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Técnica

Sobre escolhas de motores e dimensionamentos de projetos

Desde muito muito tempo se sabe que para se sair vitorioso em um embate qualquer, é necessário que se domine toda gama de informações inerentes ao embate pretendido. Ou seja, ou você conhece tudo, todos os aspectos, todos os detalhes, ou vai começar a contar com a vitória como se fosse apenas fruto do acaso.

Antes isso era bem tratado na arte da guerra, hoje modernizaram, puseram mais palavras, temos métodos legais como PDCA e os 5W2H que na verdade são apenas isso, a busca por todo o conhecimento, por tudo o pertinente a algo, a certeza.

Mas que diabos é isso? Um ogro doidão escrevendo sobre estratégia e produção de inteligência? Vai escrever algum artigo para alguma instituição militar? Claro que não. Tudo pertinente e inteiramente devotado aos nossos motores e à mecânica em geral.

Achar que se tornar especialista em um único motor, um único carro ou uma única marca não vai fazer você realmente muito melhor do que voce ja é. Olhar um único aspecto como se todo o sucesso do seu projeto dependesse de um único fator vai te levar a derrota e não ao sucesso pretendido.

É facil ver textos até bons defendo uma escolha de determinada opção como se tudo se resumisse a uma única escolha.
Quando você decide fazer um carro marca X, com determinada preparação, você tem muitos itens a escolher, muito em que pensar, muito o que analisar.

Vamos ver isso por partes. Primeiro o fator cultural local, que vai te empurrar a determinada escolha. Como se todos aqui considerassem certo motor o melhor motor — o que dizer ao comparar isso com o que se faz em outras partes? Somos muito diferentes do que está a nossa volta? Fazemos o motor Volkswagen AP como se fosse o melhor, mas será que ele é mesmo o melhor?

Escolhi o AP de uma forma genérica mas bem atrelado à nossa realidade. Poderia ser por exemplo, outro exemplo o GM 250. Temos no país uma extensa cultura mecânica de preparação, dedicação a um produto ou fazemos somente o que temos por aí e deixamos isso balizar nossa escolha?

Essa escolha se repete à nossa volta? Vejamos nossos irmãos do outro lado do Río de la Plata: alguém o AP também é usado por lá? O que eles usam nas preparações? E na Europa, o que se usa? Nos EUA? Quem aparece nos cofres do Japão? Será que fazemos o melhor ou apenas o que temos à mão? Será que isso é inteligente? O que desejamos: carro de rua, drag race, circuito tipo turismo, rali de velocidade?

Uno Turbo “Integrale” feito na Argentina – os hermanos são mestres na preparação dos motores Fiat

Sendo um pouco mais específico, como lidar com variáveis simples de nosso motor já escolhido: qual deslocamento usaremos? Temos algum regulamento balizando nossa escolha, ou este quesito é livre? Se temos um motor legal, se ele for maior deve ficar ainda mais legal. Como aumentar o deslocamento? Há limitação física ao aumento — o bloco tem paredes finas e não pode receber em nenhuma hipotese pistões maiores? Pôr um virabrequim com mais curso é opção real? Como fazer? Encurtar a biela, usar a mesma original com pistão mais baixo? Ou será melhor usar um motor maior com mais cilindros? Aspirado ou sobrealimentado? qual faixa de rotação usaremos, como ele se vira em rotações mais altas que as de uso normal? Qual comando, com qual levante, com qual duração e com qual cruzamento? Como casar cruzamento, levante, duração para nosso motor render mais? Como acertar isso?

 

Porque este monte de questionamentos?

Num mesmo post meu aqui, nos comentários, fiquei observando a quantidade enorme de questionamentos diversos sobre aspectos simples de coisas mecânicas. Eu fico pensando se não ficamos exageradamente atrelados à nossa cultura local, que nos mantém em nosso mundinho por diversos fatores — como por exemplo a dificuldade de acesso a outros carros e motores, falta de literatura e eventualmente restrições financeiras.

Acho isso terrivelmente contraproducente. Do mesmo modo que acho extremamente limitante ter que ficar preso a um carro com seu motor original ou, no mínimo, ao seu deslocamento original. Motores são complexos, mas entendê-los e desmistificá-los é coisa possível e tranquila de se fazer.

