AINDA SOBRE MOTORES MULTIVÁLVULA, COMANDOS VARIÁVEIS E QUE TAIS

TODA GUERRA TEM SEUS MORTOS E FERIDOS.

O que foi explanado nos capítulos anteriores nos leva à seguinte pergunta: se duas ou mais válvulas de admissão por cilindro aumentam o volume da mistura, potencializam a combustão e geram mais potência, por que, então, não adotar essa solução em todos os motores? 

A resposta simples: porque isso eleva o custo de produção do motor e o preço final do veículo, além de proporcionar ganhos mais expressivos em altas rotações. No trânsito urbano (e geralmente congestionado) da grandes metrópoles, se não se consegue sequer engrenar a terceira marcha, que dirá de acelerar o motor a fundo, levando o ponteiro do conta-giros até a faixa vermelha antes de trocar de marcha? E nesse contexto os motores com duas válvulas por cilindro têm desempenho semelhante ou até melhor do que os multiválvula. Mesmo assim os fabricantes se aproveitam do apelo mercadológico da evolução tecnológica para valorizar seus produtos. Um bom é o "i" adicionado nos Gol GTi, Monza GSi etc., que contavam com a então inovadora injeção eletrônica de combustível.

Observação: Note que nem toda injeção de combustível usa eletricidade e processamento eletrônico. Os primeiros sistemas de injeção mecânica foram criados por Leon Levavasseur, que também idealizou os motores V8 (nos quais os cilindros são dispostos em duas bancadas de 4, que, unidas pelo virabrequim, formam um "V"). Em 1907 ele aplicou um sistema de injeção direta nos cilindros de um dos motores V8 que equipavam os aviões Antoinette VII, mas isso já é outra história.

O mesmo se dá hoje em dia com a inscrição 16v exibida pelos veículos equipados com propulsores de quatro cilindros e quatro válvulas por cilindros, que prometem desempenho superior aos de oito válvulas. Se você está pensando em trocar sua carroça velha de guerra por um modelo mais atual, essa questão certamente lhe passou pela cabeça em algum momento. Mas saiba que, inobstante a escolha que fizer, você sairá ganhando na foice e perdendo no machado. Ou vice-versa.

Volto a lembrar que a quantidade de mistura aspirada para dentro dos cilindros determina a potência do motor, e duas "portas de entrada" melhoram o fluxo — sobretudo em regimes de alta rotação, nos quais o tempo para a renovação da mistura a cada ciclo reduz-se drasticamente. Nos modelos convencionais, essa “asfixia” faz com que o giro demore a subir; nos multiválvula, a progressão mais linear e contínua resulta num comportamento "mais vigoroso" em altas rotações.

Devido à inércia sensivelmente maior, os motores multiválvula tendem a ser mais “preguiçosos” em baixa rotação. Mas esse problema (ou característica, melhor dizendo) vem sendo atenuado com a adoção dos sistemas de comando variável, identificados por siglas como V-Tec, VVTi ou similares. No entanto, a combinação 1.0 + 16v já ganhou fama de motorzinho de dentista ou de máquina de costura, e não sem razão. Então, se você é fã de arrancadas ágeis e acelerações rápidas, carro 1.0, só com turbo ou supercharger.

Observação: Como a necessidade de admissão é maior que a de escapamento (daí as válvulas de admissão serem maiores que as de exaustão nos modelos de 4 válvulas por cilindro), alguns fabricantes adotam três ou cinco válvulas por cilindro, sendo duas de admissão e uma de escapamento, ou três de admissão e duas de escapamento.

A despeito de tudo que foi dito até aqui, o modo mais eficaz de aumentar o desempenho do motor (que, em última análise, consiste em aumentar o rendimento volumétrico) não é dobrar ou triplicar o número de válvulas, embora isso ajude um bocado, mas sim recorrer à sobrealimentação. Como vimos, quanto mais mistura ar-combustível adentrar o cilindro e for comprimida na câmara de explosão, mais energia resultará da sua queima e, consequentemente, mas torque e potência serão gerados.

