Como funciona a ignição por compressão em motores de combustível gasoso da Volvo Trucks

Volvo FH Aero movido a gás (Todas as fotos fornecidas pela Volvo Trucks)

A Volvo Trucks tem modelos com motores de célula de combustível de hidrogênio em desenvolvimento, mas a empresa sueca já lançou variantes de seus caminhões FM, FH e FH Aero com motores movidos a gás natural liquefeito (GNL) e bio-GNL. Esses motores oferecem desempenho na estrada semelhante ao de seus equivalentes a diesel, mas com emissões reduzidas de CO2 e uma série de outras vantagens.

Em uma entrevista exclusiva com a Power Progress International, Daniel Bergstrand, gerente de produtos da Volvo Trucks, compartilhou detalhes sobre a tecnologia desenvolvida para dar suporte ao uso de GNL e bio-GNL nas linhas de caminhões pesados da empresa, abrangendo modelos com mais de 18 toneladas de PBT.

Daniel Bergstrand, Volvo Caminhões

Bergstrand: “Em 2007, apresentamos sete protótipos diferentes de sistemas de transmissão, incluindo biodiesel, biogás, biogás/biodiesel, DME, etanol/metanol, diesel sintético e hidrogênio/biogás. Fizemos isso para ilustrar as diferentes rotas para alcançar a redução de CO2. Hoje, temos sistemas de transmissão a diesel, com suporte a biodiesel e HVO, GNL e elétricos a bateria. Observando veículos com motores a diesel e GNL, eles são essencialmente o mesmo caminhão; não há praticamente nenhuma diferença além do motor.”

Mas que diferença! Pode-se suspeitar que as mudanças no motor diesel D13 para suportar o uso de GNL se concentrariam nos sistemas de injeção de combustível e combustão – e isso estaria correto. O sistema de injeção direta de alta pressão (HPDI) necessário para fornecer o combustível gasoso foi desenvolvido pela empresa canadense Westport Fuel Systems (uma joint venture entre a Volvo Trucks e a Westport, chamada Cespira, foi posteriormente formada para comercializar o sistema HPDI).

Para dar suporte a um modelo de combustão por compressão mais comumente usado em motores a diesel, a Westport também desenvolveu um novo injetor que utiliza agulhas concêntricas para injetar uma quantidade muito pequena de óleo diesel (ou HVO) e gás natural na câmara de combustão. À medida que o cilindro sobe e a pressão aumenta, as gotículas de diesel se inflamam, o que, por sua vez, queima o combustível gasoso para atingir a potência máxima.

Injetor de combustível HPDI desenvolvido pela Westport Fuel Systems

Com um pouco de eufemismo escandinavo, Bergstrand oferece alguns detalhes adicionais. "Essas tecnologias são um pouco diferentes de outros motores que usam GNL. O combustível piloto [diesel], que representa cerca de 7% do total usado em cada ciclo, nos permite usar o ciclo de compressão, e esse modelo de alta pressão nos proporciona potência e eficiência de combustível semelhantes às de um motor a diesel."

Entrega de combustível

O sistema HPDI é uma solução complexa, porém elegante, que permite o uso de GNL em um motor de combustão interna. Mas o sistema que leva o combustível ao motor é igualmente bem projetado, tendo a uniformidade de fornecimento como objetivo principal.

Uma bomba criogênica localizada no tanque de vácuo isolado, mantendo o GNL a cerca de -140 °C, aumenta a pressão do combustível líquido para os 300 bar (4.350 psi) necessários. Na parte superior da bomba, um vaporizador converte o GNL em GNC antes de ser enviado ao módulo de gás integrado (IGM) para atingir a temperatura e a pressão corretas. Do IGM, o combustível é direcionado ao módulo de condicionamento de gás para um ajuste final de pressão antes de ser enviado ao sistema HPDI e à injeção.

Ao desligar o motor, a válvula de corte de gás é fechada e qualquer combustível restante nos injetores e nos trilhos de gás é ventilado. Isso é feito para garantir a pressão correta nas agulhas de gás dos injetores quando o motor é reiniciado. Para evitar perdas e vazamentos desnecessários para a atmosfera, um módulo de retorno ao tanque direciona o gás restante de volta para o tanque de retenção.

O óleo diesel em um motor padrão atua como refrigerante e lubrificante – o GNL não pode atuar como lubrificante simplesmente devido à sua composição física. Mas Bergstrand afirma que não há necessidade de nenhum lubrificante adicional além do óleo do motor.

Volvo FH com tanque criogênico (lado esquerdo) para combustível GNL

Poderia ser esperado que a baixíssima quantidade de diesel utilizada na combustão resultasse em menos fuligem distribuída pelo motor e capturada no óleo, o que poderia resultar em um intervalo de manutenção mais longo. Mas Bergstrand afirma que o motor a GNL tem um cronograma de manutenção semelhante ao de um modelo a diesel.

Sem querer apresentar um número específico, Bergstrand concorda que há uma "porcentagem significativa" de componentes herdados do motor diesel básico. Mas isso pode ser mais uma vantagem do que uma desvantagem; a semelhança entre os motores a GNL e a diesel provavelmente ajudará na manutenção em viagem.

Uma das desvantagens do uso de hidrogênio como combustível, especialmente em motores de combustão interna, é o efeito prejudicial que o combustível exerce sobre os componentes, um processo conhecido como fragilização. Bergstrand explica que, com quase nenhuma interação com as peças existentes do motor, o GNL não tem os mesmos efeitos prejudiciais que o hidrogênio.