Penso em várias coisas relativamente fáceis de mudar e que podem ser vistas como variáveis de uma longa equação. Deslocamento, fracionamento do deslocamento, tipo de aspiração, disposição e localização do motor no veículo, arquiteutra do motor em si, onde por o comando de válvulas, meios de vincular o movimento do comando ao virabrequim, relações possíveis de curso e diâmetro com o deslocamento pretendido, relações de curso/biela como r/l, proporcionalidade de massas rotativas e reciprocantes e como isso afeta aspereza vibração e o balanceamento em si, princípio de Saxe, eficiência térmica e volumétrica e rotação de uso, junto com perfil do comando de válvulas, tudo está amarrado nisso tudo e faz parte de uma equação longa, complexa, mas que se não for bem entendida, vai ter como resultado muita despesa, muita frustração e baixo retorno.

Primeiro, o que realmente queremos? Carro de rua? Um carro para eventualmente ir a uma prova de arrancada ou a track day? Uma uma picape de carga com algum conforto?

Se você escolheu um carro, seja ele qual for, procure ver o que se faz com ele. Chevettes por exemplo são bem conhecidos como carros em que se põe motor de tudo, o dele original é até uma opção mas é mais facil encontrar um Chevette mexido de entusiasta com qualquer motor, menos o dele. Isto de cara nos indica que talvez o motor original não tenha sido a melhor escolha para aquele projeto.

 

Se você optou por um Gol, é certeza absoluta de ter um motor VW embaixo do capô, mesmo que necessáriamente não seja o AP original. Se trocar o motor não for uma restrição real de regulamento, fica meio óbvio que é o melhor caminho a seguir, particularmente no caso do Chevette. Não que seja impossível preparar o motor original, mas você definitivamente vai ter resultados imensamente melhores partindo para usar outro motor mais aproveitável. Seja um AP ou um GM Família 2.

Gol Motorfort 4×4: motor do Golf, tração do Audi

Vale aqui comentar rapidamente alguns itens: em um motor de aspiração natural, quanto mais cilindros em um mesmo deslocamento melhor ele será. Nos primórdios da Fórmula 1 sem sobrealimentação era bem comum ver motores relativamente pequenos — de 1,5 a 3 litros, dependendo do regulamento — com oito, 12 ou até mesmo 16 cilindros. É melhor.

BRM: dezesseis cilindros, 1,5 litro

Mas se a sobrealimentação for uma opção, menos é mais. Não existe vantagem em fracionar para aspirar melhor quando alguma coisa empurra a mistura para dentro sem que o motor precise se desdobrar para isso. É exatamente por isso que vemos atualmente uma enorme opção de motores de três cilindros, sendo que eles nunca foram opção popular em nenhum tipo de carro.

Só para manter o didatismo do exemplo, na era turbo tivemos carros de F1 com motores de quatro e seis cilindros, e eles foram vitoriosos mesmo com tão poucos cilindros.

Existe um truque em preparação que nunca falha: aumente o tamanho do motor. Quanto mais deslocamento, mais potência. Estude detalhadamente seu motor e veja se é possível aumentar o deslocamento de forma razoável e como fazer isso. Este truque não falha e às vezes é simples de fazer — especialmente se não for possível trocar o motor. Por aumentar o deslocamento também podemos entender sobrealimentar, algo que produz o mesmo resultado.

Um parênteses: não confundir eficiência volumétrica com eficiência térmica. Eficiência volumétrica é quanta potência você tira de  determinado deslocamento. Tirar 100 cv de um motor de um litro não significa que ele será melhor termicamente que um outro  que renda menos potência por litro. Tem a ver com quanto do combustível efetivamente vira potência.

Motor marítimo: 400 rpm e 17.100 hp

Neste quesito, por exemplo, é impossível vencer um motor ciclo diesel marítimo de baixa velocidade, lenta a 60 rpm e rotação maxima de 100 rpm, mas que aproveita (faz virar trabalho) 46% do que você entrega a ele em combustível, enquanto o super motor a gasolina do seu carro aproveita apenas pouco mais de 30% da energia produzida pelo combustível.

Aí fica outro ponto legal:

Como acertar o arranjo de curso e diâmetro de um motor para um fim específico?

No caso do motor estacionário ou marítimo com rotação máxima de 100 rpm super eficiente, como ele é arquitetado? Um curso enorme e um furo relativamente pequeno — ou seja, sub-quadrado (quando o curso é maior que o diâmetro). Por outro lado um motor de alta rotação, que pretenda passar digamos de 10.000 rpm tem que ser o oposto, muito diâmetro e pouco curso.

