Tuning & tecnica:Motor

Tuning Motor

O motor é o principal componente de um carro para se fazer tuning. Faz-se tuning no motor com o objectivo de conseguir mais performance do motor para determinada utilização. É realmente uma área onde as possíbilidades são grandes. Cada motor é um caso à parte e as capacidades para se aumentar a potência depende de vários factores. Nesta página não conseguimos cobrir todos os aspectos, mas é dado algum foco aos principais. Outros assuntos relacionados com o tuning de motor têm uma secção própria: chiptuning, admissão de ar, sistema de escape. Antes de se alterar o motor, o utilizador deve estar ciente dos principios básicos de funcionamento do mesmo. Uma excelente fonte em lingua Inglesa para se ter essa noção é Howstuffworks. As condições de garantia ecomo determinada alteração afecta essa garantia é também muito importante. Uma das formas de se verificar os ganhos de determinada alteração pode ser conhecida através da realização de testes de potência. Comparando um teste antes com um efectuado depois da alteração possibilita ver como a alteração se comporta em toda a gama de rotações. De seguida segue-se uma descrição de alguns tópicos sobre tuning no motor.


Turbo

O turbo é um compressor movido pelos gases de escape do motor. Acreditem ou não, o primeiro sistema turbo propulsionado pelos gases de escape foi inventado em 1905 pelo Dr. Alfred J. Buchi, um engenheiro Suíço. Em 1915 introduziu também o primeiro protótipo de um motor turbo-diesel, mas que foi ignorado pela indústria automóvel e aproveitado pela indústria Aeronáutica. Até aos dias de hoje, os turbos sofreram uma evolução muito grande, tendo a formula 1 nos finais da década de 80 contribuindo para isso decisivamente. Um Turbo aumenta a potência de um motor sem aumentar grandemente o seu peso. é esse o factor fundamental para os tornar tão populares. Estão presentes hoje em dia em diversos carros desportivos a gasolina e o seu uso é muito generalizado nos modernos motores diesel. Mas como funcionam?


Um esquema de um turbo pode ser analisado na figura superior. Quando os gases de escape saem do motor para os colectores de escape, fazem rodar a turbina, que solidária com o compressor fazem-na girar. Isto faz com que o ar seja comprimido. Assim o volume de ar que entra para o motor aumenta. Quanto mais gases de escape saírem e com mais força, mas rápido girará a compressora e mais ar entra para o motor. Isto permite que seja introduzido também mais combustível e que se aumente assim a potência do motor. Um motor turbo comprimido consegue aumentar a sua potência até cerca de 40% mais do que o motor equivalente sem turbo. São contudo sistemas muito delicados e que exigem alguns cuidados devido às características extremas em que operam. O turbo, ao permitir que entre mais ar para o motor, permite que a combustão seja mais completa.
Muitos motores já possuem hoje em dia turbos correctamente dimensionados e que não têm os problemas que tinham à uma década atrás. Os motores equipados com turbos podem ser melhorados, através de um aumento da pressão do turbo, da troca do turbo ou até da melhoria da eficiência de todos os elementos que fazem parte do sistema, nomeadamente as tubagens, intercoolers, wastegates, etc.
A montagem de um kit de turbo num motor atmosférico é também uma das formas mais eficazes de aumentar de forma significativa a potência nestes motores. É necessário ter em atenção se a empresa que o comercializa dá as garantias de qualidade e de consultoria na montagem do kit. Os mais arrojados podem contruír um sistema de raiz adaptado a qualquer carro. Isto é contudo uma tarefa que requer muita experiência e conhecimentos teóricos e práticos. A escolha dos componentes, tamanho das turbinas, intercooler, etc são fundamentais para o sucesso do projecto.
Compressor Volumétrico

Contrariamente aos kits turbo a instalação de compressores volumétricos em carros atmosféricos requer menos material específico. Não é necessário modificar o colector de escape, uma vez que o compressor é arrastado por uma correia. No entanto é preciso ter em atenção à taxa de compressão, as permutas térmicas e muitos outros factores. No seu funcionamento consomem uma certa potência, necessária para o seu próprio funcionamento. Os compressores estão muito divulgados nos EUA, sendo a maior parte das marcas que os fabricam Americanas. Há também veículos equipados de série com compressores, é caso por exemplo do lendário VW Polo G40. Existem vários kits de compressores maioritariamente destinados a veículos japonenes e Americanos.
Turbo vs. Compressor Volumétrico

Tanto o turbo como o compressor volumétrico permitem que entre mais ar para o motor. A principal diferença entre um turbo e um compressor é que o turbo funciona aproveitando a potência residual dos gases de escape enquanto que os compressores volumétricos funcionam através de uma correia movida pelo motor. Os compressores volumétricos são mais eficientes a baixas rotações. Já os turbos, devido ao tempo de resposta, são mais eficazes a altas rotações. Na teoria, o turbo é mais eficiente porque usa energia desperdiçada, os gases de escape, para o seu funcionamento. O compressor volumétrico usa a mesma energia utilizada pelo alternador e outros componentes do motor. Os compressores volumétricos normalmente são mais caros, mas mais fáceis de instalar.


