UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITECNICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DAVID QUEIROZ LUZ
PROJETO DE COLETORES DE ADMISSÃO PARA MOTORES 4 TEMPOS - MÉTODO DA AÇÃO DAS ONDAS
Salvador 2011
David Queiroz Luz
Projeto de Coletores de Admissão para Motores 4 Tempos - Método da Ação das Ondas
Trabalho
de
conclusão
de
curso
apresentado à Universidade Federal da Bahia,
como
requisito
parcial
para
obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica.
ORIENTADOR: Prof. Ailton de S. S. Lima Júnior
Salvador 2011
David Queiroz Luz
Projeto de Coletores de Admissão para Motores 4 Tempos - Método da Ação das Ondas
Trabalho
de
conclusão
de
curso
apresentado à Universidade Federal da Bahia,
como
requisito
parcial
para
obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica.
ORIENTADOR: Prof. Ailton de S. S. Lima Júnior
Salvador 2011
DAVID QUEIROZ LUZ
PROJETO DE COLETORES DE ADMISSÃO PARA MOTORES 4 TEMPOS - MÉTODO DA AÇÃO DAS ONDAS
Trabalho
de
conclusão
de
curso
apresentado à Universidade Federal Da Bahia, como requisito para obtenção do título
de
graduado
em
engenharia
mecânica
ORIENTADOR: Prof. Ailton de S. S. Lima Júnior
Aprovado em: BANCA EXAMINADORA: Ass.______________________ Ass._____________________________ _______ 1º Exam.: Prof. Ailton S. Silveira Lima Jr. Universidade Federal da Bahia Ass.______________________ Ass._____________________________ _______ 2º Exam.: Profª. Drª. Paula F. Cavalcante Universidade Federal da Bahia Ass.______________________ Ass._____________________________ _______ 3º Exam.: Eng. Wilson Tadao Saikawa Jr. Ford Motor Company
RESUMO O projeto de coletores de admissão tem grande influência no desempenho de motores de combustão interna. O processo de admissão do ar em motores de combustão interna, não é ideal, já que o volume do cilindro não é completamente ocupado devido à variação da massa específica do ar e restrições ao fluxo encontradas ao longo do sistema de admissão. Os movimentos alternativos das válvulas e dos pistões produzem ondas de pressão através dos dutos de admissão dos motores de combustão interna, fazendo com que a ação destas ondas seja uma função da velocidade de rotação do motor. Sendo assim, é possível utilizar adequadamente estas ondas de pressão para aumentar a quantidade de massa de ar nos cilindros do motor, aumentando a sua eficiência volumétrica. O objetivo deste trabalho foi o estudo dos fenômenos que norteiam as ações das ondas nos sistemas de admissão, procurando entender os métodos de cálculo relacionados a estes fenômenos existentes na bibliografia atual. A compreensão dos processos e métodos relacionados à pulsação dos gases na admissão permite a identificação dos benefícios e os potenciais que poderiam ser obtidos na definição da geometria de cada um dos componentes do coletor de admissão. Por fim são demonstrados os impactos das variações de geometria destes componentes e os efeitos causados na curva de eficiência volumétrica dos motores.
Palavras-chave: Motor de Combustão Interna, Coletor de Admissão, Eficiência Volumétrica, Escoamento pulsante, Ondas de pressão, Efeito RAM.
ABSTRACT The design of intake manifolds has great influence on the performance of internal combustion engines. The process of admission of air in internal combustion engines, is not ideal, since the volume of the cylinder is not fully occupied due to the variation of density and air flow restrictions found throughout the intake system. The alternative movements of the valves and pistons produce pressure waves through the intake ducts of internal combustion engines, that way, the action of these waves is a function of engine speed. Therefore, it is possible to properly use these pressure waves to increase the mass of air in the engine cylinders, increasing its volumetric efficiency. The goal of this work was the study of phenomena that guide the wave actions in induction systems, understanding the methods of calculation related to these phenomena available in the current literature. The understanding of the processes and methods related to the pulsation of the gases in admission allows identification of the benefits and potential that could be achieved in defining the geometry of each component of the intake manifold. Finally the impacts of geometry changes in these components and the effects on the volumetric efficiency curve of the engines are demonstrated.
