Tópicos:
- Torque do motor
- Motorvermógeno
- Medindo torque e potência
- Potência e quiloWatt
Torque do motor:
O torque do motor é a força com a qual o virabrequim do motor gira. O torque é criado a partir da combinação da força de combustão no pistão e da distância do raio da manivela. A força no pistão depende, entre outras coisas, do grau de enchimento (quantidade de ar) e da quantidade de combustível e varia porque o ângulo da transmissão de força ao moente muda continuamente. Podemos calcular a pressão média do pistão a partir dele diagrama indicador ou obtenha o diagrama pv.
No próximo desenho vemos o pistão sendo empurrado para baixo pela força de combustão (p). Esta pressão de combustão cria a força F, a força do pistão. A força do pistão é transmitida ao munhão do virabrequim (r) através da biela (S). Isso cria a chamada força tangencial (Ft).
O torque é calculado usando a fórmula Ft xr (a força tangencial multiplicada pelo raio da manivela) e é expresso em Nm (Newton metros).
Legenda:
p = pressão no pistão.
F = a força no pistão
N = Força guia
S = Força na biela
r = raio da manivela
Ft = Força tangencial
Devido à variação da pressão de combustão e à torção do mecanismo da biela da manivela, a força tangencial também não é uma quantidade constante. Trabalhamos, portanto, com uma força tangencial média.
Podemos determinar a força tangencial quando decompomos a força do pistão (veja a imagem abaixo e a página “dissolver a força do pistão").
O torque do motor depende exclusivamente da força no pistão, pois todas as outras variáveis, como o diâmetro do pistão e o raio da manivela, são dados fixos do motor. A força no pistão (Fz) é compensada pela pressão de combustão (p) e depende do grau de enchimento do motor (na relação de mistura estequiométrica). É principalmente o estrangulamento no coletor de admissão que determina o nível de enchimento do motor.
O maior estrangulamento é causado pela posição da válvula borboleta. A posição do acelerador tem maior influência no torque do motor: afinal, influenciamos o desempenho do motor alterando a posição do acelerador. Em uma configuração de teste, medimos o torque máximo fornecido quando a válvula borboleta está totalmente aberta.
O torque não é o mesmo em todos os lugares em velocidades diferentes e com aceleração total. Devido às mudanças nas velocidades do gás e aos ângulos fixos de abertura da válvula, o torque só será ideal em uma determinada velocidade.
Nas imagens abaixo vemos os diagramas de potência e torque de dois tipos de motores diesel utilizados em um BMW série 3 (E9x). Com ambos os motores o torque é alcançado aproximadamente a 1800 rpm, mas é claramente maior no 320d do que no 316d. Ambos os motores têm cilindrada de 2.0 litros. O maior torque é possível, entre outras coisas, pela sobrealimentação, pelas válvulas do coletor de admissão e pelo mapeamento do sistema de gerenciamento do motor, que, além do torque, determina o consumo e as emissões de gases de escape.
Poder do motor:
Além do torque do motor, as especificações de fábrica também mencionam a potência do motor. A potência do motor é uma multiplicação do torque do motor pela rotação do motor. A potência é, na verdade, quantas vezes o torque pode ser fornecido por segundo. A fórmula oficial é:
onde P é a potência em Nm/s ou Watt, M é o torque em Nm e ω (ômega) é a velocidade angular. A letra T também é usada para o casal em vez de M.
Como a velocidade angular (ω) é 2 * π * n, onde n é o número de revoluções por segundo, podemos mudar a fórmula para:
Como exemplo, tomamos um motor FSI de quatro cilindros e 2.0 litros de aspiração natural com quatro válvulas por cilindro da VAG (código do motor: AXW). É claro que podemos ler o torque e a potência no gráfico, mas nesta seção calculamos a potência com base no torque.
Fatos:
- torque do motor: 200 Nm;
- velocidade: 3500 rev/min = 58,33 rev/seg.
Procurado: a potência entregue na velocidade dada.
O torque e a potência entregues a 3500 rpm são de 200 Nm e 73,3 kW.
