O escape

Para não passar 2015 em branco, um monte de coisa aconteceu com o carro.... mas nenhuma no blog.... E como não ando com muita paciência pra escrever, segue uma atualização do coletor feito por mim mesmo!!!

Deu muito trabalho, ainda mais pra fazer usando os cálculos de ressonância para ele render o máximo possível em conjunto com a configuração do motor. Ainda falta a manta térmica.... fica pra um próximo post!

PORQUE O SACO DE CIMENTO NÃO FUNCIONA (COMO OS PNEUS FUNCIONAM-parte1)

Ah! Essa é clássica: “Tive um Opala, e sabe como é... tinha q colocar um (já chegou a 3) saco de cimento no porta malas pra segurar a traseira dele, senão ia embora”.

Bom, como já comentei no post da suspensão traseira esse fato no caso especifico do Opala acaba colocando a suspensão traseira em uma posição mais baixa, levando ela de volta para a posição para a qual ela foi projetada na Alemanha, corrigindo a geometria quando o carro entra em curva. Mas tirando o caso especifico do Opala e essa peculiaridade, também já ouvi essa mesma lógica com outros carros e com o saco de cimento variando de posição, mas aqui vale uma explicação de como o pneu funciona.

Conforme pode ser visto no gráfico (retirado do livro Race Car Vehicle Dynamics – MUITO bom, recomendo! Comprem! Ou não, vc é que sabe), a força lateral que o pneu é capaz de gerar depende da força que age em cima dele. Cada linha representa uma força atuando em cima do pneu. Em outras palavras, quanto mais “peso” em cima, mais força de atrito ele tem. Ué! Mas então o saco de cimento deveria funcionar....

Então, não. O grande lance é que (como o próprio gráfico mostra), o ganho não é linear, ou seja a medida que se coloca peso, o ganho em aderência não é proporcional. Por exemplo, se em um primeiro momento tínhamos 500kgf de peso em cima do pneu e ele tinha capacidade de gerar 500kgf de força de atrito, quando passamos esse peso para 600kg por exemplo, a força de atrito vai ser de 580kgf (isso é um exemplo chutado da minha cabeça). O atrito aumentou, mas não acompanhou o peso na mesma proporção.

Isso faz com que o carro atinja uma força G menor, já que antes, força exercida pela massa era de 500kgf, e a aderência, também de 500kgf, ou seja ele suporta 1G de aceleração. Já no 2° caso, a força de atrito é menor que a massa, então ela suporta só uma fração da aceleração, no caso 0,966 G.

Como calcular um bico injetor (do jeito certo)

Muito se fala na internet sobre calculo de bico injetor para fazer esse ou aquele projeto, desde motores que simplesmente foram convertidos  para injeção eletrônica, até o mais audacioso projeto com 1milhão de cavalos.

Para cada um deles basta entrar na calculadora de algum site, especificar a potencia do motor, o combustível utilizado, e o numero de bicos e pronto! E quem for nóia como eu, e baixar o catalogo de bicos injetores e suas vazões, e colocar os dados de um modelo de carro qualquer, vai perceber que a maioria deles resulta em um valor próximo. Isso significa que o calculo funciona, mas não indica COMO o motor funciona, ou então, porque um carro fica mais bem regulado que outro, ou porque um é mais econômico que outro, ou ainda porque geralmente um carro de fabrica não comporta mais potencia.

O calculo feito normalmente é feito considerando que o bico injetor se mantenha aberto 100% do tempo. Isso funciona muito bem quando há alguma restrição no numero e tamanho dos bicos injetores que se tem disponível. Entretanto, o motor não admite esse combustível 100% do tempo. O motor só tem como admitir o combustível quando a válvula de admissão esta aberta (lógico!), e é ai que vem o problema: O que acontece com o combustível injetado enquanto a válvula fica fechada?

