25 de junho de 2012

HONDA E O CICLO DE ATKINSON PURO

Animação: engineeringworkarounds.blogspot.com



Em março último apresentamos algumas impressões do Toyota Prius aos leitores, modelo esperado para iniciar suas vendas no Brasil até o final deste ano. Antes, faláramos também, em tom mais crítico, de certa hipocrisia que cercou alguns modelos de híbridos quando a proposta destes já estava num plano completamente distinto do conceito original, "oferecer o metade do consumo de combustível de seu modelo similar, mantendo o desempenho". 

Numa extremidade, a de veículos grandes, um suve Chevrolet Tahoe, por exemplo, oferece quase 30% de economia no ciclo combinado EPA, um BMW Série 7, menos ainda, cerca de 18%, eles até podem encantar a mídia e seus proprietários com freios regenerativos, sistema liga-desliga (motor apaga em semáforos e reinicia com simples pisada no acelerador) etc., mas sem dúvida a aposta não está em tecnologia para atingir patamares de eficiência de consumo de "um outro planeta".

Todos estes números foram obtidos nos websites dos fabricantes, oficiais EPA portanto. O Toyota Prius de terceira geração não se manteve 100% mais eficiente que um Corolla equivalente, a diferença de consumo entre ambos está em 75%, o que ainda mantém o Prius no patamar de um outro planeta. O Toyota híbrido conseguiu também se afastar de seu rival mais próximo, o Honda Insight, ambos nasceram praticamente juntos há quinze anos e têm propostas similares, sendo competidores diretos. 

Mas a distância atual tampouco significa que a Honda tenha tirado o foco dos híbridos, é melhor entendermos essa distância como fatores circunstanciais, ou temporais (a resposta vem). Em agosto do ano passado a Honda divulgou alguns novos caminhos tecnológicos que segue percorrendo e entre eles estava um motor de ciclo de Atkinson real, isto é com curso de compressão mais curto que de expansão, e não simulados através de tempos de abertura e fechamento de válvulas específicos como Prius, Insight e outros. 

Batizado de EXlink, neste motor o curso de expansão é 1,4 vezes o de compressão e essa diferença é obtida através de um excêntrico que gira na metade da velocidade da árvore de manivelas e "intermedeia" por meio de um mecanismo trigonal, a conexão entre esta e a biela. Resumindo: numa volta completa da árvore de manivelas o pistão se desloca no comprimento menor; na volta seguinte, no comprimento maior e assim se alterna sucessivamente. 



Para melhor compreensão, anexamos um video do YouTube (está com falas em japonês, mas a ilustração que o acompanha creio ser de compreensão universal). Se a maior quantidade de peças móveis combinada com um balanço dinâmico no mínimo diferente poderia comprometer a confiabilidade, provavelmente alguns dos principais fatores que selaram o destino do invento de Sir James Atkinson há 130 anos no esquecimento, então que tal experimentá-lo numa outra aplicação?

Aprovou-se iniciar a primeira experiência comercial num motor monocilíndrico. A cilindrada desse Honda -Atkinson puro passou a ser variável, 110 cm³ para a admissão e compressão e 163 cm³ para a expansão e escapamento. A Honda lançou o EXlink num pequeno gerador de energia elétrica doméstico, melhor dizendo co-geração de energia, i.e., auxilia a reduzir a conta da companhia de eletricidade, mas a residência ainda depende da fonte principal; veremos mais adiante por quê. 

A preocupação em maximizar a eficiência do produto ainda fez com que se aproveitasse o calor do escapamento no sistema de aquecimento de água da residência (adiciona calor apenas). A taxa de compressão é de 12,2:1, seria 17,6:1 no ciclo mais longo, número sequer perto do atingível num ciclo Otto a gasolina sem a ocorrência de detonação ("batida de pino"). 

