Tecnologia otimiza a eficiência energética por flexibilizar a taxa de compressão do motor de acordo com a potência exigida
A Schaeffler – detentora das marcas LuK, INA e FAG – desenvolveu uma tecnologia que otimiza a eficiência energética dos motores a combustão interna, flexibilizando a taxa de compressão do motor de acordo com a potência e as condições de cargas requeridas pelo veículo. O Sistema de Variação de Taxa de Compressão (VCR) economiza combustível e reduz as emissões quando é exigida menor potência do motor, como por exemplo, quando o veículo está devagar ou desacelerando.
Nos últimos anos, a tendência de downsizing – o processo de redução do deslocamento de um motor – é uma medida frequentemente usada para reduzir o consumo de combustível e as emissões de CO₂ dos motores a gasolina.
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Para manter a potência e até aumentá-la, os motores downsizing têm normalmente maior taxa de compressão para o melhor aproveitamento da mistura ar/combustível mas existe um limite. O fenômeno da auto-ignição (batida de pino) causado por pressões e temperaturas. No sistema convencional o pistão se desloca sempre no mesmo curso – subindo e descendo –, comprimindo a mistura de ar e combustível, produzindo a faísca no motor e a queima do combustível. Independente da carga do motor (carro acelerando ou andando devagar), o deslocamento do pistão ocorre no mesmo curso, o que representa um obstáculo à maior economia de combustível. Veja na figura abaixo, esse intervalo é marcado na parte superior esquerda do mapa de carga do motor.
Esse fenômeno pode ser combatido por duas medidas: A primeira seria atrasar o ponto de ignição nessa faixa de alta carga, porém isso também reduz a eficiência do motor e o consumo de combustível aumenta. A segunda medida envolve a redução da taxa de compressão do motor turboalimentado em comparação com um motor naturalmente aspirado.
O conceito de taxa de compressão variável não é novo. Na década de 1920, motores de teste foram construídos usando compressão variável. Embora várias montadoras e fornecedores tenham experimentado a tecnologia desde então, nenhum dos projetos desenvolvidos atingiu o nível de maturidade necessário para a produção em massa. O principal desafio a ser superado foi projetar um mecanismo de ajuste que não fosse apenas robusto e confiável para durar a vida útil do motor, mas também, que pudesse ser controlado com rapidez e precisão.
Os sistemas atualmente em discussão podem ser subdivididos da seguinte forma:
• Cabeça do cilindro dobrável ou deslocável verticalmente
• Biela de comprimento variável
• Virabrequim posicionado excentricamente
• Movimento alternativo de pistões e bielas.
A Schaeffler está envolvida nos conceitos de VCR (variação da taxa de compressão) há muito tempo e comparou as diferentes propostas. Como resultado, o movimento variado do do virabrequim e bielas através de um sistema multi-link (figura acima) foi escolhido para o desenvolvimento do sistema. A Schaeffler começou a seguir esse conceito, incluindo um atuador.
O motor continua a ter bielas e um virabrequim. O colo da biela e o pino do virabrequim, no entanto, não são conectados diretamente, mas sim por um braço oscilante. Este braço é guiado por uma haste secundária através de uma terceira articulação.
Observe na figura acima, a posição rotacional do eixo de controle que controla a posição do ponto morto superior do pistão através do mecanismo descrito acima. Sendo capaz de ajustar diferentes taxas de compressão entre os valores mínimo e máximo podendo ser ajustada permanentemente.
As diferentes taxas de compressão são definidas girando o eixo de controle, conforme descrito acima. Devido aos níveis de torque muito dinâmicos e altos aos quais esse eixo é exposto, o ajuste é feito por um motor elétrico conectado a uma caixa de engrenagens. Um atuador eletrônico é usado para garantir um controle rápido e preciso com base nas informações enviadas pela central eletrônica do veículo.
“A introdução do Sistema de Variação de Taxa de Compressão é a solução encontrada pela Schaeffler para minimizar esse obstáculo. É o que faltava para o motor de combustão interna atingir seu mais alto grau de eficiência. A tecnologia possibilita a otimização da eficiência de todas as condições de carga do motor e, ao mesmo tempo, permite a adaptação do processo de combustão sob condições diversas de carga”, explica Claudio Castro, Diretor Executivo de Pesquisa e Desenvolvimento da Schaeffler América do Sul.
Com a nova tecnologia VCR, que é acoplada ao virabrequim, a haste do pistão torna-se variável, possibilitando a variação do volume do motor. Ou seja, quando o veículo exige maior potência, o VCR tornará o curso do pistão mais longo. Mas quando o carro requerer menor potência, o curso do pistão será mais curto, gerando menos energia e, consequentemente, economizando combustível.
Confira um vídeo do canal Carotogr sobre o funcionamento do motor Infiniti com sistema de taxa de compressão variável
Créditos de foto de capa: Joshua Naidoo/Unsplash
Texto: Schaeffler / Edição: Rafael Micheski
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