Medindo torque e potência:
O torque é diretamente responsável pela força de tração do carro. O torque é multiplicado pela relação de transmissão (i) da caixa de câmbio e redução final, e dividido pelo raio carregado (rb) das rodas motrizes (ver página calcular relações de transmissão).
O torque do motor é medido freando o motor com o acelerador totalmente aberto em diferentes velocidades. Ao travar o motor, a velocidade selecionada é mantida constante. A força de frenagem do motor, multiplicada pelo raio do objeto de medição sobre o qual a força atua, é então o torque do motor.
Um freio por correntes parasitas pode ser usado para medição de potência. A medição ocorre diretamente no virabrequim. Os eletroímãs geram correntes parasitas em um disco de metal, onde a força de frenagem é determinada medindo a flexão de um elemento de torção. Ao medir a potência de um motor em um freio por correntes parasitas, a velocidade e o torque são as grandezas medidas. A potência é determinada através de um cálculo (ver parágrafo anterior).
A potência de um veículo também pode ser medida diretamente nas rodas. Porém, perdas de até 70% devem ser levadas em consideração. Essas perdas ocorrem na transmissão. A potência do eixo (a potência medida nas rodas na bancada de testes de potência) também é chamada de potência DIN. A potência medida no volante é chamada de potência SAE. SAE significa Sociedade de engenheiros automotivos. O valor do SAE será portanto sempre superior ao do DIN.
Os rolos de metal da bancada de testes são conectados a um mecanismo de freio, geralmente com um freio por correntes parasitas. A força com que os rolos são travados, juntamente com a velocidade das rodas e da cambota, mede-se o binário fornecido e calcula-se a potência. A medição geralmente é realizada na marcha mais alta ou na segunda marcha mais alta com o pedal do acelerador totalmente pressionado. Uma perda de 15 a 30% não é incomum em veículos com tração nas duas rodas. O computador do dinamômetro compensa essa perda medindo quanta energia é necessária para o dinamômetro dirigir o veículo. Durante esta medição, o veículo desacelera com a embreagem pressionada.
Os fabricantes ou sintonizadores tentam manter a curva de torque o mais plana possível, para que o torque do motor permaneça o mesmo durante o máximo de rotações possível. Em particular, motores sobrealimentados (turbo/compressor) que aumentam significativamente o torque podem ser ajustados o mais nivelados possível desta forma. Também aplicando técnicas de aumento do nível de enchimento, como motores multiválvulas, tempo de válvula variável ou um coletor de admissão variável a área de acoplamento pode ser mantida o mais plana possível.
Se medissemos o torque em diferentes posições do acelerador, obteríamos uma progressão como a imagem a seguir. No entanto, tal medição raramente é realizada.
Potência (hp) e quiloWatt (kW):
Para expressar a capacidade de trabalho de um veículo, são utilizadas as unidades “cavalo-vapor” e “quilowatt”. A potência depende do torque por segundo. A definição de potência vem da época em que o transporte ainda era feito a cavalo e carroça. Se uma massa de 75 kg for elevada a uma distância de 1 metro em 1 segundo, será entregue uma potência de 1 cavalo-vapor. Portanto, 1 cavalo-vapor equivale a 75 kg * 1 metro/1 segundo.
Se olharmos para a potência da unidade Watt, então 1 Watt é uma multiplicação de 1 Newton * 1 metro por segundo. Abreviamos isso como [1 Nm/s].
A potência (hp) usada na Holanda é exatamente a mesma do alemão Pferdestärkte (PS) e do francês Chaval-Vapeur (CH).
1 CV = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 cv
A potência inglesa/americana (hp) é maior.
1 cv = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 CV
Se convertermos a potência em Watts, devemos multiplicar a massa pela aceleração da gravidade: 1 HP = 75 kg/seg * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
Para converter a potência de um motor com 150 cv, multiplicamos o número de kg/seg. com o número de cavalos de potência. Isso resulta em: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
Também podemos converter a potência em Watts em cavalos de potência. Fazemos isso da seguinte forma: 1/0,7355 (W) = 1,36 CV. Um motor com potência de 92 kW produz conforme o cálculo: (1 * 92) / 0,736 = 125 cv.
