12 de janeiro de 2012

MISTURA QUENTE


Temperatura do escapamento: indicador de potência e economia


Não existe autoentusiasta moderno que um dia não tenha lido e discutido sobre a mistura ar-combustível. Nessas conversas e leituras se discute sobre potência, consumo, quebras, mas poucos conhecem muitas das minúcias e de fatos importantes a respeito dela.

Vamos começar pela História. A Primeira Guerra Mundial introduziu a mobilidade motorizada, incluindo a armada, em todas as frentes de combate. Mas a tecnologia do motor a combustão ainda estava em seus primórdios e eles eram muito ineficientes.

Nos vinte anos seguintes, a engenharia de motores evoluiu rapidamente, potencializando as grandes dimensões que tomaria a Segunda Guerra Mundial.

A história da Segunda Guerra Mundial esconde um fato pouco notado. Lendo sobre a tecnologia da época, vemos vezes sem fim o desenvolvimento dos aviões a jato, dos mísseis balísticos e da bomba atômica. Mas quase não é mencionado que a grande parte dos equipamentos usados ao longo da guerra pelos dois lados foi projetada antes de seu início, sendo apenas aperfeiçoada ao longo dela.

As exigências sempre crescentes da guerra tornavam esses equipamentos rapidamente obsoletos, mas substitutos não estavam disponíveis. As forças armadas de ambos os lados tinham que se contentar com o que tinham em mãos.

Os historiadores apontam, por exemplo, que quando o caça japonês Mitsubishi A6 “Zero” foi tornado obsoleto pelo surgimento do americano Grumman Hellcat, em vez de projetar um caça novo, a premência da guerra cancelou qualquer projeto substituto e a produção do obsoleto Zero foi incrementada para que as perdas maiores fossem compensadas.

Tal comportamento é natural, afinal momentos de guerra são também de tempos de restrição a recursos, pois eles estão direcionados ao esforço de combate. Então, durante todas as guerras longas os combatentes buscam tirar o máximo do equipamento que possuem, quer seja encontrando novos usos para eles, quer seja por novas formas de usá-los para as mesmas funções, quer seja obtendo o máximo rendimento deles. Não foi diferente na 2ª Guerra Mundial.

Esta questão se tornou particularmente importante a partir da Batalha da Inglaterra. Os alemães tomaram boa parte da Europa com grande facilidade, inclusive a França. Não havia mais inimigos a serem derrotados na extensão continental européia. O único que restava estava além do Canal da Mancha: a Inglaterra.

Hitler previu uma conquista fácil da Inglaterra, mas a realidade se mostrou bem mais difícil. Para atingir o território inglês, os alemães dependiam dos aviões da Luftwaffe, e a separação entre a ilha britânica e o continente impunham uma distância próxima à de autonomia de muitos de suas aeronaves.

Os caças Messerschmitt bf-109 que seguiam os bombardeiros Heinkel He-111 para protegê-los estavam tecnicamente à altura dos Supermarine Spitfires e um pouco acima dos Hawker Hurricanes ingleses, porém na prática se viam em forte desvantagem, pois tinham apenas 15 minutos de autonomia sobre os céus ingleses antes que atingissem o limite de combustível para retornar. Enquanto isso os caças ingleses tinham autonomia total para persegui-los e depois correr atrás dos bombardeiros sobre o próprio território.

Esta dificuldade técnica levou a frente inglesa a um impasse desgastante para ambos os lados, pois os aviões ingleses e posteriormente seus aliados americanos sofriam das mesmas limitações para atacar os alemães em território francês.

O desembarque aliado na costa noroeste francesa no Dia D tem sua importância histórica por quebrar este impasse.

Mesmo assim, era importante os aliados levar a guerra ao coração produtivo da Alemanha para poder vencê-la, e para isso, seus aviões precisavam atingir todos os limites de autonomia.

O capitão-aviador Janusz Lewkowicz, do 309º Esquadrão de reconhecimento polonês da RAF (Royal Air Force) era mais que um simples piloto de P-51 Mustang I (ainda equipado com motor Allison, anterior ao uso do lendário motor Rolls-Royce Merlin), pois ele também era engenheiro.

Capitão Janusz Lewkowicz e seu P-51 Mustang I
Entusiasmado com o desempenho e o alcance do Mustang, se pôs em um projeto pessoal, calculando rotações, empuxos, altitudes e experimentando técnicas de consumo mínimo que até então eram usadas apenas em laboratório. Seus cálculos mostraram que o Mustang podia fazer uma viagem de ida e volta da Escócia à Noruega.

Curvas de desempenho do Mustang P-51
Ele solicitou repetidamente ao Q.G. para que lhe permitissem comprovar a validade de seus cálculos, mas não recebeu qualquer resposta. Então, em 27 de setembro de 1942 decidiu prová-lo por conta própria. Decolou da Escócia, reconhecendo e atacando posições alemãs na região de Stavanger, Noruega, retornando a salvo. Os alemães, tomados de surpresa, mal ofereceram resistência.

Por seu feito extraordinário, ao mesmo tempo Lewkowicz recebeu reprimendas (ficando preso por alguns dias) e cumprimentos, abrindo a possibilidade de incursões de longo alcance não só do Mustang, mas até de caças improváveis, como o do Republic Thunderbolt P-47 e seu motor radial reconhecidamente beberrão. Também foi a bênção tão esperada pelos bombardeiros que até então tinham de se defender por conta própria em suas incursões.

O feito pessoal deste engenheiro-aviador é um dos fatos mais marcantes e desconhecidos da História da Segunda Guerra Mundial, pois mudou o curso da guerra. Ele, que nunca abateu qualquer inimigo, é considerado um dos maiores ases da aviação polonesa.

Dentre o conjunto de técnicas usadas para maximizar o alcance dos aviões, uma em especial nos é especialmente interessante: a do ajuste de mistura do motor.

Esta técnica, criada nas primeiras décadas do século 20, e refinada depois da guerra, parte do entendimento dos detalhes de como o motor a combustão transforma calor em energia mecânica útil.