Tomando como exemplo um motor de quatro cilindros 1.6 — ou seja, com deslocamento volumétrico de 1,6 l —, 400 ml de mistura deveriam ingressar em cada cilindro durante o ciclo de admissão. Deveriam, porque esse preenchimento tende a não ser total à mediada que a rotação aumenta. Assim, o pulo do gato é forçar o ingresso de mais ar (e, consequentemente, mais combustível) com o auxílio de um compressor, que pode ser acionado pelos gases do escapamento (turbocompressor) ou por um sistema mecânico de polias e correias (supercharger). Tanto um quanto o outro apresentam vantagens e desvantagens, como veremos nos próximos capítulos.

VEÍCULOS FLEX: MELHOR USAR GASOLINA OU ÁLCOOL? (Parte 14) — SOBREALIMENTAÇÃO (COMPRESSOR E TURBOCOMPRESSOR — CONTINUAÇÃO)

MEDIOCRIDADE ATIVA É UMA MERDA.

Em poucas palavras, a sobrealimentação, principal responsável pelo downsizing dos motores, consiste em forçar a entrada de mais oxigênio na câmara de combustão. Esse efeito pode ser obtido através do aproveitamento dos gases expulsos da câmara no ciclo de descarga (ou seja, usando uma energia que seria desperdiçada) ou “pegando carona” na rotação do virabrequim (através de um sistema de polias e correia que rouba potência do motor para fazer o motor gerar mais potência). Tanto num caso como no outro, propulsores de capacidades cúbicas reduzidas geram mais torque e potência (conforme o ajuste da pressão do compressor, o ganho de potência pode variar de 50% à 300%), consomem menos combustível e poluem menos a atmosfera.

Observação: Ao nível do mar, 23,14% da massa do ar atmosférico é composta de oxigênio. Para conseguirmos mais massa para o mesmo volume de ar, de duas uma: ou reduzimos a temperatura, ou aumentamos a pressão. Reduzir a temperatura de admissão de forma que os ganhos sejam significativos requer um equipamento de grande porte e alto custo. Além disso, temperaturas muito baixas comprometem a vaporização e consequente a homogeneidade da mistura — é isso que acontece com nossos carros nas manhãs frias de inverno, quando o motor demora a “pegar” e engasga até a temperatura normal de funcionamento ser alcançada. Portanto, a solução mais viável é aumentar a pressão, e é aí que entram os compressores. Em linhas gerais, eles comprimem o ar que está sendo admitido e o enviam para os cilindros com maior densidade, permitindo que mais combustível seja injetado e mais potência seja gerada. 

A ideia da sobrealimentação surgiu no século XIX, mas foi somente em 1905 que o suíço Alfred Büchi descreveu o turbo, em sua patente, como “uma máquina reciprocante na qual a energia cinética dos gases de escape moveria um eixo ligado a uma turbina, que serviria como pré-compressor para o ar admitido pelos cilindros” — aliás, uma definição exata de como funcionam os turbocompressores atuais.

Inicialmente, o sistema era usado apenas em motores de grande deslocamento volumétrico, como os de navios, trens e aviões — nestes últimos, além de aumentar a potência, o turbo minimizava os efeitos da rarefação do ar em grandes altitudes. Na indústria automobilística, depois de estrear em motores a diesel de caminhões, essa inovação chegou às pistas quando a Cummins inscreveu nas 500 Milhas de Indianápolis um carro com motor turbodiesel (ele não venceu a prova, mas percorreu todas as 500 milhas sem parar nos pitstops). Nos veículos de passeio, o primeiro modelo “turbinado” foi o Chevrolet Corvair Monza Spyder, cujo flat-6 de 2.4 litros, auxiliado pelo turbocompressor, produzia 151 cv.

Se fôssemos detalhar o funcionamento do compressor mecânico e do turbo, jamais terminaremos esta sequência de postagens. Então, resumindo a história em poucas palavras, o compressor mecânico fornece torque de forma mais linear do que o turbo, além de não estar sujeito ao turbo lag — “atraso” decorrente do tempo que a turbina demora para “encher” e gerar pressão positiva no coletor de admissão, e que pode culminar com um indesejável tranco.

