Esquema da Honda para seu VTEC: em alta rotação, maior levantamento das válvulas
Caso o fabricante ou o consumidor quisesse aumentar a potência, bastava colocar um comando mais “bravo” (com maiores duração e levantamento) e obter potência superior em altos giros, com sacrifício do torque em baixa rotação e aumento de consumo, entre outras perdas. Com o tempo houve enorme aprimoramento no desenvolvimento dos motores, devido à evolução dos computadores, o que permitiu cálculos e simulações bastante avançados dos fluxos de ar/gases dentro do motor e contribuiu para a evolução das curvas de torque — mas este é assunto para outro artigo.
Foi diante desse desafio que diversos fabricantes começaram a adotar mecanismos de variação do comando de válvulas, sendo um caso de sucesso o VTEC (variable valve timing and lift electronic control system, sistema de controle eletrônico para tempos de distribuição e levantamento de válvulas variáveis) da Honda. Em resumo, o sistema permitia que o cliente tivesse dois perfis de comandos de válvulas no mesmo motor: um para aprimorar o torque em baixas e médias rotações, favorecendo agilidade, consumo e emissões no uso comum, e outro que acima de certa rotação de acionamento favorecesse a potência. Os resultados em termos de potência impõem respeito até hoje: em meados dos anos 90 o Civic VTi aspirado de 1,6 litro desenvolvia 160 cv e, no mercado japonês, chegou a 170 (acima de 106 cv por litro). Mais tarde o esportivo S2000 chegaria 240 cv em 2,0 litros (120 cv/l).
A operação do VVT: comando avançado ou atrasado para alterar a abertura das válvulas
Esse sistema foi-se tornando obsoleto, porém, por apresentar apenas duas opções de perfil de comando. Por esse motivo criou-se a variação do tempo de abertura das válvulas (variable valve timing, VVT), que varia o ângulo (posição) do comando de válvulas em relação ao virabrequim. De início, a exemplo do VTEC, usou-se um sistema de duas posições apenas, como se viu no Brasil no Volkswagen Gol/Parati 1,0 Turbo, mas os sistemas atuais são capazes de impor de maneira contínua desde pequenas variações de ângulo, em torno de 0,5 grau, até variações expressivas como 50 graus.
No modelo atual, suspende-se não apenas a injeção como também a atuação da válvula de admissão do cilindro desativado
Apesar de não variar o período total de abertura nem o levantamento (fator este que variava no VTEC), o VVT consegue controlar o momento das aberturas e fechamentos das válvulas em relação ao virabrequim. Usando um sistema VVT para o comando das válvulas de admissão e outro para as válvulas de escapamento, obtém-se uma gama enorme de variações dos ângulos dos comandos para conseguir o melhor fluxo possível em cada condição de carga e rotação. Por meio desse maior controle, podem-se adotar comandos de válvulas com perfil que favorece o torque em alta rotação (maior potência) e apenas otimizar sua posição para outras situações, como de baixa rotação e carga.
O resultado é o melhor dos dois mundos: um motor econômico e de boa resposta em baixa rotação, com potência elevada em rotações altas e, acima de tudo, um fornecimento de torque mais linear e sem grandes vales. Além disso, a variação dos comandos permitiu que alguns fabricantes aumentassem a taxa de compressão nos motores Otto. Pode parecer que não haja correlação entre esses fatores, mas o melhor controle do fluxo de ar dentro dos cilindros pode ajudar a afastar o risco de detonação. Como explicado antes, a tendência a tal fenômeno é menor em cargas baixas. Assim, o ideal seria ter uma taxa de compressão alta para regimes de uso comum e outra mais baixa em regimes mais severos.
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A Saab testou anos atrás um sistema de variação da taxa de compressão, mas é uma solução complexa e cara |
Embora fabricantes como a sueca Saab já tenham estudado motores com taxa de compressão variável, são muito complexos e caros, menos confiáveis e com um controle do sistema muito complicado. É aí que entra a variação do tempo de abertura das válvulas. Como exemplo, a japonesa Mazda produz hoje um quatro-cilindros aspirado de 2,5 litros com taxa de compressão de 13:1 e que funciona mesmo com gasolina de 91 octanas RON (considerado baixo valor de octanagem, lembrando que a gasolina brasileira possui de 94 a 102 RON, conforme o tipo e a mistura de álcool). Qual o segredo?