Quando o motor queima mistura, costuma-se dizer que apenas um terço é aproveitado, enquanto outro terço é perdido pela refrigeração do motor e o terço final se perde junto com os gases de escapamento. Esta é apenas uma aproximação, válida para um ponto específico de funcionamento do motor, próximo à plena carga. Na marcha-lenta, por exemplo, praticamente não se aproveita nenhuma energia útil, mas o motor consome combustível e, portanto, tem rendimento igual a zero.

Monitorar as temperaturas do motor (mais especificamente da câmara de combustão) e dos gases de escapamento dão indicações bastante precisas de como o motor está transformando o calor do combustível em potência mecânica.

No painel dos aviões há dois indicadores de temperatura, voltados especialmente para elas. Essas temperaturas são indicadas pelas siglas EGT (Exhaust Gas Temperature) para a temperatura dos gases de escapamento, e CHT (Cylinder Head Temperature) para a temperatura da câmara de combustão.

Embora estas temperaturas sejam usadas para avaliar variáveis diferentes, estas variáveis operam e são monitoradas em conjunto, e em muitas aeronaves isso se reverte na união destes indicadores no mesmo instrumento no painel.
Instrumento combinado EGT/CHT
Agora vamos olhar como as leituras destas temperaturas são usadas.

EGT, Exhaust Gas Temperature

A temperatura dos gases de escapmento, EGT, é dependente da carga do motor, mas, ao contrário do que muitos pensam, não é uma boa medida do esforço que o motor está fazendo. Esta medida é avaliada pela CHT.

Em vez disso, a EGT mede a energia térmica residual, acumulada nos gases queimados que são descarregados pelo escapamento. Ela é bastante sensível à relação ar-combustível, bem como a eficiência com que a mistura é queimada, e por isso ela serve para diagnósticos com o motor em funcionamento também.

Vejamos agora como usá-la, começando pelo diagrama a seguir:

Carta de potência, consumo e temperatura de um motor, em função da mistura

Neste diagrama temos no eixo horizontal inferior a escala de relação ar-combustível e no superior, o seu equivalente em termos de fluxo de combustível, como é usado pelos pilotos.

Há duas curvas na parte de baixo: a tradicional curva de potência e a curva de economia relativa. A curva de economia é o inverso da tradicional curva de consumo específico (BSFC sigla em inglês de consumo específico de combustível ao freio) a que normalmente usamos no ramo automobilístico.

Na parte de cima temos uma família de curvas de EGT, onde cada curva está ligada a uma abertura do acelerador.

Este gráfico é referente a uma determinada rotação, e para cada abertura da borboleta de aceleração, temos uma admissão de uma certa massa de ar para os cilindros. É sobre essa determinada massa que será misturada uma quantidade variável de combustível, e onde foram medidos o consumo, a potência e a temperatura dos gases de escapamento.

No próximo diagrama, vemos um fenômeno bem marcante. O pico de temperatura dos gases de escapamento ocorre precisamente na mistura estequiométrica, qualquer que seja a abertura do acelerador.


Pico de temperatura na mistura estequiométrica
Este fenômeno será usado como referência pelo piloto nos ajustes posteriores de mistura do motor. Os aviões aliados que iam cumprir missões de incursões profundas sempre decolavam no limite máximo de combustível e de carga bélica. Estando tão pesados, subir se torna muito difícil, mas a atmosfera baixa é muito densa e aumenta muito o arrasto dos aviões, e eles precisavam subir o mais rápido que pudessem até a altitude de cruzeiro, e para isso tinham que extrair o máximo de potência dos motores.

Mas, como encontrar a mistura onde o motor obtém o máximo de potência possível?

Eles regulavam a potência do motor variando a mistura ar-combustível enviada pelo carburador até encontrar o pico de temperatura dos gases de escape naquela condição de aceleração. Uma vez reconhecido o ponto de pico, o piloto ia progressivamente enriquecendo a mistura até atingir uma temperatura de 100 ºF/37,7 °C abaixo do pico. Quando isto ocorre, o motor está trabalhando precisamente com a mistura rica de máxima potência.

É o que podemos ver no diagrama a seguir:


Encontrando a mistura de potência máxima pela temperatura EGT

Esta temperatura de pico EGT  –100 °F é chamada de “100ºF ROP” (“Rich Of Peak”) no jargão aeronáutico.

Outros motores podem ter temperaturas ROP diferentes (daí a diferença da temperatura fazer parte da indicação), dependentes de seu projeto.

Manter esta regulagem de mistura, entretanto, exige cuidados, pois o motor está produzindo o máximo de potência porém com menor eficiência, o que torna o consumo desproporcionalmente elevado, inconsistente com um avião com a missão de atingir seu limite de alcance.

Sendo assim, o piloto se esforçava para atingir o mais rapidamente possível a altitude de cruzeiro, e passar a usar a mistura de máxima economia.

E como encontrar a mistura onde o motor estaria funcionando na máxima economia?

O método para encontrar o ponto de máxima economia é muito similar ao de máxima potência, porém atingindo 50 ºF abaixo do pico ao empobrecer a mistura. Este ponto é o “50ºF LOP” (“Lean Of Peak”), e podemos ver isso no diagrama a seguir:


Encontrando a mistura de máxima economia pela temperatura EGT

Foi com a ajuda deste e de outros métodos de otimização que os aliados voaram pela Europa toda usando aviões projetados antes da guerra.

Sabendo quais eram as temperaturas ROP e LOP de seus motores, eles poderiam facilmente calibrar suas misturas para obter o máximo de potência e economia, conforme fosse conveniente a cada situação.

Por que a mistura estequiométrica é precisamente a mais quente?

Fazendo os testes adequados, vemos que a mistura muito pobre possui uma carga muito grande de ar que não é queimada. Este excesso de ar refrigera a mistura ao absorver muito do calor da queima do combustível. Sendo assim, a queima desta mistura se torna mais fria.

Atingindo uma mistura bastante rica com a mesma massa de ar constante, vemos que é o excesso de combustível que agora refrigera os gases e os resfria.