Bom, na verdade não é um grande problema, esse combustível acaba entrando no motor na próxima vez que a válvula abrir. O que acontece é que ele tem que esperar um ciclo para entrar, e como o combustível é líquido, a mistura com o ar é uma suspensão de partículas de combustível, e que logo se condensa. O combustível, agora em forma de gotas, e não mais em “spray” entra na câmara de combustão, só que agora sua queima é mais ineficiente, é muito mais lenta porque há muito menos área de contato entre as moléculas de combustível e de ar (não vou explicar isso, apenas pense em como o combustível queima ao ar livre... o vapor faz quase uma bola de fogo e queima bem rápido, enquanto a parte liquida demora bem mais).

Esse processo é imperceptível, tanto pra quem dirige o carro quanto pra quem afina o motor (não vem com essa, É imperceptível! Mistura incorreta e ponto fora são OUTRAS coisas). Aliás, isso quase não afeta a potencia final do carro. Mas se reflete no consumo, uma vez que para a mistura queimar de maneira correta, é preciso de um pouco (muito pouco) a mais de combustível, só que esse pouco, 3000 vezes por minuto, em 4 cilindros durante duas horas... VAI dar diferença.

Então, como calcular o bico? O bico deve ser calculado tendo em mente o quanto de tempo a válvula de admissão fica aberta. Na verdade o IDEAL é calcular com base no quanto ela fica aberta com mais de 1mm de levante, que é quando ela pode realmente admitir bastante ar e carregar o combustível, e isso fica em torno de 200° para um motor de fábrica.

O calculo então deve ser feito calculando a massa de ar que o motor deve admitir (PV=mRT de química básica – pressão volume e temperatura do ar do motor). Com a massa de ar, pela razão estequiométrica do combustível, a massa de combustível pode ser calculada (13,5:1 para gasolina brasileira, e 8,0:1 para álcool) com a massa de combustível, é hora de calcular quanto de volume isso representa, usando as densidades dos combustíveis (0,756 g/ml para gasolina brasileira, e 0,789 g/ml para álcool).

Agora que se sabe o volume de combustível, com a vazão do bico injetor, da pra saber o tempo que ele tem que ficar aberto para injetar a quantidade de combustível que seu motor precisa. E esse tempo tem que ser menor que o tempo que seu motor fica com a válvula aberta na rotação máxima.

Dito isso, esse é o jeito de se calcular um bico injetor de maneira que em todas as condições de funcionamento o motor consegue injetar tudo o que precisa dentro do tempo que a válvula fica aberta (modo de funcionamento sequencial).

Alguns já devem ter notado que o bico especificado assim é BEM maior que o normal, e que em condições de pouca carga onde a quantidade de combustível requerida é pequena, esse bico será difícil de controlar. Na verdade tudo depende da precisão com que o sistema de injeção faz os cálculos e da precisão com que se calibra o motor. Algumas montadoras já perceberam isso, e para simplificar as coisas, escolhem um bico de tamanho intermediário, mantendo o motor em modo sequencial por uma gama maior de condições de funcionamento; e como em condições onde se exige o máximo de potencia, o consumo não é o foco, o motor não precisa mais trabalhar de maneira sequencial.

PS: se o sistema de injeção é monoponto, ou mesmo multiponto, mas atua os bicos de maneira simultânea (vários bicos ligados juntos), não há como o motor trabalhar de modo sequencial, mesmo que 1 deles trabalhe corretamente, todos os outros não conseguirão.

A Injeção - parte1

Já a algum tempo ando projetando e fazendo o sistema de injeção eletrônica do Opala. Como já disse antes no post sobre o kart, o sistema é uma evolução do que foi desenvolvido no lá. Então vamos a uma pequena(essa é boa!) introdução:

Há 3 tipos de funcionamento básico para o sistema de injeção: “speed-density” (velocidade-densidade), “mass flow” (vazão em massa), e “alpha-N”.