Esta aplicação de gerador emprega gás natural como combustível. Um curso de pistão demasiado longo em relação ao seu diâmetro pode apresentar outras inconveniências, perdas mecânicas causadas por atrito vindo de ângulos entre biela e cilindro desfavoráveis, na expansão, principalmente quando a combustão da queima gera um pico de pressão elevado. Ângulos de incidência excessivos levariam a esforços laterais de tal natureza que quase freariam a descida do pistão, podendo causar até a conhecida "batida de saia"; vibrações de primeira ordem maiores também resultado da relação r/l inadequada (já falamos aqui que há um "número mágico" entre 2,5 e 2,7 que deixa o motor girar mais "liso").

Também, enfim, esse projeto demandou novas soluções de engenharia de motores para lidar com o curso 40% maior e não derrubar a eficiência mecânica, comprometendo os ganhos de eficiência termodinâmica. 

Batizado de "Engine Friction-Reducing Technologies" no EXlink, o link pivotado entre a árvore de manivelas e a biela faz com que esta fique quase sempre paralela ao cilindro na descida do pistão no ciclo de expansão, reduzindo seu atrito a quase metade de um motor convencional. Mas há peças móveis adicionais, o link trigonal, as perdas por bombeamento acabaram ficando na mesma ordem de grandeza dos Otto, i.e., a eficiência mecânica resultou similar, a vantagem termodinâmica do Atkinson veio líquida.

Veja este vídeo como funciona o motor EXlink. A narração é em japonês, mas creio que dê para o leitor entender o básico.




Há cerca de um ano foi anunciado um abrangente acordo com a prefeitura da cidade de Saitama, no Japão, que envolve veículos elétricos e híbridos plug-in (de carregar a bateria pela tomada, como o Chevrolet Volt, por exemplo), pequenos scooters elétricos e os geradores com o motor EXlink. A Honda comprometeu-se a colaborar com seus produtos no projeto batizado E-KIZUMA, este conduzido pela prefeitura local com várias outras empresas de apoio.

O objetivo do programa é explorar formas de energia sustentável, cortando a emissão de CO2 de residências em 50% até 2015. A Honda quer ir mais longe com seus geradores e, além de co-geração de energia, busca a independência do abastecimento da rede elétrica local, na eventualidade de tsunamis, como o que vitimou o Japão em março de 2011. 

"Kizuma" em japonês significa laços que conectam as pessoas umas às outras. Até aí tudo normal num país suscetível a desastres naturais de grandes proporções e, para piorar, com mais freqüência do que outras regiões do mundo. Governo e empresas se unirem por uma causa como essa é no mínimo exemplar e louvável.
Unidade de co-gerador Honda EXlink

Na apresentação do produto a Honda declarou que o EXlink consome 22% a menos que o motor que substituiu. 

Lembremos de quando a injeção de combustível aposentou os carburadores e a injeção direta substituiu a injeção no duto de admissão, surgiram os variadores de fase de admissão e escapamento, cada nova tecnologia trouxe ganhos bons de consumo, mas 20% no Atkinson é, no mínimo, considerável hoje em dia, creio. Mas na engenharia automobilística há um jargão conhecido, o "ver onde o bicho pega". Toda novidade requer quantidade de horas de teste bem maior que o que já é conhecido e comprovado, justamente para encontrar esse bicho, como pode e vai quebrar e quando. Essas horas custam proporcionalmente ao tamanho da frota e horas que ela vai rodar.

O motor ciclo Atkinson real engloba nova tecnologia, novos sistemas e componentes cuja durabilidade e confiabilidade precisam atingir os mesmos patamares dos motores Otto convencionais a um custo compatível e competitivo. A tecnologia híbrida avançou mais para os fabricantes japoneses, mas excetuando a Toyota que já consegue escala de produção razoável, todos os demais competidores empenham boa quantidade de dinheiro e recursos nos seus híbridos sem a contrapartida das vendas, o que lhes impede de obter retorno em curto e médio prazos. Ficam com uma aposta num futuro que provavelmente não acontecerá para alguns e certamente não ocorrerá para outros. Como se essa incerteza já não fosse suficiente, os híbridos têm boa quantidade de novos sistemas e desenvolvimentos que "drenam recursos", então imaginemos um motor totalmente novo como o Atkinson real sendo adicionado à cesta. 