A mistura estequiométrica é balanceada, e, portanto, não possui excessos que possam refrigerar os gases queimados. Todo ar é queimado junto com todo combustível em uma combustão completa. É por isso que ela se mostra a mais quente.

Há várias considerações interessantes sobre o monitoramento da EGT.

A primeira delas é que, por trabalhar com fluxos de gases, os vários cilindros de um motor podem captar quantidades diferentes de ar em cada situação.

Hoje praticamente todas as injeções modernas são multiponto,  o que permitiria a correção de mistura por cilindro. Entretanto a controladora injeta a mesma quantidade de combustível para todos os cilindros. Os cilindros trabalham desta forma, ora com mistura levemente pobre, ora com mistura levemente rica, uns em relação aos outros.

Num carro convencional esse erro causa poucos problemas, e as emissões são compensadas pelo catalisador.

Entretanto, num motor de competição, onde cada fração de potência faz diferença, monitorar a temperatura dos gases de cada cilindro permite que a injeção de competição corrija a mistura e o avanço de ignição de forma adequada.

Com o monitoramento dos gases de escape, a injeção consegue tratar cada cilindro individualmente, como se ele fosse um motor monocilíndrico separado.


Pirômetros medindo as temperaturas EGT individuais de cada cilindro 
Então, para equalizar a potência dos cilindros basta equalizar as temperaturas dos gases de escapamento, certo? 

Errado!

Há diferenças naturais significativas de temperaturas EGT entre cilindros de um mesmo motor, e para se obter o máximo em potência e economia em cada cilindro individual, vale o método de achar a temperatura de pico para mistura estequométrica e encontrar as misturas ROP e LOP para cada cilindro.

Num motor com turbo voltado para desempenho, a mistura estequiométrica é que oferece maior impulsão à turbina. A turbina é impulsionada pelos gases altamente energéticos que são despejados, e a mistura estequiométrica é a que gera gases mais quentes. A turbina aproveita exatamente essa energia térmica para funcionar. Quando mais energia estiver disponível, mais a turbina impulsionará o compressor, e mais ar estará disponível para o motor gerar potência.

Entretanto, nem sempre a mistura estequiométrica é a mais indicada para um motor turbo.

Quando um motor aspirado abre as válvulas de escapamento, os gases são rapidamente despejados, e só sofrem restrição pelo próprio escapamento. Assim, quando os gases são descarregados, eles rapidamente esfriam, e o pirômetro que mede a temperatura lê um valor médio, e não de pico.

Quando um motor turbo faz a mesma coisa, os gases de escape são obstruídos pela turbina, e não conseguem se resfriar, permanecendo na temperatura de pico enquanto estiverem ali. A turbina do turbo opera exatamente como a turbina de uma usina elétrica. Ela antepõe uma restrição ao fluido, e este perde energia progressivamente ao passar por ela. Assim, os gases de escape permanecem quentes entre o motor e a turbina, e as altas temperaturas podem causar problemas mecânicos tanto ao motor como ao turbo.

Mantendo a mistura estequiométrica, a temperatura do coletor de escapamento fica mais alta, podendo danificar o motor e/ou a turbina.

É o que vemos na foto a seguir:


Brilho amarelo e vermelho-alaranjado indicando as diferentes temperaturas dos gases no escapamento, motor turbo

 Sensores EGT entre o motor e a turbina são importantes nos motores mais fortes para evitar quebras e desgastes acelerados em ambos, e um monitor EGT após a descarga da turbina ajuda a monitorar o seu rendimento pelo esfriamento que os gases sofrem ao passar por ela.

No caso de um motor preparado, o monitor EGT ajuda a detectar um problema de difícil diagnóstico. Um motor precisa de uma mistura muito homogênea para ter uma boa queima. Um motor original de fábrica é projetado em todos os detalhes em função desta característica.

Entretanto, quando o motor passa por preparação, as modificações podem afetar a homogeneidade da mistura (bicos retrabalhados ou mal reposicionados etc.).

Quando a mistura não fica homogênea, ao ser admitida no cilindro e receber o embalo para turbilhonar, a mistura irá se mesclar como quando misturamos tintas.


Mistura heterogênea de tintas, formando linhas

Assim como nas tintas, a entrada de uma mistura heterogênea no cilindro que depois será turbilhonada cria linhas de mistura excessivamente ricas intercaladas com linhas de mistura excessivamente pobres dentro da câmara. Evidentemente, a queima não será a ideal, mas uma sonda lambda apontará uma mistura como a esperada pois mede pela média, assim como todos os demais cálculos, mas o motor não renderá a potência esperada.

Com um monitor EGT, o problema é detectado na hora. A temperatura fica abaixo do que seria normal, porque queima parcelas de mistura pobre e rica lado a lado.

CHT, cylinder head tempetature

Enquanto a temperatura EGT é uma boa indicação do ajuste de mistura, a temperatura CHT é a melhor indicação do esforço do motor em gerar potência e do estresse a que os componentes estão submetidos.

Vamos olhar o diagrama a seguir:


Carta de curvas de potência, consumo, EGT, CHT e ICP de um motor
Neste diagrama vemos algumas curvas já conhecidas. Vemos a curva de potência, a de economia e a de EGT. Reparem que nesta curva o pico de potência ocorre a 50ºF ROP. E vemos mais duas outras curvas: a CHT e a ICP.

A curva ICP (“Internal Cylinder Pressure”) mostra a pressão média interna ao cilindro que impulsiona o pistão, e por isso é que o motor atinge o pico de potência junto com o pico de pressão.

Vemos também que a curva ICP é muito semelhante à da CHT. Embora a curva CHT não seja exatamente uma cópia da ICP, é a melhor aproximação e que é facilmente acessível para monitoramento.

As duas curvas possuem uma característica em comum: elas atingem o pico na mistura de máxima potência, o que cria uma correlação com a temperatura EGT no ponto ROP.