   -speed-density:  faz o cálculo da quantidade de combustível com base em uma tabela armazenada na memória da central eletrônica cujos eixos são a velocidade do motor, e a pressão do ar de entrada no motor, dai o nome do sistema: velocidade(do motor) e densidade (do ar).

   -mass flow: utiliza um sensor de vazão mássica de ar conectado a entrada de ar do motor, enviando à central diretamente a informação da quantidade de ar aspirada pelo motor, e também com a rotação do motor, é possível calcular a quantidade de combustível requerida.

   -alpha-N:  é um método de cálculos que até o momento da pesquisa só era encontrado em motocicletas de alto desempenho, e foi proposto em vista da necessidade de respostas mais rápidas do sistema de injeção, e funciona da mesma maneira que o sistema “speed-density” com uma tabela armazenada na memoria, entretanto, os eixos são alpha (percentual de abertura da borboleta de aceleração), e N (rotação do motor).

Em todos os sistemas, transientes, e outras variáveis como temperatura do motor, leitura das sondas e outros sensores são tratados como correções em relação ao calculo principal, havendo inúmeras variações de métodos e funcionamentos.

Bom, para instalar o sistema no Opala, a primeira coisa de que precisei foi colocar um sensor de rotação, já que o motor original não dispõe de um. Optei por fazer toda a adaptação dentro do distribuidor, e isso vc pode ver aqui!

O sistema no caso utiliza um tipo de configuração speed-density, mas com algumas diferenças a respeito de como os mapas são utilizados, além de que ela é auto-adaptativa, o que significa que não haverá nenhum post a respeito de como esta a injeção do motor, pois isso é feito automaticamente pelo programa. (não haverá comentários sobre o funcionamento especifico dessa parte pois isso é segredo comercial, apesar de a empresa que tem os direitos não ter lançado produto, isso não vem ao caso).

O Hardware:

Para o sistema de injeção (qualquer que seja) funcionar, há algumas coisas que ele precisa ter, e vou colocar aqui como qualquer um poderia fazer, ou seja é um “DIY Fuel Injection”.

Seguindo o caminho que o combustível tem que percorrer do tanque até finalmente explodir no motor, o combustível precisa ser bombeado por uma bomba de combustível que deve conseguir manter uma certa vazão (requerida pelo sistema) a uma pressão regulada (geralmente 3bar). Aqui uma dica importante: Não importa se uma bomba suporta até 12-18bar ou qq coisa, o que interessa é quanto de vazão ela consegue na pressão de trabalho, por exemplo, a 3bar.

Para regular essa pressão é necessário um regulador de pressão, ou chamado de vez em quando de dosador, mas é a mesma coisa. Todo carro tem, mesmo os sistemas sem retorno, a diferença é que nos sistemas sem retorno ele fica instalado no tanque. Ele funciona ligado a linha de pressão da bomba, e quando a pressão atinge o valor para o qual ele foi especificado para regular a pressão, ele permite que o excesso de combustível retorne ao tanque. Simples assim. Há casos onde ele é regulável, mas o funcionamento é o mesmo.

Com a linha de combustível regulada, ela pode chegar ao bico injetor, que é quem realmente controla o combustível que vai para o motor. Ao contrario do que muita gente pensa o bico não consegue abrir muito nem pouco, ou ele abre ou não. Então a injeção vai controlar simplesmente o quanto de tempo ela quer que o bico fique aberto. Só isso!

Funciona assim: Com base nos sensores e nos dados armazenados na injeção, ela sabe quanto de combustível o motor vai precisar a cada momento. Para injetar a quantidade desejada, a injeção sabe que o bico injetor instalado tem vazão X quando regulado a pressão Y. Então ela calcula quanto tempo esse bico tem que ficar aberto para que ele jogue no motor a quantidade desejada de combustível. Por isso é tão importante manter a pressão na linha estável, porque de ouro jeito, a central não tem como saber a vazão do bico.

É isso!