O motor da Hornet 600 tem curso de 42,5 mm e diâmetro de 67 mm. No outro que tratávamos, você tem um furo de um metro de diâmetro e um curso de 1,60 metro. Logo esta relação de diâmetro e curso vai ter tudo a ver com o que você vai ter de comportamento exceto por um detalhe: motores sobrequadrados (curso menor que o diâmetro) são notórios por serem piores de se adequar às emissões de poluentes que os subquadrados. Ou seja, quanto mais superquadrado, mais difícil de ser bom em emissões.

Outro detalhe: com os carros cada vez menores, ter cilindros proporcionalmente menores ajuda muito a ter um motor mais curto. Depois, se for o caso, aumenta-se um pouquinho a altura do deck se não for possível acomodar mais curso no seu bloco original. Com isso você não precisa recorrer a aumento do diâmetro, algo que implicaria em reprojetar todo o motor. Mesmo que precise aumentar a altura do bloco, só se mexe nele. Cabeçote, cárter, e demais componentes permanecem intactos. Isso diminui custos de produção, ferramental etc.

Mas e a biela? Primeiro vejamos uma coisa: o comprimento da biela é intimamente dependente do curso e do resultado dinamico do motor. Motres que giram pouco podem ter uma biela relativamente mais curta. Quanto mais curta, menor a possibilidade dela flambar, ceder ao esforço de compressão e entortar ou quebrar. Mas quão curto é curto e quão longo é longo?

Você precisa levar em consideração a relação entre o comprimento da biela e o curso do pistão. Podemos calcular essa relação de duas formas. A primeira é mais usada nos EUA, conhecida como rsr — rod stroke ratio, literalmente “relação biela curso”. É a medida direta: você pega o comprimento da biela e divide pelo curso. O resultado é um número que vai de 1,4 a 3, tendo como limite prático algo entre 2 e 3. A segunda é o r/l, onde “r” é “radius” ou raio e “l” é “lenght”, ou seja, raio dividido pelo comprimento. Raio do quê? Do movimento do virabrequim, ou seja, meio curso do pistão. Você pega essa medida, divide pelo comprimento da biela e tem a relação r/l, que é o que mais usamos por aqui.

 

Mas existe mesmo o r/l ou rsr perfeito? Perfeito para quê?

Um motor Cummins diesel, Série C, que tem bielas parrudíssimas, gira relativamente baixo, tem cilindros super duros e pistões que, além de bem duros superficialmente também e giram ridiculamente baixo para padrões de motores de ciclo Otto. Ele se sai muito bem com um rsr próximo de 1,4 ou r/l na casa de 0,35 — considerado alto demais por muita gente. É super duravel, confiável, agradável de dirigir.

Sempre achei referências do rsr perfeito ser 1,84, que por acaso é o dos motores Dodge 273/318/340. Ok, aí você pega o mesmo motor perfeito, com rsr perfeito, monta um stroker nele, que pode ser um modesto 3,58″ de curso, que vira 360 polegadas com um diâmetro de quatro polegadas. O rsr cai para 1,71 (r/l 0,29) e o rendimento e o comportamento dinâmico do motor melhora bestialmente.

Já que falamos de V8, o Ford 302, tão caro a nós brasileiros, tem este mesmo rsr. Biela de 5.090″ com 3″ de curso. Ou alopra de vez e parte para um virabrequim com 4″ de curso, usando a mesma biela de 4″ e fica com rsr de 1,53 (r/l 0,326) e continua bombando. Não ficou áspero, não soltou as tiras, não tem cheiro.

Mas todo mundo diz que fica áspero com r/l maior que 0,3, mas o V8 não fica por quê? Porque ele não é um quatro-cilindros em linha, em que a inércia de fim de curso vira vibração direta em modo de força livre, fazendo o bloco subir e descer. No V8 ele se transforma em um binário, que se anula com dois contrapesos nas pontas opostas do virabrequim. Sacou? Esse raciocínio se aplica também ao seis-em-linha.

Nos quatro-em-linha voce usa balanceadores se isso te incomoda muito ou for incompatível com o uso do carro. Um carro de requinte, por exemplo, não casa bem com motor áspero.

Mas tem outro jeito de melhorar isso tudo? Tem sim, e se chama Princípio de De Saxe. Quem primeiro usou e abusou dele foi Henry Ford. O princípio se baseia num fato simples: você desloca o cilindro transversalmente de modo que o pistão no curso motor esteja à frente do eixo, fazendo que no momento exato do ponto morto superior não seja impossível fazer o motor rodar. Como o cilindro está à frente, ele desce com menos resistência e diminui o atrito do êmbolo no cilindro.