A importância de controlar a temperatura CHT (e, indiretamente, a pressão ICP) está em ela ser um fator limitante da vida do motor. Os componentes internos, como o conjunto móvel inferior (virabrequim, bielas, pistões e camisas) são submetidas a um esforço e temperatura proporcionais a estas duas variáveis, e quanto mais altos, mais rápido o desgaste.

Além do maior esforço, a temperatura CHT afeta o cabeçote de alumínio. Este material possui baixo ponto de fusão, mas antes disso apresenta transformações da sua microestrutura metálica. São essas transformações que causam as deformações que empenam o cabeçote.

A válvula de escapamento é outro componente crítico. Quando ela abre, fica imersa em um gás extremamente quente, e ela terá apenas o contato entre a haste e a guia e a borda da cabeça com seu assento no cabeçote para se resfriar enquanto estiver fechada. Ela pode se queimar, afetando a vedação do cilindro.

Padrões de temperatura da válvula de escapamento

Se o motor trabalhar entre a mistura estequiométrica e a de máxima potência em carga máxima, o estresse sobre o cabeçote, válvulas e sedes é máximo. Então esta é uma condição que deve ser usada o mínimo possível.


Sedes de válvula soltas por superaquecimento

Evidentemente, num motor turbo que apresenta potência superior, este fator é ainda mais crítico. Mais um bom motivo para ter um medidor combinado EGT/CHT no painel.

É importante não confundir os sensores e indicadores CHT com o sensor e o marcador de temperatura da água que equipa a grande maioria dos carros.

O sensor CHT tenta obter a leitura mais próxima da que ocorre dentro da câmara de combustão, e o ponto mais próximo disso e com fácil acesso é através da vela de ignição.

Sensor CHT

Diagnóstico

Tanto a EGT como a CHT podem ser usadas para diagnóstico de problemas do motor, podendo ser usada até mesmo para identificar e isolar o cilindro com problemas.

Um motor que queima uma determinada mistura menos eficientemente é o que produz menor potência, retirando dos gases menos energia. Assim, uma parcela maior de energia é mantida nos gases, e parte dessa energia é transferida para a estrutura do motor.

Então, qualquer problema que afete a boa queima da mistura elevará a leitura das temperaturas EGT e CHT do cilindro. Para um piloto de avião, nada mais preocupante que marcadores EGT e CHT subindo enquanto o motor funciona em regime constante, como no vôo de cruzeiro. Sinal de problemas à vista.

Efeitos de ignição anômalos, como detonação, pré-ignição ou mesmo um sistema de ignição deficiente pode ser rapidamente diagnosticado desta forma. Se o motor possuir sensores EGT individuais, uma vela que falhe intermitentemente causará uma leitura oscilante da temperatura dos gases de escapamento.

Por outro lado, esta propriedade permite ao piloto encontrar o avanço ideal de ignição para o motor.

Válvulas e sedes queimadas e desgastadas que passam a vazar também irão aumentar estas temperaturas.

Um pouco mais de história

Ao término da 2ª Guerra Mundial, havia um método muito bem estruturado para regulagem dos carburadores dos motores, assim como a instrumentação necessária. Para um piloto, o procedimento não era complicado, e pelo motor permanecer em regime constante por horas a fio sob o mesmo ajuste, ele também não era crítico.

Entretanto,  se todo o processo de ajuste for automatizado, ele poderia ser interessante para o motorista comum. Foi nisso que os fabricantes de automóveis e autopeças pensaram.

Carburadores constantemente se desregulavam, fazendo o motor perder potência e aumentar o consumo, e oferecer um carburador auto-regulado para alimentar o motor de forma ótima por um período mais longo era algo bastante desejável para fabricantes e motoristas.

Não demorou muito para que protótipos de carburadores regulados pela temperatura EGT surgissem nos laboratórios.

Entretanto, os projetistas encontraram uma limitação séria no uso da EGT como fator de regulação dos carburadores, e isso podemos observar no diagrama a seguir:

Carta de curvas de motor, indicando temperatura EGT constante

Aqui, marquei a linha de temperatura do pico deste motor com meia-aceleração (50%), a mais baixa presente. Esta linha, no entanto, encontra as linhas das outras acelerações mais altas em dois pontos: um pobre e outro rico.

Este diagrama nos diz que, para mantermos a temperatura dos gases de escapamento constante (para preservar o equipamento, por exemplo), partindo de uma mistura bem pobre chegando progressivamente até a mais rica, a aceleração do motor é inicialmente recuada para depois ser novamente avançada. O ponto de maior recuo ocorre na mistura estequiométrica.

Isto mostra que uma determinada temperatura no escapamento não especifica uma determinada potência ou uma determinada aceleração para uma dada mistura, pois é dependente das duas. Sendo assim, num veículo onde as alterações de aceleração do motor são constantes, não é possível estabelecer uma relação direta entre a temperatura EGT e a mistura adequada do carburador, de forma a usá-la como parâmetro direto de controle.

Isto ocorreu durante as décadas de 1950 e 1960, época da gasolina barata e motores muito simples. As dificuldades técnicas das mais variadas (como a falta de uma eletrônica mais sofisticada, por exemplo) e as inerentes ao do próprio processo fez com que testes surgissem e fossem engavetados vezes seguidas.

Por outro lado, estas experiências aumentaram muito o conhecimento das relações entre as curvas EGT,  CHT e ICP, abrindo o caminho para o desenvolvimento da sonda lambda e de muitos dos fundamentos por trás da moderna injeção eletrônica.

Hoje, graças ao que foi aprendido ao longo destes anos, o uso de sensores EGT e CHT é dispensável nas injeções eletrônicas atuais, mas eles podem aparecer caso as normas de emissões continuem a evoluir para valores mais restritivos, obrigando ao controle individual de mistura por cilindro.

Por enquanto, esses medidores são usados apenas em motores de competição, onde o estresse e os níveis de temperatura limitam o uso das sondas lambda, e nos testes de desenvolvimento em dinamômetros.