Key-words: Internal Combustion Engine, Intake Manifold, Volumetric Efficiency, Pulsating flow, Pressure waves, RAM effect.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Corte em típico motor de ignição por centelha com injeção eletrônica e cilindros dispostos em V. Sistema de admissão destacado em azul, e sistema de exaustão. ................................................................................................................... 11 Figura 2 – Propagação do pulso de pressão dentro do coletor de admissão. ........... 13 Figura 3 – Variação da área de escoamento para diferentes seções transversais na porta de admissão. ............................................................................................... 15 Figura 4 – Pressão no cilindro x ângulo da manivela. ............................................... 16 Figura 5 - Efeito do atraso do fechamento da válvula de admissão em altas velocidades. .............................................................................................................. 18 Figura 6 - Efeito da sobreposição em alta velocidade. .............................................. 20 Figura 7 – Rendimento volumétrico x rotação. .......................................................... 21
com o índice de Mach Z............... 24 Figura 9 - Variação da eficiência volumétrica com o número de Mach médio na admissão, . ........................................................................................................ 25 Figura 10 – Plotagem tridimensional da variação da eficiência volumétrica , com o comprimento do tubo primário , e a rotação do motor . .................................... 26 Figura 8 – Variação da eficiência volumétrica
Figura 11 – Variação da eficiência volumétrica para diferentes comprimentos de
dutos primários. ......................................................................................................... 27 Figura 12 – Comparação entre um ressonador de Helmholtz e um sistema de admissão. .................................................................................................................. 28 Figura 13 – Métodos de simulação do ressonador de Helmholtz: (a) massa-mola; (b) modelo massa distribuída-mola; (c) massa distribuída – modelo da mola distribuída. ................................................................................................................. 31 Figura 14 – Efeito de
sobre a pressão resultante na porta de admissão devido
à ação das ondas de pressão. .................................................................................. 33 Figura 15 - Coletor de admissão: (a) Diagrama esquemático de um coletor de admissão; (b) esquema simplificado do ressonador de Helmholtz baseado em um duto primário. ............................................................................................................ 35 Figura 16 - Efeito da variação do volume do pleno sobre a eficiência volumétrica. .. 38 Figura 17 - Efeito da variação do comprimento do duto secundário sobre a eficiência volumétrica. Motor 4.6L, 4V. ...................................................................... 39
Figura 18 - Efeito da variação do diâmetro do duto secundário na eficiência volumétrica. ............................................................................................................... 40 Figura 19 - Efeito da variação do comprimento do duto primário sobre a eficiência volumétrica. Motor 4.6L, 4V....................................................................................... 41 Figura 20 - Efeito da variação do diâmetro do duto primário sobre a eficiência volumétrica. Motor 4.6L, 4V....................................................................................... 42
SUMÁRIO 1
2
INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 9 1.1
O USO DA AÇÃO DAS ONDAS NO PROJETO DE MOTORES ...................................................................... 9
1.2
FLUXO ATRAVÉS DOS COLETORES .................................................................................................. 11
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................................. 12 2.1
3
2.1.1
Válvulas de admissão e exaustão ................................................................... ................ 14
2.1.2
Movimento das válvulas ................................................................................................. 17
2.1.3
Eficiência volumétrica ................................................................ ..................................... 22
MÉTODOS DE PROJETO PARA COLETOR DE ADMISSÃO .......................................................... 27 3.1
AFINAÇÃO DE COLETORES DE ADMISSÃO ........................................................................................ 27
3.1.1
Ressonador de Helmholtz ................................................................................ ............... 28
3.1.2
Pulsação do gás .................................................................................... .......................... 31