"Os sistemas de combustível são projetados especificamente para uso com GNL, então isso foi levado em consideração. Por exemplo, a tubulação usada para transportar o combustível é metálica, o que também ajuda a manter a pressão no sistema de combustível", acrescenta.

Aceitação do mercado

De acordo com a Eurogas, uma associação regional que representa empresas que atuam na cadeia de valor do gás, havia mais de 800 postos de abastecimento de GNL em toda a Europa em julho de 2025. A Alemanha tinha o maior número, com 195 postos, seguida pela Itália (173), Espanha (105) e França (91). Empresas como a Gasrec e a Calor Gas estão trabalhando para criar uma rede de abastecimento de GNL para caminhões pesados no Reino Unido.

Bergstrand afirma que o interesse do mercado por caminhões de GNL varia de acordo com a região, mas também de acordo com o uso do cliente. "A infraestrutura de apoio aos caminhões faz uma enorme diferença", explica. "Dito isso, nunca ouvi falar de um motorista que tenha experimentado nosso caminhão de GNL e não tenha gostado do desempenho."

Ele relata que os motoristas comparam a experiência de dirigir um caminhão movido a GNL com a de um a diesel, principalmente em termos de desempenho na estrada e autonomia (que se traduz diretamente em economia de combustível). De acordo com a Volvo Trucks, as variantes de caminhão movido a GNL têm uma autonomia de cerca de 1.000 quilômetros com o tanque cheio.

Reabastecimento com GNL

Claro, o reabastecimento é um pouco diferente. Em vez de um bico de combustível padrão, uma braçadeira de anel é usada para conectar a mangueira de reabastecimento ao tanque de retenção. A Volvo Trucks possui um manômetro no tanque para permitir o monitoramento da pressão interna. Ventilação durante o reabastecimento pode ser necessária, mas enquanto outros fabricantes têm respiros separados, a Volvo Trucks localiza essa válvula de escape no sistema de reabastecimento. "Acreditamos que há uma vantagem, pois há um ponto de conexão a menos. Isso torna o processo de reabastecimento mais semelhante ao do diesel", diz Bergstrand.

Outro benefício do GNL é a alta probabilidade de que combustível "ruim" seja dispensado. O diesel pode ser afetado negativamente pela água, principalmente em tanques de armazenamento mal conservados. O uso desse diesel contaminado pode afetar o desempenho do motor e danificar bombas ou outros componentes. O processo de produção de GNL (veja o quadro) remove eficazmente a água e outras impurezas, deixando o que deveria ser um combustível líquido muito próximo do puro.

Contando custos futuros

Como era de se esperar, caminhões com motores a GNL são mais caros do que aqueles com propulsão a diesel. "Novas tecnologias geralmente resultam em custos adicionais", explica Bergstrand. Dito isso, qualquer gasto adicional poderia ser recuperado por meio de um custo total de propriedade favorável – a Gasrec, sediada no Reino Unido, afirmou que o GNL pode ser entre 20% e 40% mais barato do que o diesel, uma diferença notável, caso essa informação permaneça precisa.

Bergstrand estima que a produção de veículos com motores a GNL na Volvo Trucks represente cerca de 2% do volume total. No entanto, ele afirma que a empresa espera que esse número aumente – na verdade, ele afirma que precisa aumentar. "Este é um passo muito importante na redução de emissões", enfatiza. "O uso de bio-GNL pode reduzir a emissão de CO2 do poço à roda para quase 100%. Há também a questão de que caminhões elétricos não serão uma solução adequada para todas as aplicações, e é aí que o GNL oferecerá uma alternativa de baixo carbono."

Para finalizar, Bergstrand destaca que, independentemente do interesse atual do mercado, a Volvo Trucks oferecerá caminhões movidos a GNL no futuro próximo.

Algumas pessoas falam de caminhões movidos a GNL como se fossem uma tecnologia de transição. Nós não pensamos neles dessa forma. Acreditamos que isso seja parte da solução para o futuro: a capacidade de operar com combustíveis renováveis. É uma parte fundamental da nossa estratégia tripla, na qual caminhões movidos a bateria elétrica, célula de combustível de hidrogênio e motores de combustão interna movidos a combustíveis renováveis, como bio-GNL e hidrogênio, apoiarão as metas de zero emissões líquidas da nossa empresa e dos nossos clientes.

Vendas de caminhões de GNL em alta

Volvo FH Aero - motoristas gostam da semelhança entre dirigir caminhões a diesel e a GNL

Em maio de 2025, a Volvo Trucks relatou uma demanda crescente por seus modelos com motores GNL e bio-GNL, com mais de 8.000 unidades vendidas em todo o mundo.

Os principais mercados para caminhões movidos a combustível gasoso foram Suécia, Noruega, Holanda, Espanha e Reino Unido.

“Muitos dos nossos clientes optam por substituir seus caminhões a diesel por caminhões movidos a gasolina como uma maneira fácil de reduzir suas emissões de CO2 aqui e agora”, disse Jan Hjelmgren, chefe de Gerenciamento de Produtos da Volvo Trucks.

Ele continuou: “Os caminhões movidos a gás da Volvo são uma verdadeira vantagem para as empresas de transporte, pois podem combinar um menor custo de propriedade com uma pegada de carbono reduzida e produtividade mantida.”