Motor no dinamômetro: Lambda, tubo de Pitot e pirômetro no escapamento

As temperaturas EGT e CHT são usadas há décadas por pilotos de avião, e, portanto, não são nenhuma novidade para eles.

No entanto, toda uma nova geração de injeções eletrônicas pode surgir, tirando proveito de suas propriedades para extrair o máximo em potência e economia de combustível. É o passado mostrando que ainda tem alguns trunfos tecnológicos na manga para o futuro.

O que as temperaturas EGT e CHT mostram é que há várias formas de obter potência e economia dos motores, algumas privilegiando o mínimo de desgaste, outras não, muito além do que os bate-papos  entusiásticos costumam focalizar.


AAD

51 comentários:

  1. O assunto é tão quente que queimou o post.

    Desculpem pelo contratempo.

    ResponderExcluir
  2. Leitores Evandro, anônimo de 12:44 e Daniel Shimomoto: não querem fazer seus comentários perdidos novamente?

    ResponderExcluir
  3. Marcelo Junji12/01/12 20:10

    Pergunta besta: O quê faria um motor consumir muito em marcha lenta (não é o caso com aviões, pois estes não pegam engarrafamentos nem semáforos)?
    Acho que o motor etorq 1.8 gasta muito combustível em marcha lenta.

    ResponderExcluir
  4. Nunca imaginei que um "exame de fezes" de um motor podia ser tão informativo!

    ResponderExcluir
  5. Excepcional texto do André Dantas.

    Um dos melhores que já li por aqui.

    Parabéns.

    ResponderExcluir
  6. AAD,
    E no caso das altas temperaturas associadas a misturas pobres? Principalmente entre carros de rua e de arrancada sempre há uma tentativa de deixar a mistura perto do que é considerado ideal por pilotos e preparadores, baseando-se em leituras de sonda lambda e pirômetros, mas se estiver com problemas de acerto, joga-se para mais para não haver risco de elevar muito a temperatura. Há incontáveis casos de pistões derretidos associados a isso.
    Outra coisa que achei interessante foi citar as sedes de válvula. Perdi um cabeçote por causa disso. Hoje muitos preparadores de cabeçote utilizam sedes de cromo-berílio procurando diminuir estes riscos, visto que quando sofrem retrabalho as originais ficam mais finas e aumentam as chances de algo dar errado.

    ResponderExcluir
  7. marcelo (jmvieira)12/01/12 22:02

    andei lendo sobre isso tem alguns anos, achei fascinante... foi quando descobri que os motores entregam a potencia nominal ligeiramente ricos, mas podem operar ligeiramente pobres em baixas cargas do acelerador, operando em regime. e que a regularidade do ciclo mesmo com o motor estavel no dino faz variar a pressão da combustão a cada ciclo, essa variação ocorre devido dentre outras as variações de mistura (quando inevitaveis), variações de ponto (controle de avanço) e intensidade da centelha da vela.

    ResponderExcluir
  8. A questão de controle da temperatura do escape é fundamental para máxima performacne do motor, seja um motor de carro de rua ou competição. O desenvolvimento de um coletor de escapamento especial deve levar em conta sua temperatura. Muitas pessoas pensam que se o coletor de escape esta incandecente o motor esta operando muito quente, mas não é bem assim. Muitos de meus carros ficavam com os coletores incandecentes apos forte solicitação e nunca ferveram. Em motores de competição com modernos sitemas de injeção é possivel tirar muito proveito dos coletores incandecentes. Seja na F1, WRC, Nascar, GT etc.Tanto que muitos estudos tem sido feitos principalmente em relação a dilatação dos coletores de escape em motores turbo atuais. Para ter uma ideia o coletor de escape do novo McLaren MP4-12C aumenta seu tamanho em 15 mm quando em temperatura máxima, desde a face do cabeçote ao final do sistema. Isso tem obrigado a busca por novas tecnologias em juntas que suportem maior deformação. Costumo dizer que escape, quanto mais quente melhor, EHEHHHEH. Escape frio na maioria das vezes em carros de rua significa uso do motor em baixas rotações(a ponteira nunca chega a ficar realmente quente). Assim o fluxo dos gases é prejudicado bem como a performance. Residuos solidos não são totalmente espelidos. Em motores carbonizados isso é mais critico aida. Abraços

    ResponderExcluir
  9. Repetindo o post que queimou junto com o problema. =D

    SENSACIONAL André, muito obrigado !

    ResponderExcluir
  10. André, então você acha que ainda há o que se explorar para reduzir emissões e consumo nos motores atuais mexendo somente em gestão dos motores sem tem que recorrer a regeneradores de energia e motores elétricos acoplados?

    ResponderExcluir
  11. Leonardo Werneck13/01/12 00:45

    Andre, Parabéns pelo post! Sempre me animo ao encontrar posts técnicos como os seus que ainda incluem um pouco da hestória da Engenharia.

    Tenho uma grande curiosidade e, para aproveitar a oportunidade, uma sugestão. Gostaria de saber como os parâmetros citados são influenciados pelo avanço/atraso do ponto de ignição e como o mapa de ignição ideal é concebido.
    Nos aviões antigos, o ponto de ignição, muitas vezes, era controlado pelo próprio piloto. Como ele sabia que o motor estava operando em seu ponto ideal para cada carga do motor e altitude?
    Fica a pergunta e a sugestão: A resposta poderia ser tema de um de seus próximos post.

    Grato

    ResponderExcluir
  12. Um fato curioso é que muitas tecnologias desenvolvidas e empregadas com sucesso no passado para reduzir o consumo de combustível foram esquecidas, caindo em desuso, substituidas pelas tecnologias da moda, como a atual propulsão híbrida. Um exemplo dessas tecnologias é a técnica de queima pobre (lean burn) empregada nos motores de alguns Civic da década de 90 (não no Brasil), que permitia notável redução de consumo sob condições de baixa e média carga constante (velocidade de cruzeiro). Algumas técnicas vão e voltam, como o alternador "inteligente", que só "liga" sob condições propícias, também empregado pela Honda em alguns modelos da década de 80 ou 90, tendo ficado no esquecimento por anos, até começar a ser novamente adotado em anos recentes por quase todos os fabricantes. Certamente que ainda há o que tirar em termos de eficiência dos motores de combustão interna, como é o caso por exemplo dos recentes motores SkyActiv da Mazda.