ACHE O CG

Qualquer um que quer ser minimamente sério projetando um carro, moto, bicicleta, ou qualquer coisa desse tipo vai, e eu disse VAI ter que descobrir (no caso de algo já feito) ou estipular onde está o centro de gravidade (ou centro de massa) do veiculo. E por CG eu nem ainda comentei sobre momento de inércia, pq isso fica para outra discussão.

Porque é tão importante?

Ora, é porque é de lá que vem todas as forças que atuam no carro (estou tomando o carro como exemplo pq é sobre isso que o site trata: MEU carro)!

Vamos a um exemplo: Imagine o carro acelerando. Ao acelerar, o carro “joga peso para trás”. Isso é o efeito da inércia, inércia da massa do carro que não quer sair do lugar. Ao acelerar a massa do carro para frente, por inércia ela responde então com uma força igual, mas de sentido oposto (f=m*a). Como o CG tem uma altura em relação ao chão e o carro apoia essa massa por 2 rodas (visto lateralmente), isso faz com que surja uma força vertical de cima para baixo na roda traseira, o que faz a suspensão comprimir, e uma força de baixo para cima na dianteira, que faz o exato oposto. (não vou descrever os cálculos, são chatos, mas é física e geometria do colegial, mas para nota, quanto menor o entreeixos e mais alto o cg, maior o efeito).

Mas oq isso tem a ver?

Se vc só quer dirigir o carro, nada. Mas se vc for alterar ele ou construir um, é fundamental!

Seguindo o exemplo do carro acelerando, se ele for um carro de tração traseira, o efeito é benéfico! Porque quanto mais transferência de peso houver, mais força estará sobre os pneus traseiros e consequentemente mais atrito (força de atrito... lá da escola), e se há mais atrito, é possível colocar mais potência sem perder aderência! SHOW! Ou.... até ele virar (e isso acontece direto com as motos). Então é trabalho do engenheiro que esta projetando, colocar o CG em relação às rodas de maneira que se consiga o máximo de aderência, sem que ele vire para trás.

No caso de um carro de tração dianteira, o efeito é péssimo, pois retira aderência das rodas de tração, então o efeito deve ser reduzido ao máximo (para os donos de carros de arrancada, o recado esta dado: erguer a traseira de um tração dianteira.... provavelmente não esta te dando vantagem (pelo menos do ponto de vista do CG).

É isso!

"Novo" motor

Depois de MUITO tempo sem postar, apesar de não ter prometido pra ninguém que teria posts periódicos aqui, mas só para atualizar a situação atual do Opala. Seguem algumas fotos do trabalho feito no motor do carro, recebendo além do comando de válvulas, algumas atualizações, como um defletor no cárter pra manter a estabilidade do óleo em curvas, acelerações e freadas, e um cabeçote vindo do Omega, além de tudo isso ser montado com taxa de compressão aumentada.

A escolha do cabeçote do Omega foi óbvia, como o carro vai receber um sistema de injeção (o sistema de injeção em si fica para uma serie de postagens só para ele) os dutos individuais são essenciais para extrair o máximo do sistema, tanto em potência, quanto em consumo, além do que a afinação do sistema fica sendo muito mais direta, pois se tem certeza de quanto foi injetado em cada cilindro, e isso é sempre uma duvida nos motores de dutos geminados. Além do fato de comprei o cabeçote junto com todos os coletores, o que tornará a instalação da injeção eletrônica uma montagem de lego (assim espero).

Outra alteração para o sistema de injeção foi o distribuidor. Para que o sistema de injeção funcionasse era preciso instalar um sensor de rotação, e para isso o sistema original do ômega não ia funcionar (Até ia, mas com bem mais trabalho). A solução foi fazer eu mesmo o novo sistema. A partir de um distribuidor velho, projetei um sistema com uma roda dentada e um sensor de fase, montados juntos no corpo do distribuidor. Dessa maneira, toda adaptação se resume ao distribuidor que é uma peça pequena para levar ao torneiro além de ser possível testar em bancada, e não tenho que colocar um sensor de rotação em um lugar do motor (roda fônica) e outro lá do outro lado (sensor de fase), tudo isso fica junto dentro do distribuidor. (Também descobri que a Honda já havia feito isso no sistema de injeção dos motores da serie B (os quais eu sou fã)).