É aí que vejo uma grande sacada da Honda, lançar milhares deles no campo, acompanhá-los de perto. Lembrem-se de que são estacionários e até custo de deslocamento de especialistas para análise de eventuais problemas fica reduzido e confortável. 

É lógico presumir que a Honda abocanhou uma oportunidade de ouro. Milhares de motores EXlink trabalhando milhares de horas, de forma contínua, com presença e assistência próximas, no mínimo lhe renderá enorme vantagem de saber "onde o bicho pega". Pagos pelo cliente e financiados pela iniciativa privada, o custo de desenvolvimento dessa nova tecnologia pode também ficar bastante diluído até ficar pronto para lançamento numa possível próxima geração de Honda Insight. 

Na sua coletiva de imprensa um ano atrás, muitos jornalistas tentaram arrancar da Honda se ela usaria o EXlink em automóveis ou motos, obtendo no máximo aquele conhecido sorriso nipônico e silencioso que muitas vezes pode significar "pense e conclua você mesmo". 

Acho bem possível presumir que sim, especificamente nos híbridos, dada a demanda e a característica de uso dos motores a combustão ser bastante distinta de um veículo sem essa tecnologia. E depois de conhecer bem antes dos outros onde o bicho pegou, a resposta técnica ao Prius pode estar encomendada. 

MAS

42 comentários:

  1. E porque não o uso direto em automóveis convencionais a gasolina?
    Se acarreta diminução de consumo nesta ordem, poderia ser um excelente atrativo para os Key cars deles e, porque não, para toda a linha de automóveis.

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    1. Charles Restart, acho que o problema é que, se o gerador auxiliar da sua casa pifa, você consome mais energia da concessionária até o técnico chegar, mas se o motor do seu carro pifa, você pode causar um engarrafamento, ter de abortar uma viagem no meio, pôr em risco sua vida, a vida de outras pessoas. Muito mais complicado.

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    2. "É aí que vejo uma grande sacada da Honda, lançar milhares deles no campo, acompanhá-los de perto. Lembrem-se de que são estacionários e até custo de deslocamento de especialistas para análise de eventuais problemas fica reduzido e confortável."

      Aqui está a resposta, Charles Restart, leia com mais atenção...

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    3. k sacanagem ...estão praticando bullying no Charles Restart kkkk

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    4. Leitura com atenção e capacidade de interpretação de texto, a gente não vê por aqui!

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    5. José Almeida25/06/12 17:22

      Todo mundo Bullynando o Charles Restart...

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    6. Jorlélson26/06/12 13:57

      É eles precisam alcançar um nivel de confiabilidade antes.
      O Charles Restart é menino? Juro pela foto pensava que era menina.

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    7. Esse weirdo praticamente pede pra ser zuado, com essa foto ridícula e esses posts absurdos. Deve gostar, é fetiche de carente.

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  2. A empresa Rowan já fez muitos carros com esse tipo de motor, e desde a década de 70. Vejam:

    https://www.google.com.br/search?aq=f&sugexp=chrome,mod%3D4&q=rowan%20atkinson&um=1&ie=UTF-8&hl=pt-BR&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=04foT5zOF-j56QG9pI3gDg&biw=1280&bih=709&sei=2IfoT72DLYmg6QG9_rHfDg

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    1. Sem dúvida um clássico! Simples, mas muito inteligente.

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  3. Algumas dúvidas:
    1- como será que resolveram o problema da ressonância (quanto mais peças, maior a chance de uma delas entrar em ressonância e f* com a bagaça toda...)?
    2- Cabeçote em cunha e comando no bloco? Seria para alguma falha no comando de válvulas não ser creditada ao novo ciclo, ou só porque fica mais fácil fazer assim? Ou ainda, para evitar a existência de uma correia dentada?
    3- Cerca de 90% da energia produzida no planeta é usada em aquecimento (tá, nessa conta entram desde aquecimento residencial, passando por fogões e chegando até na siderurgia, mas aquecimento é aquecimento.). Se qualquer coisa mais eficiente que uma caldeira à gás pudesse ser usada nesse sentido já seria um redução de CO2 equivalente a tirar todos os carros do mundo de circulação... CINCO vezes! Por que será que os ecochatos batem tão pesado no carro e esquecem de desligar o aquecedor?