    ResponderExcluir
  13. Outro post fantástico, que outorga este blog como o melhor blog automotivo do Brasil. Vlw por compartilhar André!

    ResponderExcluir
  14. É por isso que eu gosto tanto desse blog!!!!

    ResponderExcluir
  15. Sandoval Quaresma13/01/12 08:54

    Nos gráficos onde se encontra o ROP e LOP, não entendi a razão porque foi marcada a linha horizontal que correspondem à máxima potência e máxima economia, respectivamente, com a curva de 65% de aceleração.

    ResponderExcluir
  16. Obrigado a todos pelos elogios, comentários e dúvidas.

    Marcelo Junji, o problema do consumo em marcha lenta é complexo.

    Motor de combustão interna tem um grande defeito: seu comportamento varia muito em função do regime de funcionamento, e as diferenças são dependentes do projeto.
    Quando cada motor é projetado, certas tecnologias e concepções são usadas, e depóis os detalhes são "lapidados" em computadores e dinamômetros para balancear essas características. Aqui entram as relações de compromisso.

    Veja que um motor tem de atender vários requisitos conflitantes: ele tem de ser potente, econômico, ter boa dirigibilidade e emitir poucos poluentes.
    Como eu sempre digo, na engenharia não existe o ganha-ganha, então os engenheiros tem que perder em algum lugar pra ganhar em outro.

    O motor e-Torq vem recebendo bons comentários ao longo do tempo, e eu mesmo gosto bastante desse projeto.
    Mas se ele tem alto consumo em marcha lenta, é bem provável que seja o preço que ele pague pra ser melhor em outra condição.

    Temos que analisar que hoje tem muitas coisas "penduradas" no motor e que consomem potência, em especial o alternador (que alimenta um circuito elétrico muito mais potente que os projetos mais antigos), a direção hidráulica e o ar condicionado.
    E a energia pra alimentar tudo isso vem de um só lugar: do combustível.

    ResponderExcluir
  17. Excelente post. É sempre bom ler um artigo técnico por aqui.

    ResponderExcluir
  18. Marcos, vc tocou num ponto sobre o qual quase escrevi neste post, mas ficou grande demais e eu preferi deixar pra uma outra oportunidade.
    Vou dar uma palhinha do assunto pra responder sua pergunta.

    Veja que a base do gráfico do artigo se usa uma determinada rotação constante e uma determinada aceleração constante.
    Isso leva o motor a admitir uma quantidade constante de ar, e em cima dela é que vario a mistura.
    É assim que se usa em aviões.

    Para quem usa automóveis, a referência é outra: potência.
    Ninguém controla o desempenho do carro olhando pra quanto pisa no acelerador, mas pelo comportamento dinâmico. O acelerador é aberto conforme se precisa de mais ou menos potência.

    Quando variamos a mistura, descobrimos que a mistura estequiométrica é a que oferece a maior eficiência térmica pro motor.

    Se seu motor está com mistura muito pobre, pra obter a mesma potência que vc obteria com a mistura estequiométrica, o motorista abre mais o acelerador pra entrar mais ar para que a alimentação forneça combustível suficiente para obter a mesma potência. Mas a queima pobre é mais ineficiente, e para gerar a mesma potência da mistura estequiométrica, muito mais calor é gerado, e que é perdido pela estrutura do motor e pelos gases de escape.

    Quando a nossa referência deixa de ser a admissão de ar e passa a ser a potência, vemos uma inversão do que afirmei neste artigo. Conforme se empobrece a mistura a partir da estequiométrica, até certo ponto tanto a EGT como a CHT se elevam.

    Existe uma análise semelhante quando o se passa de estequiométrica para rica, mas a análise é bem mais complexa.

    Isso é assunto pra outro post.

    ResponderExcluir
  19. Gustavo Cristofolini13/01/12 09:23

    Simplesmente excelente. Mais um daqueles posts para serem impressos e guardados junto com outros tão bom quanto este.

    ResponderExcluir
  20. Fabio Alexandre, que há espaço para melhorar os motores de combustão, isso é inegável. O problema é o quanto de espaço existe.

    Eu acompanho a evolução da injeção eletrônica desde os anos 80, e em quase todos esses anos os motores evoluiram em eficiência e emissões apenas com o aprimoramento técnico deles e das injeções.
    Mas veja o que ocorreu quando a Europa implantou a Euro 5: downsizing.
    Ninguém faria downsizing se houvesse espaço pra aprimoramentos nos motores.

    Pelo que eu venho estudando, começam a ser marginais ou conduzem a custos mais elevados que são incontornáveis.

    Todos sabem que a injeção direta de combustível é melhor que a indireta que todos usamos. Mas o custo é incontornável.
    Em carros caros esse custo se dilui parcialmente, mas impacta pesado nos mais baratos.
    O resultado é que ela não é unânime nem nos carros caros.

    Existe bastante espaço pra reduzir as emissões, mas às custas de uma redução de potência. Mas isso o mercado não aceita.

    Com legislações de emissões cada vez mais restritivas, o jeito é usar o motor da forma mais restrita possível dentro da sua faixa de maior eficiência, e é aí que entra o carro híbrido.
    Mais que isso, só indo direto pro carro totalmente elétrico.

    ResponderExcluir
  21. Leonardo Werneck, a sua resposta está no próprio texto.

    Os pilotos de aviões possuem um controle de avanço de centelha dos magnetos dos motores.

    O melhor avanço de ignição fica no fio da navalha, pois abaixo dele o motor perde rendimento, e acima dele o motor detona.

    Como o próprio texto explica, se o ponto estiver atrasado ou adiantado e detonando, o motor perde rendimento e tanto a CHT como em especial a EGT se elevam.