Por enquanto, é isso!

O comando (finalmente um post do motor)

Depois de tanto tempo sem postar nada aqui, voltar a escrever parece até meio estranho, masvamos voltar ao que interessa: O Opala!

Como todo Opala mexido, não é possível deixar de lado sua já original característica maisdivertida: o motor.

Como ja havia pensado em mexer no motor desde o inicio do projeto, ja havia comprado um jogode tuchos da CompCams, e um kit completo de juntas da FelPro.

A preparação desse motor é bastante simples, apenas um comando de válvulas com maiorpermanencia, escape dimensionado (por mim, não estudei pra fazer meu TCC a toa)e aumentona taxa de compressão. E como por aqui nada fica no convencional, decidi projetar o meu próprio comando de válvulas e pedir para um fabricante fazer um comando conforme asespecificações que eu quisesse.

Foi aí que resolvi procurar um fabricante nacional para fazer o serviço. Seria bem mais simplesconversar, perguntar e decidir o que pedir dentro das possibilidades. Foi o que eu fiz. Fui àIndeco em São Paulo para discutir o que eles poderiam fazer, e pedi uma mistura de algunscomandos que eles fabricavam. O resultado foi um 264X282 com 113º de lobe center (só pararegistro, se não houvesse limitação, era para ser um comando com menos graduação ainda).Segundo eles o comando ficaria pronto em 1 semana. 3 semanas depois estava reclamando que ocomando não havia chegado, e me disseram que verificaram a falha e me enviariam o comando. 2dias depois o comando estava em casa. Achei muito estranho.

Esse ano finalmente consegui que um mecânico fizesse o enquadramento desse comando e lesse a graduação, e estabelecesse as folgas para utiliza-lo corretamente. E minhas desconfianças a respeito do comando se confirmaram. Ficou fora..... mas MUITO fora.... é um 285X285 com 108º de lobe center. Apesar disso não ser o único problema, cada cilindro tem uma graduação diferente, apesar de ser possível contornar esse problema usando folgas de valvulas diferentes em cada cilindro, mas isso não é o certo. Até pensei em reclamar e levar o comando de volta para a fabrica e pedir outro, mas está TÃO fora das medidas pedidas, que acho q vou simplesmente receber outro também fora das medidas.

Resumindo: apesar de tudo, o comando ainda é capaz de gerar a potência que eu queria, mas foi necessário monta-lo 1 dente atrasado. E isso mostra outro problema da graduação excessiva: a faixa de potência. Com essa configuração o motor alcança (segundo os simuladores) 277hp, o que é ótimo, o problema é que ela só ocorre entre 5500 e 6000 rpm, ou seja, em uma faixa de rotação pouquíssimo usada por esse motor onde o a rotação máxima é de 6000rpm (alguns nem arriscam 6000, ficam em 5700). Sem contar ainda o problema do excesso de contrafluxo gerado pela graduação excessiva em rotações mais baixas e o menor lobe center que aumenta o overlap, o que pode levar a um consumo de combustível maior.

Mas apesar de tudo, decidi montar esse comando mesmo assim, seguindo o enquadramento montando 1 dente atrasado, e ver como o motor se comporta, afinal 277hp são bastante respeitáveis, e espero que a injeção eletrônica que continuo desenvolvendo mantenha o consumo em níveis normais.

PS: Para quem quer saber o comando tem levante de 12mm na admissão e 11,2mm no escape (medidos na válvula), um pouco menos do que o pedido original, mas nesse ponto, foi bom, pois estressa menos o trem-de-válvulas e não prejudica o fluxo (abrir além de certo ponto, o ganho é minimo, dependendo da configuração do motor).