quinta-feira, 18 de novembro de 2021

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Saiba como é concebido e a forma que trabalha o variador de fase do motor 1.8 E.torQ EVO utilizado no Jeep Renegade e nos Fiat Argo, Cronos e Toro

 

Usado em modelos Fiat e Jeep desde o ano de 2016, o motor 1.8 E.torQ EVO/EVO VIS possui variador de fase no eixo comando, que altera o ciclo de funcionamento do motor modulando o ângulo de abertura das válvulas em relação ao virabrequim. O objetivo principal é controlar propositalmente a potência que o motor produz em posições intermediárias do acelerador de forma a permitir que a borboleta trabalhe aberta, gerando pressão próxima da atmosférica no coletor de admissão e, consequentemente, diminuindo o esforço de aspiração da mistura do motor.

“Em um veículo com acelerador a cabo normal, quando você está pisando pouco no acelerador, a borboleta fica parcialmente fechada e o motor produz pouca potência, que é o que se quer naquela condição. Porém, a borboleta é a entrada do coletor de admissão, ou seja, o motor é forçado a aspirar o ar de um ambiente em depressão e bombear esse ar para um ambiente em pressão atmosférica, que é o coletor de escape. E isso faz o motor desperdiçar energia”, descreve o especialista de Produto Powertrain da Stellantis, Erlon Rodrigues.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Para reduzir esta perda gerada pela borboleta em acelerações intermediárias, o variador de fase atrasa o ponto de abertura e fechamento das válvulas – o movimento é simultâneo tanto na admissão quanto na exaustão, uma vez que o motor possui apenas um eixo comando.

Assim, a potência do motor é controlada através do eixo comando, usando um ciclo misto dos conceitos Miller e Atkinson. “Produzindo torques aproximadamente acima de 40 Nm, e em rotações intermediárias, o EVO não necessita da borboleta para controlar a aceleração. O motor usa somente o eixo comando”, revela Erlon.

Lançado em 2015 com o Jeep Renegade, o 1.8 E.torQ EVO manteve a potência máxima de sua versão anterior, sem variador de fase. Entretanto, graças a adição desse recurso, o mapa de torque pôde ser alterado para oferecer mais força a baixas rotações. O pico foi levemente alterado: teve pequeno aumento em 0,2 kgfm (19,1kgfm com etanol e 18,6 kgfm a gasolina) e desceu de 4.500 rpm para 3.750 rpm.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

A principal mudança ocorreu no controle de emissões e economia de combustível. Erlon Rodrigues relata que, em condições de medição padrão, o consumo é 5% menor se comparado ao 1.8 E.torQ sem variador de fase descontinuado após 2015 (não confundir com a versão NPM).

Também contribuem para este resultado o novo coletor de admissão com dutos redesenhados no cabeçote, novo coletor de exaustão, válvulas maiores, nova câmara de combustão (a taxa de compressão passou de 11,2:1 para 12,5:1), pistões redesenhados e bomba de óleo com vazão variável. A injeção possui sistema de partida a frio com um quinto injetor que faz a função de válvula dosadora, levando a gasolina do reservatório auxiliar (“tanquinho”) até os condutos no coletor de admissão.

COMO FUNCIONA O VARIADOR DE FASE COM UM COMANDO SÓ?

O sistema do variador de fase do E.torQ é composto basicamente por cinco peças principais: o sensor de fase, a eletroválvula de acionamento, a roda fônica, o parafuso-válvula e a polia do variador. O sensor de fase (1) fica parafusado na tampa plástica do cabeçote, próximo à eletroválvula de acionamento do variador.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Já a eletroválvula (solenoide) fica presa à tampa por dois parafusos de 8 mm (2). Importante: em caso de remoção da tampa, por qualquer motivo, esta eletroválvula deve ser removida antes. Se a tampa for removida com a eletroválvula montada, o pino de acionamento (3) pode ser danificado e inutilizar o componente. O mesmo cuidado deve ser tomado na montagem, instalando a eletroválvula depois da tampa para evitar danificar o pino.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

A eletroválvula do variador de fase trabalha com frequência de 200 Hz. Isso significa que ela pode modular a movimentação do variador de fase até 200 vezes por segundo. Isso ocorre pelo pino de acionamento que abre e fecha a válvula mecânica (4) dentro do parafuso da polia (o tal “parafuso-válvula”) conforme manda o gerenciamento do motor (ECU).

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

O parafuso-válvula, portanto, como o nome já adianta, tem função dupla. A primeira função é fixar a roda fônica e a polia do variador de fase ao eixo comando de válvulas (5). A segunda função é modular o fluxo de óleo para as câmaras do variador de fase.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Dentro do variador de fase, existem duas câmaras que, quando se enchem de óleo, “empurram” o eixo comando para um lado ou para o outro, atrasando ou adiantando o ângulo em relação ao virabrequim. A alimentação vem direto da bomba de óleo por um orifício dedicado no mancal nº1 do eixo comando (lado do sincronismo) (6).

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

O lubrificante passa por dentro do eixo (7) e é direcionado ao variador pelo parafuso-válvula, que possui furos que se comunicam com as câmaras do variador (8).

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Conforme a eletroválvula atua, esses furos no parafuso-válvula abrem e fecham rapidamente, modulando a alimentação de óleo para cada câmara, assim, variando o ângulo do comando e, consequentemente, o movimento de abertura das válvulas do motor.

O variador de fase do motor E.torQ EVO, como explica Erlon Rodrigues, é classificado como um de “grande autoridade”, ou seja, o ângulo que ele varia é muito grande: neste caso, 60°. Em sua instalação, sem a pressão de óleo, o variador de fase estará em posição de batente controlado por uma mola – adiantado em 10° em relação ao seu centro fluido-dinâmico. “Quando o motor é ligado, o variador volta ao centro fluido-dinâmico”, explica o especialista da Stellantis.