    Os pilotos então ajustam o avanço de olho na EGT. Eles avançam e atrasam o ponto até achar a EGT mais baixa naquela condição.

    ResponderExcluir
  22. Anônimo das 01:04, está aí uma coisa que eu comento muito.

    Existem dúzias de tecnologias adormecidas no fundo das gavetas dos projetistas.
    Fora a parte eletrônica, evidentemente, quase tudo que é tecnologia usada em motores surgiu antes da 2ª Guerra Mundial.
    E eu adoro estudar sobre essas tecnologias.

    O problema é que de repente alguém tira uma delas da gaveta e todos ficam encantados com a "revolução".
    Quando eu digo que aquilo não é novidade, mas velharia cheirando a naftalina, passo por chato.

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Quase tudo é assim, da mais alta tecnologia automobilística a próxima revolução futuristica da informática, normalmente são coisas velhas que agora se tornou viável comercialmente. Já ouviu falar do novíssimo "óculos de realidade aumentada" da Google? Pois é, coisa mais velha que a própria internet.

      Excluir
  23. Sandoval Quaresma, os gráficos mostrados são aeronáuticos.
    Pilotos geram potência por uma combinação de aceleração e mistura, enquanto nós apenas aceleramos e deixamos a mistura por conta da controladora da injeção.

    O uso dos 65% nesta carta teve aspecto apenas educativo, mas foi mostrado exatamente como os pilotos a utilizam.

    ResponderExcluir
  24. Post chato pra kct...............

    dormi antes de terminar...

    vcs ja publicaram coisa melhor.....

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. (Para Anônimo 13/01/12 11:09)
      Post muito bom! Se tu conhece outros posts do qual você detesta como este, põe o link aqui, pois devem ser ótimos! Imagino que faltou bunda para tu gostar da leitura né?

      Excluir
  25. Sandoval Quaresma13/01/12 11:11

    Ok grato pela explicação e parabéns pelo alto nível do artigo, como sempre, excelente.

    ResponderExcluir
  26. Anônimo das 11:09,

    Este post BRILHANTE do André Dantas é pra quem realmente é entusiasta e que por isso entende alguma coisa de motores. É um material valiosíssimo que você não vai encontrar em canto nenhum da internet. É coisa que eu aposto que muitos mecânicos ditos "preparadores" sequer conhecem.

    Vai assistir AutoEsporte da Tv Grobo no domingo de manhã que talvez seja mais adequado para o seu nível intelectual.

    ResponderExcluir
  27. Sem duvida este foi um dos posts mais legais do AE , parabens ! estou com um projeto de injeção eletrônica para uma DT 180 e fiquei pensando como faria com a sonda lambda porque ela não vai durar muito em um 2 tempos, pensei em usar um pirometro no escape e agora vi que o ideal é tb ter um sensor cht , adoro estes artigos técnicos hiper detalhados, afinal, quem é autoentusiasta gosta de ir fundo na matéria, abraços !

    ResponderExcluir
  28. André, eu diria mais. Excetuando-se a eletrônica, já se aplicava mais engenharia em motores de combustão interna no fim da década de 30 que hoje em dia. Li um artigo sobre o desenvolvimento do virabrequim do motor R-2800, radial de 18 cilindros (e 2800 polegadas cúbicas de deslocamento, daí sua designação) usado no B-29 e tive a certeza que atualmente não se projeta mais motor, é MUITO caro, apenas limitadamente no caso de alguns superesportivos como o Bugatti Veyron. Atualmente apenas adapta-se o que existe usando softwares emburrecedores de engenheiros. Sou engenheiro mecânico graças à minha paixão por motores e trabalhei na engenharia de desenvolvimento de motores de uma montadora multinacional.
    Um abraço

    ResponderExcluir
  29. Ops, montadora multinacional é redundância. Mil perdões.

    ResponderExcluir
  30. Anônimo 13/01/12 11:09

    Para mentes limitadas como a sua, saber que precisa colocar gasolina no carro pra ele andar é mais que o suficiente.

    ResponderExcluir
  31. anonimo 11:09
    Deixe de ser chato, vai!

    ResponderExcluir
  32. Fantástica a sua dedicação, André Dantas!!
    Sempre busco ler livros sobre motores a combustão interna que encontro na universidade porém quase todos são antigos, da década de 80 para trás. A maioria que encontro disponíveis são da década de 70!!!
    Até gostaria de aproveitar a oportunidade e pedir uma indicação de algum livro atual e de preferencia escrito em português ou inglês que seja tão bom quanto seus posts aqui no AutoEntusiastas!
    Um grande abraço!!

    ResponderExcluir
  33. André Dantas, meus parabéns, post simplesmente sensacional. Fico fascinado com postagens assim, coisa de quem entende do assunto.

    ResponderExcluir
  34. AAD,
    Obrigado pela resposta, já estava começando a ficar meio confuso exatamente por causa de tantos derretimentos de pistões que já vi por aí associados a mistura pobre.
    E fico esperando o próximo post, que pelo jeito será bem interessante para quem gosta de preparação.

    ResponderExcluir
  35. Mto bom, e finalmente alguém explicou tudo isso. é importante e poucos sabem, Parabéns.

    ResponderExcluir
  36. Mais um post excelente!
    Fico muito feliz em entrar aqui e ler artigos de tão elevado grau técnico, passados de maneira compreensiva a todos nós.
    Este e o do Dwell e toda a ignição são maravilhosos.

    ResponderExcluir
  37. Antônio Martins13/01/12 20:00

    "Se o motor trabalhar entre a mistura estequiométrica e a de máxima potência em carga máxima, o estresse sobre o cabeçote, válvulas e sedes é máximo. Então esta é uma condição que deve ser usada o mínimo possível."

    Tomara que os tranca-rua e os da turma dos "carro 1000 não anda" não leiam essa parte e tomem ao pé da letra...

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Fala "pé embaixo"! Tomara que quando tu provocar um acidente se ferre você e não o pobre do "tranca rua".