Observação: A última vez que eu ouvi falar em compressor mecânico em veículos nacionais foi quando a Ford lançou o Fiesta 1.0 Supercharger, em 2002, com um compressor mecânico que aumentava sua potência de 65 cv para 95 cv a 6.000 rpm, e o torque, de 8,9 kgfm a 3.650 rpm para 12,6 kgfm a 4.250 rpm. Se na versão aspirada o carrinho demorava 18,2 segundos para ir de 0 a 100 km/h e atingia 150 km/h de velocidade máxima, na Supercharger ele alcançava 100 km/h em 13 segundos e atingia respeitáveis 176 km/h de velocidade máxima. Todavia, devido ao tamanho avantajado do compressor mecânico e o estresse a que o motor era submetido pelo uso de correia e polias levaram a Ford a abandonar o Supercharger. Hoje em dia, esses compressores são usados apenas em motores grandes, como os V8 5.0 e V6 3.0 da Jaguar Land Rover, o V8 6.2 LT4 do Chevrolet Camaro e o V8 5.0 do Mustang Shelby, cujo público alvo prioriza o desempenho sem se preocupar com custo e consumo mais elevados.

Voltando ao downsizing, a combinação da injeção direta com a sobrealimentação permitiu o desenvolvimento de motores mais econômicos e capazes de entregar torque constante a partir de baixíssimas rotações. Nos modelos com turbo nativo (ou seja, instalado “de fábrica”), nem se ouve mais o tradicional “espirro” produzido pela válvula de alívio da pressão quando se tira o pé do acelerador, pois o excesso de ar é redirecionado para o coletor de admissão ou para o filtro de ar. Por outro lado, o indesejável turbo lag, continua presente, razão pela qual algumas montadoras vêm optando pelo turbo elétrico, como é o caso da Audi com o SQ7 e-turbo (foto).

No turbo convencional, o movimento da turbina (caixa quente), que é acionada pelos gases provenientes do coletor de escape do motor, é transferido por um eixo a um compressor (caixa fria), o que aumenta a pressão do ar (ar limpo) que entra no coletor de admissão. O problema é que em baixas rotações o gases são insuficientes para alimentar satisfatoriamente o compressor, e assim se dá o turbo-lag.

No turbo elétrico, em vez da caixa quente acionada pelos gases, um motor elétrico faz funcionar o compressor (independentemente da rotação do motor) que trabalha em conjunto com outros dois turbocompressores convencionais, um de baixa pressão e outro de alta pressão. O primeiro fôlego é dado pelo e-turbo, que atua em regimes de giro baixos e médios. Quando os gases resultantes da explosão da mistura ar-combustível passam a acionar plenamente os turbos convencionais, o e-turbo aproveita fluxo de ar que passa por ele para gerar energia elétrica, aumentando a eficiência do motor de 15% a 20%.

Observação: O e-turbo é um voraz consumidor de energia. Em momentos de pico, ele necessita de até 7 kW (equivalente a 5 secadores de cabelo ligados ao mesmo tempo), potência que, num sistema convencional de 12 V, precisaria de 583 A para ser gerada. Assim, a Audi optou por vincular a turbina a um sistema de 48 V, que gera a mesma potência com apenas 145 A. A energia recuperada pelo e-turbo vai para uma bateria dedicada, mas pode ser aproveitada pelo sistema de 12 V que alimenta o restante do veículo com o auxílio de um conversor.

O deslocamento volumétrico do motor é apenas um dos responsáveis pelo torque e potência que ele produz, e a sobrealimentação é apenas uma das maneiras de se obter esse resultado. Outra opção que merece algumas linhas é a sobrealimentação química, como é o caso do “Nitro”, que é usado para gerar mais em provas de arrancada e de velocidade.

O processo consiste em injetar óxido nitroso (N₂O) na corrente de admissão — quando aquecido a aproximadamente 300°C, o “gás do riso” sofre a dissociação de suas moléculas e libera oxigênio (que representa 36% da sua massa). Somado ao combustível extra injetado, esse aumento de oxigênio faz com que a combustão da mistura comprimida pelo pistão gere mais energia. E como está liquefeito sob pressão dentro de uma garrafa, esse gás muda de estado e sofre uma queda sensível de temperatura ao passar pelo difusor e encontrar uma pressão ambiente muito mais baixa. Com isso, todo o fluxo admitido também sofre resfriamento, e o resultado é um considerável aumento de densidade. E como a densidade está diretamente ligada ao ganho de potência...

Para desespero dos puristas, os enormes V8 de antigamente deram lugar aos V6, e estes vem sendo progressivamente substituídos por propulsores de 4 ou 3 cilindros, com cilindradas de 1000 CC a 1.600 CC, mas com torque e potência de sobra, maior economia de combustível e menor emissão de poluentes.

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