Intercooler

O intercooler está cada vez mais a ser reconhecido como um dos componentes principais para melhorar em carros com turbo. Um intercooler é uma espécie de radiador ou mais especificamente um permutador de calor. O intercooler posiciona-se entre o turbo e os colectores de admissão. Proporciona uma melhor performance ao mesmo tempo que reduz o consumo de combustível , as emissões dos gases de escape e a carga térmica no motor e aumenta a fiabilidade do motor. A sua função é baixar a temperatura do ar que aumentou bastante depois de o ar ser comprimido pelo turbo. A eficiência de um intercooler mede-se pelo sucesso com que consegue remover esse calor. Contudo um intercooler mal dimensionado também pode causar problemas, não é o simples facto de se adicionar um intercooler que se consegue melhorar da melhor forma as performances do motor.




As vantagens do intercooler são:
1- o arrefecimento do ar quente comprimido que sai do turbo, aumentando a sua densidade e dessa forma conseguindo entregar uma maior massa de ar ao motor, desta forma aumentando a potência do motor;
2- redução das temperaturas e carga térmica do motor, por conseguinte até se pode aumentar a pressão do turbo para valores mais elevados. Os intercoolers são um componente importantes em todos os motores turbocomprimidos.
Eficiência de um Intercooler mede-se pela razão entre a temperatura removida pelo intercooler e o aumento de temperatura causada pelo turbo. Mede-se em percentagem.
Tipos de intercooler: os intercoolers podem ser do tipo ar/ar ou ar/água. O primeiro é mais simples, tem melhor eficiência a altas velocidades, maior fiabilidade e menor manutenção assim como o custo que é também menor. Os do tipo ar/água tem maior eficiência a baixas velocidades, provocam menor perda de pressão do turbo e a resposta do acelerador é melhor.
Se o motor já tem um intercooler, a sua função pode ser melhorada trocando-o por um intercooler de maior eficiência, com melhores materiais e superfície de arrefecimento. Da mesma forma conseguindo que mais ar passe no exterior do intercooler vai fazer arrefecer melhor o ar que passa no seu interior. Outros sistemas podem ainda ser usados para melhorar a eficiência do intercooler tal como usar uma ventoinha para manter o fluxo de ar quando o carro está parado ou utilizando jactos de água para com a evaporação ajudar a arrefecer o ar. Outra hipótese é ter dois intercoolers. Por exemplo o Audi TT de 180cv tem 1 e o de 225cv tem dois intercoolers. Os tubos que levam o ar de e para o intercooler também podem sofrer um upgrade em termos de diâmetro, material e isolamento.

Wastegate

É uma válvula existente na grande maioria de carros com turbo sem geometria variavel. Está válvula reage à pressão do turbo e que permite que apenas uma parte dos gases de escape passe pela turbina, de modo a controlar a pressão máxima. Com menos gases a passar na turbina, a compressora roda mais lentamente estabilizando a pressão do turbo. A Wastegate reencaminha os restantes gases para o colector de escape. Existem wastegates internas ou externas ao turbo. Normalmente quando os carros estão equipados com estas válvulas e se mexe no turbo ou se aumenta a pressão máxima de funcionamento, o mecanismo de actuação da wastegate pode não ser suficiente para trabalhar nas referidas pressões e tem que se trocar a válvula. A mola do mecanismo de controlo da válvula tem um papel importante no correcto funcionamento e actuação da wastegate, daí a escolha ser bastante importante. Com a maior divulgação dos turbos de geometria variável que não necessitam destas válvulas para o controle da pressão faz com que possam ser cada vez menos necessarias.