A polia possui encaixe chavetado excêntrico, ou seja, há apenas uma posição de montagem no eixo comando (9). Como a engrenagem da corrente no virabrequim é fixa, a fasagem do sistema vai depender das marcações nos elos coloridos da corrente de sincronismo (10 e 11).

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Na montagem, o torque de aperto do parafuso-válvula é combinado: 50 Nm + aperto angular 45° (12). Torqueá-lo corretamente é fundamental, pois ele possui peças internas móveis que, caso o componente seja apertado em demasia, podem ser deformadas e travarão o funcionamento da válvula.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

AO INVÉS DO CICLO OTTO, UM CICLO MISTO “MILLER-ATKINSON”

O resultado da atuação do variador de fase neste motor é que o E.torQ não trabalha com uma fase fixa semelhante a um motor de ciclo Otto convencional – mas, sim, com um ciclo continuamente variável que combina os conceitos do ciclo Miller com o ciclo Atkinson – que, em suas origens, são derivados do Otto.

 

Em linhas gerais, o ciclo Miller possui a fase de compressão menor do que a de expansão da combustão: as válvulas de admissão ficam abertas durante certo tempo na compressão permitindo a saída de parte da mistura e diminuindo a resistência à compressão dos gases.

Por sua vez, o ciclo Atkinson possui a fase de expansão mais prolongada que a fase de compressão. Parece a mesma coisa, mas não é: enquanto o ciclo Miller prevê uma compressão menor do que o curso total do pistão, o ciclo Atkinson prevê a utilização de algum recurso para aumentar o tempo de combustão (expansão) em relação ao que seria o “normal” em uma condição de fase fixa.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

 

Como isso se traduz no E.torQ? Com o motor funcionando em ciclo Otto, a abertura das válvulas de escape ocorre antes do fim do curso de expansão, o que é necessário para não limitar a potência do motor em altas rotações. Porém, liberar a saída dos gases antes significa perder uma parte da energia de expansão que eles ainda tinham, diminuindo a eficiência do motor. Atrasando a abertura das válvulas de descarga até o fim da expansão, usa-se toda a energia disponível nos gases, semelhante ao que ocorre no ciclo Atkinson.

No começo do tempo de compressão, as válvulas de admissão atrasam seu fechamento para que parte da mistura ar- -combustível volte ao cabeçote, fazendo com que o curso de compressão seja reduzido e a mistura queimada, idem – algo semelhante ao ciclo Miller.

Já o atraso do fechamento das válvulas de exaustão após o início do tempo de admissão faz com que parte dos gases de escape queimados anteriormente sejam “sugados” de volta para a câmara de combustão, promovendo o chamado EGR interno (EGR significa “Exaust Gas Recirculation” ou “Recirculação dos Gases de Escape”).

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Ambos os movimentos que ocorrem no tempo de compressão reduzem a quantidade de combustível queimado dentro da câmara de combustão e, consequentemente, diminuem a força produzida nesse momento, permitindo que a borboleta fique aberta e o motor gire com menos esforço.

“Nesse tipo de ciclo misto que o E.torQ EVO adota, é o eixo comando quem faz a desaceleração ou a aceleração do veículo, e nessas condições o motor não estará bombeando contra o vácuo”, aponta Erlon. “Essa condição de funcionamento é justamente a que o motorista comum utiliza. Ninguém dirige o tempo todo com o pé embaixo. O normal é utilizar baixas e médias rotações, controlando a potência no acelerador”.

Ele ressalta que “quando se exige potência e torque do motor, condição em que a borboleta está naturalmente aberta, o variador de fase volta a funcionar sem atraso, no zero fluido-dinâmico do motor, aproximadamente a posição fixa do eixo comando do motor NPM. E, portanto, volta a funcionar normalmente em ciclo Otto, no qual se produz o máximo de potência que o motor é capaz”.

Conceito do variador de fase do motor E.Torq EVO

Porém, no ciclo misto Miller-Atkinson, a combustão fica lenta por causa da presença de gás de descarga. “Por isso, é necessário promover a aceleração da combustão, e isso é feito basicamente pelo sistema de ignição de alta energia e pelo sistema de combustão de alta turbulência”, aponta. A turbulência é gerada pelo formato dos condutos, válvulas e câmara de combustão, o que traz a necessidade de se observar mais detalhes durante a manutenção.

Erlon explica que, com o motor operando em regimes de cargas parciais em ciclo “Miller-Atkinson” para aumentar sua eficiência, trabalha com grandes quantidades de EGR interno. Isso requer, obviamente, uma queima mais eficiente da mistura. Por isso, o sistema de ignição teve que ficar mais robusto. As bobinas dos motores EVO e EVO VIS possuem energia de 70 mJ, mais fortes que as do motor NPM, que trabalham com 40 mJ. Já as velas passaram a ser de irídio.

“O eletrodo da vela de irídio é bem fino e tem cantos vivos em sua ponta. A grande vantagem disso é que uma ponta ou um canto ‘vivo’, libera a centelha com mais facilidade que uma ponta arredondada”, detalha Erlon Rodrigues. O que permite ao eletrodo ter esse formato é justamente o material de que é feito. “O irídio suporta altíssimas temperaturas sem perder suas características mecânicas”, aponta o engenheiro.

 

Texto & fotos Fernando Lalli

 



 

MAIS INFORMAÇÕES SOBRE O MOTOR 1.8 E.TORQ:

 

 



 

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