Sob certas condições, como cargas baixas, o comando de válvulas é controlado para fornecer o máximo de enchimento dos cilindros possível. Assim, pode-se usar a maior eficiência da taxa de compressão alta alinhada com o avanço de ignição BDL igual ao MBT em cargas parciais. Já em condições de possível detonação, controla-se o comando para reduzir a eficiência de enchimento dos cilindros durante a fase de compressão (mantendo as válvulas de admissão abertas por maior período nesta fase), o que equivale a uma taxa de compressão menor.
Há outros sistemas de variação do acionamento das válvulas, aplicados por diversos fabricantes, com princípio semelhante: aprimorar o fluxo de ar em condições variadas de carga e rotação. O Valvelift usado pela Audi, por exemplo, segue a estratégia do VTEC da Honda — um perfil de abertura para rotações baixas e médias e outro para as altas.
O sistema Valvelift da Audi: diferentes levantamentos para baixas e altas rotações
Já Fiat e Alfa Romeo adotam o sistema Multiair, de princípio e operação interessantes, que permite “ligar” e “desligar” a atuação do comando de válvulas a qualquer momento. Em termos simples, o sistema usa um controle eletro-hidráulico entre o comando e as válvulas que habilita a atuação dos ressaltos do comando quando desejado. Há situações, como as de baixa carga, em que se usa apenas uma fração do período de abertura imposto pelo comando.
Com isso, obtêm-se duas vantagens. Uma é o melhor controle do enchimento de ar necessário naquela condição, o que elimina possíveis vales na curva de torque. A outra é que, ao fracionar a abertura do comando, pode-se eliminar a atuação do corpo de borboleta, mantendo-o totalmente aberto para que não haja vácuo no sistema de admissão, o qual seria responsável por “segurar” a descida do pistão durante a fase de admissão, com prejuízo à eficiência total do motor. Assim, pode-se ter um comando bem “bravo” para alta potencia e controlar sua atuação em regimes de baixa carga e rotação.
Outro sistema interessante, embora não muito recente, é o Valvetronic da BMW. Nele, um mecanismo impõe o quanto de atuação terá nas válvulas de admissão, com uma variação tão grande a ponto de permitir a total eliminação do corpo de borboleta. Nesse caso, o controle do ar que entra no motor cabe a esse sistema, com o mesmo benefício de redução de vácuo encontrado no Multiair. É preciso lembrar que reduzir ou eliminar o vácuo no coletor de admissão pode impactar negativamente no sistema de freios, que usa esse vácuo para obter assistência e reduzir o esforço de acionamento do pedal. Nesse caso o fabricante pode ter a necessidade de uma bomba de vácuo, como a presente nos veículos a diesel, só para o sistema de freios.
A partir da esquerda, o Multiair da Alfa Romeo em três modos: “multilevantamento”, fechamento antecipado da válvula e levantamento completo, mais favorável à potência em alta
Desativação: cilindros fora de ação
Outra solução em busca de eficiência nos motores, o conceito de desligar parte dos cilindros, nada tem de novo: na década de 1980 a Cadillac norte-americana já oferecia o chamado V8-6-4, um motor V8 capaz de operar com apenas seis ou quatro cilindros em condições de baixa demanda de potência. Contudo, a capacidade limitada dos sistemas eletrônicos da época e o fato de os cilindros continuarem a admitir ar, o que não aumentava muito a eficiência, foram responsáveis por colocar essa tecnologia em espera até que a Mercedes-Benz a retomasse, no fim dos anos 90, também em motor V8.
Hoje diversos fabricantes investem nesse recurso, mesmo em motores de baixa cilindrada. A Volkswagen o usa em versão do motor turbo de 1,4 litro, que opera então com apenas dois cilindros, e a Ford mostrou estudos para lançar a tecnologia no motor Ecoboost turbo de 1,0 litro e três cilindros, desativando um deles — um desafio e tanto em termos de equilíbrio de massas, que já é crítica com três cilindros ativos.
No modelo atual de desativação, suspende-se não apenas a injeção de combustível como também a atuação da válvula de admissão do(s) cilindros(s) desativado(s), para eliminar as perdas de bombeamento e compressão do ar nesse(s) cilindro(s). A desativação é feita por mecanismos próprios no comando de válvulas, que atuam em rotações médias e com torque baixo ou médio, de forma semelhante à dos sistemas de dois perfis de comando. A diferença é que, em vez de um perfil para economia e outro para desempenho, têm-se um perfil normal de operação e outro sem os ressaltos para a abertura das válvulas.
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