Válvulas blow-off

em construção
Árvores de cames

As árvores de cames tem um papel fundamental no funcionamento dos motores, pois controlam a abertura e o fecho das válvulas por uma certa ordem e no ângulo certo. Normalmente as árvores de cames de série estão optimizadas para manterem correctamente o trabalhar ao relenti e para que o carro tenha bons consumos. A forma e ângulos dos componentes da arvore de cames são determinantes para as suas performances. Normalmente alterando-se a árvore de cames por uma mais desportiva consegue-se ganhar alguma potência a altos regimes, normalmente a partir das 4000rpms. As árvores de cames de alta performance são desenvolvidas com recurso a computadores e tem como objectivo optimizar a potência e binário na faixa de rotações mais alargada possível, algumas marcas oferecem vários perfís diferentes de modo a que o utilizador possa escolher se dá preferência a potência a baixos regimes ou por outro lado se pretende ganhos a altas rotações.
Para algumas árvores de cames existem dispositivos que permitem regular o momento exacto que se pretende a abertura e fecho das válvulas maximizando assim a performance do motor consoante a utilização. Estes dispositivos são também fabricados com recurso a tecnologia avançada com o intuito de permitir ajustes precisos e pouca resistência à rotação.



Velas

As velas existentes nos motores a gasolina têm a função de incendiar a mistura ar/gasolina e de remover o calor da câmara de combustão. As velas transmitem a energia eléctrica que transforma o combustível em trabalho. é necessário que o sistema de ignição proporcione a tensão suficiente para que causa a faísca entre o intervalo existente entre os terminais das velas. A temperatura das velas deve ser suficientemente baixa para precaver a pre-ignição e alta o suficiente para que o processo se dê correctamente. O tipo de vela é determinante neste processo. Como as velas têm por função remover calor para o sistema de arrefecimento do motor, é importante que as caracteríisticas da vela o facilitem. Para isso os materiais e configuração das velas são determinantes. Do calor gerado pela combustão, 20% são absorvidos pelo ar no tempo seguinte do processo de combustão, 58% são absorvidos pelas paredes do bloco dos cilindros, 20% são absorvidos pelas velas, os restantes 2% são absorvidos pelos cabos das velas.
Uma vela quente tem uma área exposta aos gases de combustão maior. Isto mantém a temperatura da vela alta, o que a torna ideal para o para-arranca do trânsito das cidades. Uma vela fria tem uma área inferior exposta aos gases da combustão. São usadas tipicamente em competição devido à maior capacidade de remover calor no processo de combustão. Também os motores turbo e com compressores usam estas velas devido ao maior calor gerado na combustão. Têm contudo uma performance inferior a baixas velocidades e ao ralenti.

Há velas que proporcionam umas melhores características na combustão. Existem modelos desde com 1 até 4 pólos, recentemente apareceram alguns modelos sem nenhum pólo. Através das velas é possível diagnosticar alguns problemas nos motores. Para isso é necessário ter alguma experiência e saber exactamente o que pode fazer em cada situação.

Regulador pressão da gasolina

São usados para manter uma correcta pressão do combustível. Necessárias quando se procede a determinadas alterações nos carros e se pretende aumentar a quantidade de combustível injectado pelos injectores de origem ou para maximizar a pressão do combustível quando se trocam os injectores por uns de maior débito.
NOS (Nitrous)

Hoje em dia há várias maneiras de aumentar a potência de uma motor. Uma das que se tornou moda recentemente é a injecção de Oxido Nitroso, também conhecido como gás hilariante. Estes sistemas foram inventados em 1942 por um engenheiro Alemão para que os aviões pudessem dispor de um sistema de potência extra para poderem usar depois dos voos picados. Depois na década de 70, os investigadores da empresa N.O.S. (Nitrous Oxide System) realizaram e desenvolveram umas electro-válvulas que dosificavam a injecção do gás no motor. Esta empresa aplicou depois os seus desenvolvimentos aos automóveis. Surgiram entretanto várias empresas a propor kits ex, NITROUS EXPRESS, NITROUS WORLD, ZEX, etc.

São possíveis aumentos de 40 a 60 cavalos sem grandes alterações, mas se se quiser ir para potências mais elevadas, é preciso fazer determinadas alterações nos pistões e outros componentes. A composição do N2O é composta por duas partes de Nitrogénio e uma de Oxigénio. Durante o processo de combustão, o Oxido Nitroso divide-se libertando Oxigénio, sendo este o responsável pelo aumento extra de potência. O Nitrogénio é responsável por controlar a combustão, reduzindo a temperatura de combustão em alguns graus. Estes sistemas são usados durante breves segundos e normalmente são usados em provas de aceleração. Algumas das vantagens destes sistemas são que a potência extra só é usada a pedido, durante o resto do tempo o motor funciona normalmente. Pode-se mudar o kit para outro carro na altura da venda e já existem várias marcas a fornecer estes kits com várias gamas de potência.

