Uma boa maneira de entendermos e compararmos motores é via valores "específicos". Como por exemplo, quantos hp/litro ou Nm/litro um determinado motor produz ao longo da sua faixa de rotação utilizável ou, em torque/potência máximos.
Porém, é possível irmos um pouco além e entender como o motor está aproveitando sua cilindrada. Assim, ao traçarmos a curva de Pressão Média Efetiva (PME) ao longo do seu regime de rotação, consegue-se entender em que regime de funcionamento o motor está ou é mais eficiente. Isto está muito relacionado com a curva de torque do motor, que é por sua vez, um “espelho” do seu rendimento volumétrico.
Ela nos dá uma noção da energia envolvida no ciclo termodinâmico, para uma dada condição de funcionamento.
A PME é uma pressão fictícia constante que atua ao longo de um ciclo motor.
A unidade da PME é “bar”, mas também encontramos em “MPa”.
Vamos ver como a gente calcula a PME?
Pois então, em um motor a combustão interna sendo ele um sistema termodinâmico aberto, este é capaz de realizar certa quantidade de trabalho no virabrequim. Este trabalho, a gente pode calcular via uma superfície, através de uma equação diferencial. COMO????
Muita calma nessa hora e vamos ver alguns slides do curso de PERFORMANCE de MOTORES do Professor Eng. Julio Lodetti:
Onde:
· Wi = trabalho indicado;
· P.dV = a evolução da pressão na câmara de combustão ao longo do ciclo motor;
· Vu = volume do motor.
Notem no diagrama PxV, temos a evolução da pressão nos 4 tempos do motor.
Notem que ele é Positivo quando do ciclo de Compressão e Expansão. Chamamos na figura de “HP”.
Notem que ele é Negativo quando dos ciclos de bombeamento, que são a Admissão e o Escape. Chamamos na figura de “BP”.
Notem que ao somarmos a área “+HP” + “-BP” temos o trabalho indicado. Ou seja, o trabalho realizado dentro da câmara de combustão. O valor deste trabalho resultante pode ser calculado através de uma superfície.
Notem que estas superfícies, não são tão triviais de calcular.
Porém elas podem ser expressas por outra superfície equivalente, em vermelho abaixo. Esta superfície, já é bem mais fácil de calcular não é mesmo?
Notem que para obtermos os valores efetivos, que é o valor encontrado no volante do motor (aonde já descontamos todos os atritos internos e periféricos), multiplicamos pelo valor de ciclos por segundo. Aqui tomaremos o ciclo quatro tempos.
Nela, temos associado à rotação, a potência desenvolvida (kw) e a cilindrada do motor.
A expressão final então da PRESSÃO MÉDIA EFETIVA (P.M.E.) fica sendo:
Atenção para as unidades!
A potência “Pe” deve ser em Kilowats (kw). 1 hp = 1kw / 0.746 ;
A cilindrada “Vu” em decímetros cúbicos = litros. Assim, um 318 tem 5,2 dm3 = 5,2 litros;
A rotação “N” em RPM.
Ordens de grandeza:
Os valores usuais de PME para motores 4 válvulas por cilindro aspirados atuais está na faixa do 12 a 13 bar na região de torque máximo.
Os valores usuais de PME para motores 2 válvulas por cilindro ficam na casa dos 10 bar. Motores mais antigos originais, tem PME entre 6 e 7 bar.
PME para motores DIESEL atuais está na faixa dos 25 bar!
25 bar também estão os motores GDI com turbo nos modelos mais top de linha. A tecnologia não pára de evoluir!
Na tabela abaixo, alguns valores para ampliar um pouco os horizontes:
Caso prático no dinamômetro
Tempos atrás levamos 4 Dodges V8 darem umas boas puxadas no dinamômetro de rolos. O resumo está aqui. Uma tabela, alguns números mas tá, e daí, o que mais de informação interessante podemos extrair das puxadas? Diria que são muitas!
Lembrando que o motor MOPAR 440ci tem 7.2 litros e o MOPAR 318ci tem só 5.2 litros. 30% de diferença entre os deslocamentos volumétricos.
Tabela comparativa dos resultados medidos da roda "rwhp". Valores em Torque e Potência máximos para cada carro.
Mas......e como de fato estes 4 motores, cada qual com uma preparação diferente, se comportam ao longo de toda a faixa de rotação?
Mas..... e como a gente faz para compará-los de uma forma mais igualitária uma vez que temos diferentes cilindradas?
Resposta: Calculamos a PME!
Para quem chegou até aqui, tem um bônus. Sobe o som!
Bora analisar as curvas?
O 318ci com preparação leve, já mostram um ganho sensível em seu rendimento volumétrico, por consequência, na sua potência, por consequência, na sua PME!
Equação para o cálculo da Pressão Média Efetiva [bar]
Gráfico comparativo das PME dos 4 motores. Cada qual com sua "caligrafia". Pela forma da PME, temos também as regiões de maior rendimento volumétrico dos motores.
O que se constata do gráfico:
73 Gran Coupe 318ci "O GARBOSO": A PME é máxima na região entre 3000 e 3750 rpm. É a região de melhor eficiência do motor. A notar que acima dos 3250 rpm, o 318 já é bem mais eficiente que os 440 do Dart SE 440 e do Charger 440. Isto pode ser explicado pelo melhor enchimento em AR dos cilindros. Este 318 tem cabeçotes bastante trabalhados, válvulas 1.88/1.60, 3 ângulos nas sedes, 500 cfm na carburação, escapamento dimensionado e 10:1 de razão de compressão. Ignição fica por conta de um MSD 6A Digita. Uma receitinha bem básica mas, que funciona bem. O comando de válvulas é um MOPAR com um “grau” a mais que o original. Sendo 211adm / 218esc graus de duração a .050 polegadas de lift. O lift máximo é de 0.410adm / 0.430esc. Assim, como o carro tem relação bem longa, o motor se adéqua bem a transmissão que tem. O resultado é um excelente torque de saída e retomada!
72 DART 440ci: Este motor tem uma preparação um pouco mais agressiva, se comparado com o 318 do GARBOSO. A notar que o motor é bem eficiente na região de 2000 a 3000 rpm. É isto que faz estes carros literalmente empinarem na arrancada! A notar que depois dos 3250 rpm, a PME do DART 440 se aproxima bem com a do 318. Esta relação, está diretamente relacionada ao enchimento em ar dos cilindros, a mistura ar/combustível e a regulagem do avanço da ignição. A curva nos mostra o enorme potencial deste motor!
73 Dart SE 440ci: Fica claro que é um motor enquadrado para torque em rotação bem baixa. Um motor configurado para levar um trailer de 2 tons sem passar trabalho. De 2000 a 3000 rpm tem sua máxima eficiência. É um motor que deve ter sido retirado de em um carro muito pesado, ou com características de rodagem muito suaves.
72 Charger 440ci: Um motor já mais "nervosinho". Pois, está dentro de um Charger. Nota-se que ele é superior ao do 440 do Dart SE após 4000 rpm. A potência máxima dele acontece 1000 rpm após o do Dart SE, ou seja, a 5000 rpm. Claro que, a regulagem deste motor pode também estar fazendo a diferença. Uma atenção a diagramação do comando de válvulas também pode explicar bastante coisa!
Bem, acho que por enquanto era isso......
Mas, a gente frisa bem que a constatação é feita por gente que não é preparador de motores e sim, "parpiteiros" metidos a querer entender as coisas.
Para quem chegou até aqui, tem um bônus. Sobe o som!
Professor Julio Lodetti.