      Excluir
    2. quem mais provoca acidentes são justamente os tranca-ruas, também conhecidos como "chicane-ambulantes"!! só que ai os malditos tranca-ruas egoístas nunca se ferram!!

      Excluir
  38. AD, PAU NELES!

    ResponderExcluir
  39. @ Sandoval Quaresma:
    Disponha.

    @ João Ferraz
    Acho muito interessante seu projeto.
    Fiz um projeto desses há quase 9 anos (puxa, como o tempo voa!) para carros aspirados e turbo.

    Um amigo meu me propôs fazer um projeto para motor 2T pra ser usado em jetski. Financeiramente não compensa, mas tem algumas coisas muito interessantes que podem ser feitas.

    Motor 2 tempos precisa de uma proporção variável de óleo 2T, não só em função de carga mas também em função de tempo.
    O motor tem que injetar pouco óleo quando vc acelera e depois engorda. Se não fizer desse jeito o motor não rende o que pode.
    Então eu preciso controlar pelo menos 2 bicos: um para gasolina e outro pro óleo. Bico exclusivo de óleo tem problemas porque o óleo não vai aspergir como deve, então precisa de uma solução meio a meio de óleo e gasolina nesse bico. E claro que o bico de gasolina precisa de um mapa que leve em conta a gasolina injetada com o óleo.

    Sobre o sensor CHT na sua injeção, cuidado. Vc precisa de uma boa estratégia de controle pra usá-la.
    Se vc tivesse uma lambda (que não ficasse melada de óleo), a leitura dela sempre aponta pra mistura usada.
    Mas com o sensor CHT, se o motor estiver quente, não dá pra dizer se ele está operando em alta potência ou se está com a mistura pobre.
    Foram coisas como essas que não tornaram esses sensores uma realidade nos automóveis, mesmo modernos.

    @ Fernando
    Obrigado. Ter um colega de profissão que já trabalhou com motores num fabricante (coisa que nunca fiz) elogiando meu artigo só de deixa mais confiante no caminho.

    Veja que os motores de hoje são em grande parte apenas evoluções de motores mais antigos.
    Projetar um motor é uma tarefa complicada. Um projeto inteiramente novo nunca rende de cara o que se espera dele. Motores inteiramente novos precisam ser lapidados pra render o esperado.

    Motores antigos tinham uma série de complicações por um lado. Veja os bons carburadores de antigamente. Eram bastante complexos.
    Essa complexidade deixou de existir em troca da eletrônica. E hoje, o motor mais parece um doente terminal na UTI, de tantos sensores, fios e tubos espetados nele.

    Lá se foi a simpliciadade que caracterizava os antigos motores.

    @ Guilherme
    Bons livros de motores hoje são raridade. Caço os meus em sebos.
    Tenho umas velharias aqui que eram apostilas da USP da deçada de 60 que acho que nem a biblioteca de lá tem mais cópias disso.

    @ Marcos
    Disponha.

    Aos demais, grato pelos elogios.

    Este foi um post bem difícil de ser escrito. Não existe material em português, e mesmo o material em inglês é muito raro de ser encontrado.
    É até fácil achar o algoritmo de acerto (Acha o pico do EGT e continua enriquecendo até abaixar 100ºF), mas explicação como isso funciona, quase não existe.

    ResponderExcluir
  40. André, você sabe como injetavam óleo nas 2T com injeção como Bimota V-Due da década de 90 e alguns scoteers europeus?

    ResponderExcluir
  41. @ Fabio Alexandre:
    Não conheço as técnicas de injeção de óleo nessas duas motos em específico, porém há vários experimentos muito bem sucedidos de sistemas de alimentação de óleo por canaleta no virabrequim ou de aspersão de óleo diretamente sobre as partes móveis do motor, sem o óleo ser misturado ao combustível carburado.
    Entretanto, estes esquemas nunca chegaram à produção pois impunham severos custos adicionais à fabricação dos motores, e motores 2T, especialmente em motos, eram usados onde se queria redução extrema de custos. Se fosse pra encarecer, se partia para um motor 4T.

    No motor 2T, a lubrificação sempre foi deficiente, e o óleo misturado à gasolina sempre atrapalhou o processo de combustão.
    Há, inclusive, diversas estratégias de injeção de óleo nesses motores para que rendam muito sem gerar grandes problemas de lubrificação ou de queima de mistura.

    ResponderExcluir
  42. Aham (B. Hte):

    Artigo muito interessante.
    Uma dúvida: toda essa análise não estaria vinculada a um tipo específico de combustível?
    Melhor dizendo: o comportamento dessas variáveis seria o mesmo, sem importar o tipo ou qualidade do combustível utilizado?
    Um abraço!

    ResponderExcluir
  43. Melhor post da história do blog. Parabéns!

    ResponderExcluir
  44. Este comentário foi removido pelo autor.

    ResponderExcluir
  45. Eu tenho instalado em meu Fusca esse sensor de temperatura de cabeçotes. O que reparo, é que, ao subir uma serra com o carro cheio, a temperatura sobe rapidamente, beirando os 250ºC. Porém, ao descer a serra, em freio motor, a temperatura desce rapidamente. Claro que esse efeito é claro porque o motor é refrigerado a ar. Como eu viajo sempre com ele, resolvi instalar esse sensor para monitorar o motor.
    Por curiosidade, minhas viagens são de SP para o interior de SC. Cerca de 1800km no total.

    P500<<

    ResponderExcluir
  46. Boa noITE,

    Estou realizando meu trabalho de conclusão de curso em eng. mecânica com base em um equipamento de propulsão para Parapente, que seria o Paramotor.
    Em cima deste equipamento irei projetar e executar a construção de um dinamômetro para medição de torque, empuxo, etc.

    Gostaria de saber se alguém possui algum material interessante sobre dinamômetros aeronáuticos ou dinamômetros comuns.

    Desde já agradeço
    Vinícius

    ResponderExcluir

O Ae mudou de casa! Todos os posts do blog foram migrados para o site. Por favor busque por este post no site e deixe o seu comentário lá.
Um abraço!
www.autoentusiastas.com.br

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...