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quinta-feira, 13 de setembro de 2012

MOTOR SKYACTV - G (Gasolina)

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O motor SKY-G da Mazda não é um motor mirabolante, revolucionario. Mas traz com ele grandes ideias que foge da linha de raciocínio que todas as empresas tendem a seguir.

Os engenheiros da Mazda construíram este motor sem seguir a tendência do "downsize" e turbocompressor. Este motor 4 cilindros de aspiração natural, 2.0 litros, é capaz de fazer 17 km/l de gasolina, produzindo 158 hp @ 6000 rpm e 20,8 kgf.m @ 4000 rpm. Um consumo nada mal para um motor considerado grande para os padrões de hoje em dia, sendo que atinge com facilidade as normas de emissões vigentes e segundo a Mazda as futuras também.

O pensamento destes japoneses esta no futuro próximo, dentro de alguns anos será possível produzir motores HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition) - que são motores com alto rendimento térmico (~55%), produção baixíssima de poluentes (produção 100 vezes menor de NOx e particulado) e propicia alta potência e torque - mas que esperam uma evolução maior da tecnologia, pois necessitam de um controle afinado da combustão, sistema de injeção flexível (multi-fuel), taxa de compressão variável, válvula de escape com abertura variável e turbo com alimentação variável. Isso é o futuro para eles dos motores de combustão interna.

Por conta disto a tendência downsize não se torna aplicável, pois os motores HCCI que necessitam de alto fluxo de ar (trabalham com misturas pobres), coisa que em um motor pequeno, ex 1,4 litros, não se conseguiria justamente pelo tamanho, então se a Mazda aplicasse o downsize agora em 2012 na família de motores SKY, após algum tempo eles teriam que sofrer upsizing novamente. Esse é o pensamento deles, eles vão usar o motor HCCI em breve. 

Espremendo o consumo


Mas voltando ao SKY-G, o que chama a atenção é o baixo consumo de combustível com um motor 2.0, isso se deve a um conjunto de melhorias, mas a que mais saltam os olhos é a taxa de compressão: 14:1 para os motores no Japão, e 13:1 no EUA.
Isso pode causar certa estranheza, com certeza este motor vai apresentar distúrbios na combustão, o famoso Knock (detonação), principalmente para a gasolina americana que tem a octanagem de 87 à 91.

Os engenheiro da Mazda fizeram um estudo aprofundado sobre as causas e circunstâncias do aparecimento do Knock, e chegaram a conclusão que o principal motivo é a alta temperatura que a mistura atinge na câmara de combustão instantes antes da faisca da vela, então para resolver este problema foram adotadas algumas medidas que vem das pistas de corrida. 
Mas uma coisa é certa, o motor apresenta alta potência e torque e aproveita mais a energia vinda da gasolina, pois aumenta também o rendimento térmico. Mas como isso é possível ?

O funcionamento


Primeiramente, o motor trabalha no ciclo atkinson quando em regime de baixa e constante carga. Isso é possível com o eixo comando variável, que tem um range de operação de 70º nas válvulas de admissão.
As válvulas de admissão permanecem abertas mesmo após o pistão ter atingido o PMI, com isso parte da carga de ar que entrou no cilindro é jogada de volta no coletor de admissão, diminuindo a taxa de compressão efetiva, a temperatura na câmara e a potência, já que não são requeridos em regime de baixa carga. Mas resolvendo o problema do Knock e da produção de poluentes. E no ciclo de expansão a eficiência é devolvida com todo o curso do pistão.

Já quando é requerido potência do motor, o eixo comando retorna à posição original de abertura e fechamento das válvulas de admissão, voltando ao ciclo Otto de funcionamento. A prevenção contra o aparecimento do Knock esta por conta do coletor de escape tipo 4-2-1, muito usado por motores de corrida, onde o gás quente de escape não tem a possibilidade de entrar novamente em outros cilindros, que elevaria a temperatura da mistura deste outro cilindro, levando o aparecimento do knock. Com este coletor a temperatura não é elevada, deixando as novas cargas de ar nos cilindros mais frescas e densas, aumentando a quantidade de ar dentro dos cilindros.

Mas não é somente o coletor que ajuda na batalha contra o Knock:
  • Injeção direta: Além de reduzir o consumo, a gasolina pode ser injetada tanto no ciclo de admissão quanto na compressão, diminuindo a temperatura do ar pelo perca de calor latente que o combustível liquido perde para se transformar em vapor, prevenindo ainda mais o Knock.
  • Câmara de combustão: O pistão tem uma cavidade no centro da cabeça, isso centraliza e direciona a ignição do combustível, deflagrando corretamente desde o centro a propagação da chama e da onda de choque, evitando que a ignição se inicie em outra parte do cilindro, prevenindo o Knock.


As outras melhorias vem com bomba de óleo e de água com deslocamento variável, evitando o desperdício de potência que estes equipamentos gastam em baixas rotações, ajudando no consumo de combustível.
Redução na perca de calor, fazendo o motor trabalhar mais tempo na temperatura ideal. Isso foi possível com:
  • Um diâmetro menor do pistão (menor se comparado com a versão 2.5 l anterior),
  • A cavidade na cabeça do pistão ajuda também. 
  • O atrito foi reduzido nos anéis do pistão, biela e virabrequim (este agora é forjado em aço e não mais ferro fundido).
  • Roletes nos tuchos de válvula.
No video abaixo ajuda a entender mais sobre estas inovações.




 


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