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    1. Quanto ao comando no bloco, deve ser porque adotar multiválvulas e comando no cabeçote não traria vantagem considerável na eficiência do motor, já que é apenas um gerador, geralmente de baixa rotaçao e faixa estreita de operação.

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    2. Discordo de você, anônimo das 17:43, esses sistemas devem trazer tanto ganho quanto trouxeram para o ciclo Otto, mas ainda precisam ser desenvolvidos para essa tecnologia e se esse desenvolvimento for feito paulatinamente, primeiro o comum, depois com coletor de admissão variável, depois o VVT, depois turbo + injeção direta e tudo o mais (ou qualquer ordem que lhe aprouver), fica mais barato, os produtos são apresentados mais cedo e acabam financiando o desenvolvimento futuro.

      Ainda estou pensando na questão da inércia do conjunto e o mais importante: o tamanho. Com essa tecnologia, um motor de 1000 cm³ vai ficar do tamanho de um SBC 350 V8.

      Lucas Franco

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  4. Os últimos posts estão enchendo os olhos dos entusiastas! Obrigado por mais essa alegria, MAS!!

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  5. Não esqueçamos que a Honda vem estudando bem o ciclo Atkinson e em breve irá lançá-lo (usando a malandragem da válvula aberta em vez das peças extras) em seus carros, sob o nome "Earth Dreams Technology. Esses motores usarão injeção direta e o tal ciclo Atkinson, o que provavelmente indica que a perda de potência do ciclo será coberta pelo ganho da injeção direta. Outra parte dessa perda de potência será compensada pelo próprio VTEC.
    Ao contrário da tendência, esses motores manterão as mesmas cilindradas dos atuais para as mesmas aplicações, significando também o aproveitamento dos blocos já existentes e indo contra a onda de downsizing.

    http://paultan.org/2012/05/01/honda-earth-dreams-technology-aiming-for-best-in-class-fuel-consumption-in-every-segment-with-fun-to-match/

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    1. Ele já não usa isso no Insight não?

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    2. O que a Honda fará agora é usar o Atkinson também em modelos não-híbridos de 1,3 a 2 litros, com a perda de potência causada pelo ciclo sendo compensada pela injeção direta e pelo novo perfil do VTEC.
      A dúvida que fica é sobre se ela conseguiu gente competente para lidar com a injeção direta, pois seus únicos motores com tal recurso (os usados na primeira geração da minivan Stream) não conseguiam ir muito além daqueles de injeção indireta.

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  6. Desculpem, mas se não me falha a cachuleta o Prius já utiliza motores de ciclo Atkinson. Estes motores geram menos potência em relação com outro de mesmo deslocamento mas o cilco térmico é mais eficiente ainda mais se trabalhando em ciclo estacionário aliado aos benefícios atuais da eletrônica. Me corrijam se estiver errado...

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    1. Este comentário foi removido pelo autor.

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    2. "Em agosto do ano passado a Honda divulgou alguns novos caminhos tecnológicos que segue percorrendo e entre eles estava um motor de ciclo de Atkinson real, isto é com curso de compressão mais curto que de expansão, e não simulados através de tempos de abertura e fechamento de válvulas específicos como Prius, Insight e outros."

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    3. Ler o texto que é bom nada...

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  7. Não demora alguém vai lançar um motor que decidirá qual o melhor ciclo usar em determinado momento, otto para desempenho, atkinson carregar a bateria ou diesel para economia.

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    1. Tipo, que nem na década de 20 onde tinha carros elétricos, a vapor e a gasolina e resolveram decidir qual seria o "padrão" no futuro?

