

Neste sentido, a análise das velas de ignição é uma técnica antiga, mas, extremamente eficiente na hora de identificar a qualidade da combustão que aconteceu em cada cilindro.

Desta forma, e com base na coloração, acúmulo de resíduos e outros indicadores visuais, é possível diagnosticar possíveis defeitos ou processos de combustão que aconteceram da forma correta, assim como também, possíveis falhas; um elemento importante o qual deixa sinais nas velas de ignição, é a temperatura; por este motivo vamos começar falando do processo de gestão térmico que cumpre uma vela de ignição, dentro da câmara de combustão.

Na figura 1 é possível distinguir a diferencia entre uma vela do tipo quente e outra do tipo fria; esta definição de temperatura operacional, é conhecida como o grau térmico de uma vela, o qual tem como objetivo primordial, manter as velas de ignição na temperatura ideal de trabalho.

Esta temperatura de trabalho, tem que ser o suficientemente quente para permitir queimar qualquer tipo de resíduo da combustão que possa vir a ficar aderido na superfície da vela, fator conhecido como temperatura de autolimpeza, mas, não pode ser extremamente quente, ao ponto de danificar ou derreter os componentes metálicos e cerâmicos de uma vela de ignição.

Para ter uma referência de valores; em média, a temperatura de autolimpeza de uma vela de ignição fica no entorno dos 450°c, e a temperatura limite de operação antes de atingir o sobreaquecimento é de aproximadamente 850°c.

Desta forma, é possível afirmar que, além da função de ignição da mistura de Ar e combustível, as velas de ignição têm a importantíssima função de regulagem da temperatura da câmara de combustão.

E a forma mediante a qual uma vela de ignição regula a temperatura da câmara de combustão, é através da dissipação térmica proporcionada pelo contato do isolador cerâmico com a carcaça metálica de vela, a qual por sua vez, dissipa temperatura com o cabeçote do motor.

Como é possível apreciar na figura 1, existem velas com isoladores cerâmicos mais distantes da carcaça metálica, e outras velas com isoladores cerâmicos mais próximos da carcaça metálica da vela de ignição.

A distância a ser percorrida na cerâmica (superfície de absorção de temperatura), determinará a capacidade da vela de ignição, para dissipar a temperatura de forma mais rápida ou demorada.

Desta forma, uma vela com menor distância na dissipação de temperatura será considerada uma vela do tipo fria, e uma vela com maior distância de dissipação, será considerada uma vela do tipo quente.

Com esta base de gestão térmica de uma vela de ignição, vamos analisar algumas das principais características visuais que podemos identificar na hora de realizar uma análise do comportamento da combustão de um motor ciclo Otto.

Na figura 2 vemos uma vela de ignição com sinais de um funcionamento normal após uma certa quilometragem. Reparem que pequenos acúmulos de resíduos da combustão, podem ser considerados normais, o que realmente importa no sentido da análise visual, é a mudança das cores conforme as superfícies ficam mais distantes do eletrodo central.

Neste sentido, a evidência de uma combustão que se desenvolveu de forma eficiente em termos de temperatura e queima da mistura, estará caraterizada pela presença de uma coloração, mas clara (esbranquiçada), no centro da vela, na região mais perto do eletrodo central, e um escurecimento gradativo, na medida que se afasta do centro e chega na superfície externa da carcaça da vela, como mostra a figura 2.

 

As cores mais claras, som sinais de temperaturas elevadas, e as cores mais escuras são evidências de temperaturas um pouco menores as quais ao longo do tempo permitem um acúmulo reduzido de carbonização superficial, ainda contando com uma fina camada de carbonização no diâmetro externo da carcaça, este fenômeno pode ser considerado como normal, dentro de uma utilização prolongada até a chegada do período de substituição das velas de ignição.

A carbonização seca conforme apresentada na figura 3, acontece quando existe um excesso de combustível na formação de mistura (mistura rica), o que determinará uma queima incompleta que gera resíduos de combustão.

Outra causa provável de carbonização seca, está determinada pela impossibilidade de atingir a temperatura de autolimpeza; esta última condição (combustão fria), pode ser provocada por um grau térmico incorreto da vela de ignição, ou pelo funcionamento do motor por longos períodos em temperaturas inferiores as estabelecidas para o motor como a sua temperatura normal
de operação.

A carbonização oleosa figura 4, como a própria palavra diz, refere-se a presença de óleo de motor na câmara de combustão, o qual inexoravelmente se depositará nas velas de ignição.

Esta condição pode apresentar-se em único cilindro, ou em todos os cilindros dependo do tipo de avaria mecânica que permite a entrada de óleo em excesso na câmara de combustão.

A formação de coque figura 5, produto de resíduos e impurezas provenientes de combustões incompletas, são o resultado da presença de produtos contaminantes, geralmente derivados de componentes químicos que adulteram a formulação original do combustível.

O mesmo fenômeno também pode ser originado pela presença de combustíveis degradados pela ação do tempo (gasolina envelhecida).

A presença de resíduos ferrosos aderidos na vela de ignição figura 6, também responde a presença de elementos contaminantes no combustível; além da contaminação com componentes químicos, os resíduos ferrosos podem indicar a presença de água na câmara de combustão, a qual se infiltra em pequenas quantidades por falta de estanqueidade na junta do motor ou trincas no cabeçote, assim como, por pequenas filtrações de água que entram diretamente na câmera de combustão pelo coletor de admissão.

O sobreaquecimento figura 7, de uma vela de ignição pode ter diferentes causas; por um lado, a própria vela de ignição com um grado térmico equivocado (vela muito quente para o motor), pode ser apontado como uma das causas do derretimento de elementos metálicos da vela (eletrodos e cerâmica), gerando danos de alto potencial de destruição ao motor.

Outro elemento que gera uma alta temperatura na câmera de combustão, com impacto direto na integridade da vela de ignição, está relacionado com a formação da mistura ar/combustível, a qual pode ser muito pobre, fator que eleva de forma drástica a temperatura instantânea da queima do combustível, ao ponto que o papel de gestão térmica que a vela de ignição cumpre dentro da câmera de combustão, não seja o suficientemente eficiente, para conseguir uma dissipação térmica que proteja os componentes metálicos antes de atingirem seu ponto de fusão.

Não podemos deixar de considerar outras causas decorrentes de possíveis falhas no sistema de arrefecimento do motor, as quais elevem a temperatura de funcionamento do motor, ao ponto de provocar problemas de sobreaquecimentos das velas de ignição.

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