Existem 3 tipos de sistemas, o sistema seco, o sistema húmido e o de porto directo com diferenças no modo como o NOS é injectado. Os componentes que fazem parte destes kits são: Botija, válvula reguladora do fluxo, botão de accionamento, electro-válvulas, injectores e filtros.

EGR

A EGR (Exhaust Gas Recirculation), é um sistema que faz com que parte dos gases de escape, produzidos pela queima no motor, seja novamente introduzidos na admissão. Este sistema foi desenvolvido pelos construtores de modo a que os veículos pudessem cumprir as rigorosas normas antipoluição actualmente em vigor. Se reduzirmos o teor de oxigénio na combustão, será libertado menor teor de NOx. Ao reintroduzir gases de escape (pobres em oxigénio) no motor estamos a reduzir o teor de oxigénio do ar introduzido nos cilindros. A grande desvantagem deste sistema, reside no facto de que ao entrar na admissão grande quantidade de gases de escape, todo o colector de admissão ficará sujo, levando o motor a perder eficácia prematuramente. O funcionamento da EGR, ou seja, a quantidade de gases de escape admitidos nos cilindros, é inversamente proporcional à carga dada pelo acelerador. Portanto, deste modo, temos a EGR no máximo de abertura ao ralenti, e a mesma fechada quando o pedal do acelerador é completamente pressionado. Os gases de escape provenientes da EGR, quando combinados com os vapores de óleo que vêm do Carter, formam uma mistura pastosa, estreitando a passagem do ar de admissão aos cilindros, provocando um estrangulamento das prestações. A EGR pode ser fechada fisicamente, através da interrupção do canal de vácuo que activa a válvula ou electronicamente em certos automóveis. A principal vantagem da EGR ser fechada electronicamente em detrimento de um fecho físico, forçado, é a ausência de erros acumulados na centralina, e, como esta funciona na mesma linha de vácuo do servo-freio, a segurança e o comportamento ficarão inalterados. De acrescentar que, pela ausência de “remendos”, o motor não perderá a garantia do fabricante. Fechando a EGR não se aumenta a potência máxima do motor, mas em cargas parciais do acelerador a resposta do motor é melhor e a longo prazo não será preciso fazer a limpeza do colector de admissão. A forma de o fazer nos veículos do grupo VAG está descrita na secção DIY.

CCV

Crank Case Ventilation. O PCV foi um dos primeiros dispositivos anti-poluição a serem introduzidos nos automóveis, na decada de 40.

MAF

A MAF também pode ser designada por caudalímetro, Medidor de massa de ar, Debimetro, AFM. Todos estes nomes utilizam-se para identificar um dos componentes mais importantes e intervenientes na gestão dos motores modernos de injecção a gasolina ou diesel. As MAFs funcionam informando em tempo real a centralina, da massa de ar que passa no canal da admissão, intervindo por isso, no cálculo do avanço da abertura dos injectores, volume injectado, pressão da bomba de injecção (excepto common-rail) e pressão do turbo. A MAF é composta de um corpo, onde para além de um segmento de conduta de admissão, também existe um sensor de massa de ar, respectiva placa de circuíto electrónico de controlo e normalmente uma grelha de protecção ao sensor. Este sensor é composto por um filamento de liga de platina-tungsténio com um comprimento de alguns centímetros, e varia a sua resistividade com a temperatura do ar. As diferenças de resistividade são medidas através do cálculo em tempo real da tensão nos seus extremos. Quando o ar passa pelo filamento, a cada incremento de massa de ar, corresponde uma diminuição de temperatura no filamento, e a cada decréscimo de massa de ar, corresponde um aumento de temperatura do filamento. Este componente é bastante sensível e pode ser a causa de problemas em diversos automóveis, com predominância para certos modelos com motor TDI. Pode não se conseguir melhorar as performances através da alteração da MAF, mas muitas vezes são responsáveis por decréscimos na performance de um motor, daí que se deva dar alguma importância.

Banco de potência

É o equipamento mais eficiente para monitorar o funcionamento do motor em condições controladas. Há de vários tipos, mas tipicamente são compostos por uns rolos de grande diâmetro que são postos a rodar pelas rodas do automóvel. Estes rolos estão ligados a uns interfaces electrónicos que indicam a um computador informação para os testes de potência, binário, aceleração, etc. Os bancos de potência são usados por diversos preparadores para testar as alterações que fazem nos veículos e optimizar o funcionamento em toda a gama de rotações. São usados também cada vez mais pelos adeptos do tuning para verificar a potência do seu carro e para verificar as diferenças de potência introduzidas pelas diversas alterações que efectuam.