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    2. E a Ford acabou decretando: Motores a gasolina 4-em-linha para carros econômicos e V8 para carros potentes. Em 1932, eram os dois motores que a Ford produzia, e a GM, que tinha um aporte financeiro bem maior (a margem de lucro era maior, sem falar que podia levantar dinheiro das bolsas de valores ao passo que a Ford é uma empresa familiar), tentou múltiplas combinações: 8-em-linha, 6-em-linha, V6, V12, W12, etc., e nada.

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  8. Jackie Chan25/06/12 17:22

    Com a descoberta recente de grandes reservas de metano sob o leito do mar, em águas territoriais japonesas, essas pequenas unidades geradoras à gás podem vir a se tornar um produto muito difundido no país.

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  9. jmvieira (marcelo)25/06/12 19:56

    e falando em metano, ele é mais danoso que o CO2 para o aquecimento global, SE tiver de escolher entre lançar o CH4 e o CO2, é preferivel o CO2.

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    1. Eu estou deixando de acreditar nessa história de aquecimento global. Estou passando para o lado dos que creem que isso tudo não passa de uma grande falácia. Pura propaganda do medo.

      https://www.google.com.br/search?hl=pt-BR&safe=off&output=search&sclient=psy-ab&q=mentira+do+CO2&btnK=

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    2. jmvieira
      tem razão. Minha esposa sempre me esculacha toda vez que eu dou um peido. Pensa numa lambreta fedorenta...

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    3. Pois é, acende um fósforo e bota "lá" antes de peidar...

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    4. Pior que eu já fiz isso... pensa num lança-chamas...

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    5. jmvieira(marcelo) metano de fato é mais prejudcial que CO2 para gerar efeito estufa. Porém você misturou as coisas, metano é combustível, CO2 é um produto da combustão. ou seja, queimando metano, iremos gerar energia, CO2 e H2O.

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    6. Meu único motivo por ficar empolgado sobre esses novos motores é sobre economia de recursos naturais, fora isso é tudo papo para boi dormir e sobre o CO2 como vilão da bobagem sobre efeito estufa, vejam essa programa da Band do domingo passado:

      http://www.band.com.br/canallivre/videos.asp?v=b5b9e726427a5fa98ef7ee3f9a6e5f3a&pg=1

      []'s

      Roberto

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    7. o lance do metano é que ele é mais agressivo à camada de ozônio do que os CFC... esse é o risco real.

      Lucas Franco

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  10. "Onde o bicho pega..."

    Simples, coloque em um automóvel; dê para um "cupim de ferro" e aí veremos onde vai "pegar"...

    Boa matéria!

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  11. Anonimo,

    Aquecimento global é só mais um instrumento de controle social e dominação da população, para que não vejam o que realmente acontece. Tudo falso, tudo hipocrita, por isso é tão apoiado pela midia cretina, pelo PIG e por aí vai. Os mesmos que são todos pró politicamente corretos, e assim vamos indo para onde querem que vamos. Junta isso com fanatismo religioso, desarmamento civil, e outros controles cretinos e vamos bem, bem depressa pro saco.

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    1. Parece que é uma forma da ONU diminuir a soberania dos países e assim criar um governo "mundial". As zonas econômicas são só uma forma de experimentar e ajustar essas idiossincrasias como cultura, costumes, etc...

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  12. e o ciclo miller?

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  13. O ciclo que melhor funciona é o velo-ciclo, tb conhecido como BICICLETA. Só queima banha, coisa que aliás a maioria aqui deve estar precisando.

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    1. Mais um eco-chato que merece ser atropelado por uma carreta de 18 rodas para largar mão de ser imbecil. Vá assistir Globo Repórter, vai...

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    2. A carapuça serviu, né bolota? Além de gordo deve ser ignorante, irracional, mal-educado e idiotizado (pela Globo... fala sério...).

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    3. Vai lá na Etiopia e Sudão, o pessoal de lá é bem saudável já que andam a pé e são magrinhos...

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