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Assim o motor fica ainda mais liso, menos áspero, mais suave e com menor desgaste do pistão no cilindro no ciclo motor. Este objetivo se obtém simplesmente também pondo o pino do pistão fora da linha de centro do cilindro, sendo esta a justificativa de que quase todo pistão original de produção ter posição de montagem, a setinha que indica o lado do volante. Desta forma ele põe a cabeça da biela adiantada em relação ao virabrequim e facilita a descida.

Do mesmo jeito, se você inverter o pistão, ele sofrerá mais com atrito, mas produzirá um infinitésimo a mais de potência ao custo de maior desgaste, barulho e aspereza.

 

Dá pra escolher?

Vamos supor que exista possibilidade de escolha e que você esteja nos EUA e que, por algum motivo qualquer, um regulamento imponha um limite de deslocamento de cinco litros e você usa exatamente um motor Chevy de cinco litros. Qual deles usar? Você pode escolher entre um 302 de 4″x3″ (diâmetro x curso) com biela de 5,7″ e rsr 1,9; um 307 de 3,875″X3,250″ com a mesma biela de 5,7″ e rsr 1,75; ou um 305, de 3,735″X3,480″ com a mesma biela 5,7″, rsr 1,63.

Vai usar em quê? Numa picape de trabalho? Carro de rua? Carro de corrida?

Na picape de trabalho o 305, sem dúvida alguma. No carro de rua o 307, e no de corrida 302. Deste jeito você vai tirar o melhor de cada um deles, sem sofrer e sem matar demais a personalidade de cada motor.

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Camaro Z/28 e seu motor 302

Mas e o comando? Supondo que você saiba qual a suposta duração certa, como ficam os outros parâmetros como o cruzamento?
O que pulsa mais, pelo rsr menor numericamente, se vira melhor com mais cruzamento que o de rsr maior numericamente. Daí um comando qualquer de 280° de duração advertised seria mais adequado ao 305 se tivesse menor ângulo entre topos, tipo 107°. O mesmo comando com 109° ou 110° ficaria melhor no 307, e o 302 ficaria mais feliz com o entre-topos de 112º ou 114°, lembrando que quanto maior numericamente o entre-topos menor o cruzamento e vice-versa.

Uma coisa geralmente negligenciada neste caso dos motores Chevy com pistões de diâmetros diferentes é tamanho de válvulas. No 305, com diâmetro de 3,735″ o máximo que rola bem é 1,88″. No 307, com pistões de 3,875″ o limite é 1,94″; e no 302, com suas 4″ de diâmetro você põe facilmente válvulas de 2,02″, que é o máximo que se consegue com o tamanho e a distância que se tem entre as válvulas no cabeçote do Chevrolet. Mais que isso, só refurando o cabeçote e pondo guias fora da posição original.

 

E os carburadores?

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Como ficariam? Você precisa mesmo seguir regras fixas? Vejamos os Holley Double Pumper, que sempre usamos em V8.
Tem aquelas regras todas de que um motor teórico que atinja 6.000 rpm você usa 2 cfm para cada polegada cúbica. Nesse caso um 302 fica feliz com 600 cfm, o 318 com 636 cfm (que no caso é 650 cfm) e por aí vai, certo?

Não tão rápido.

Como o carburador funciona na base do efeito venturi, um Holley 600 tem, digamos, borboletas de 40 mm com difusores primários de 35 mm. O 650 teria borboletas maiores, de 42 mm, mas com o mesmo corpo e difusores 35; e o 700 teria difusores 37 com borboletas 42 iguais às do 650.

O 600 fica lindo no 302 e o 700 também, mas o 650 com maior efeito venturi nem tanto. Esse fica bem legal no Dodge. Lembrando o que vimos mais acima, o 302 tem 1,7 de rsr, pulsa mais na admissão e inicia o circuito de alta mais fácil que o Dodge com seu maior deslocamento, mas com rsr 1,84 pulsa menos e por isso inicia com mais dificuldade, e o 650, com o maior efeito venturi acaba ficando melhor arrumado nele. Pra quem não sabe, Holley não é Weber, não troca caneta, não troca difusor, nem corretor de ar. Voce acerta giclê de alta e válvula de potência de acordo com a quantidade de vácuo que seu motor gera na lenta.

 

 

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