3.2 4
O COLETOR DE ADMISSÃO ........................................................................................................... 12
MODELOS DE PROJETO PARA UM COLETOR DE ADMISSÃO .................................................................. 34
EFEITOS DAS DIMENSÕES DOS COMPONENTES NO DESEMPENHO DO MOTOR ...................... 37 4.1.1
Pleno .......................................................... ................................................................. .... 37
4.1.2
Duto secundário ............................................................... ............................................... 38
4.1.3
Dutos primários .............................................................................................................. 40
5
CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 43
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 44
1 INTRODUÇÃO A grande maioria dos motores usados em aplicações de automóveis são naturalmente aspirados e operam no ciclo de quatro tempos, no qual movimentos distintos do pistão são utilizados para admissão e exaustão do ar. Estes ciclos fazem com que o motor funcione como uma bomba de ar, que pode ter seu desempenho significativamente afetado pelo projeto dos coletores de admissão e exaustão. Os coletores de admissão têm um grande efeito sobre o desempenho dos motores e sobre as emissões de ruído e poluentes. A quantidade de ar que entra nos cilindros é fator determinante no potencial de liberação de energia no processo de combustão, ou no torque gerado pelo motor. Durante o processo de admissão, o volume do cilindro não é completamente ocupado devido à variação da massa específica do ar e às perdas de carga ao longo do sistema de alimentação. É essencial compreender e ser capaz de prever o efeito do fluxo de ar instável nos coletores de motores de combustão interna se o objetivo for maximizar seu desempenho e, ao mesmo tempo, minimizar emissões de ruído e poluentes. Fenômenos ondulatórios dominam os processos descritos e, por isso, modelos unidimensionais não viscosos do fluxo de gás têm sido extremamente bem sucedidos como ferramentas de projeto e análise (Winterbone & Pearson, 1999). O objetivo principal deste trabalho é estudar formas de aumentar a eficiência volumétrica de motores de combustão interna através do uso da ação das ondas no projeto de coletores de admissão.
1.1 O USO DA AÇÃO DAS ONDAS NO PROJETO DE MOTORES Há muito se percebeu que o projeto dos coletores de admissão e escape tem um grande efeito sobre o desempenho dos motores a combustão interna. Uma grande parte do ruído gerado pelo veículo é transmitido através das ondas de pressão que se propagam no sistema de aspiração e de descarga. A necessidade de baixos níveis de ruído e emissões de poluentes aumenta ainda mais a importância de se projetar adequadamente os coletores de aspiração e descarga, já que as suas geometrias têm grande efeito na frequência e na amplitude das ondas.
A natureza instável dos processos de admissão e de escape significa que o efeito dos coletores no carregamento e descarregamento dos cilindros é extremamente dependente da velocidade do motor. Isto é porque a capacidade de admissão do coletor é uma função da frequência dos pulsos entrando nele. O resultado disto é que é possível afinar coletores para dar uma característica de potência de saída particular como função da velocidade. No caso de um motor de corrida, os coletores são projetados para produzir alta potência em altas rotações. Isto irá produzir a máxima potência específica (peso/potência) do motor, mas ao custo de flexibilidade. Este não é um problema grave em um carro de corrida, onde o motorista é treinado para obter o máximo desempenho do veículo pelo uso do tacômetro e das trocas de marcha. No entanto, o condutor normal não deseja uma máquina tão temperamental e veículos de rua geralmente são sintonizados para dar uma característica muito mais previsível e confortável ao motor. A maioria dos motores de veículos modernos é projetada para fornecer um alto torque em baixas rotações. A vantagem da afinação do motor para fornecer esta característica de potência é a habilidade de utilizar relações de marcha mais altas, o que resulta em uma rotação mais baixa do motor para a mesma velocidade do veículo. Isto reduz o consumo de combustível do veículo. Coletores podem ser projetados de várias maneiras, embora para motores naturalmente aspirados (sem sobrealimentação), o único método adequado é aquele que considera a passagem de ondas nos tubos. A razão para isto é o efeito muito grande que os processos de fluxo instável têm sobre a eficiência volumétrica do motor. Tais métodos são referidos como cálculos de ação das ondas (Winterbone & Pearson, 1999). Para estas técnicas é geralmente dado o título genérico de método de enchimento e esvaziamento. Isso é porque eles consideram os coletores e os cilindros como uma série de volumes interligados que são preenchidos ou esvaziados pela passagem do gás através de suas fronteiras, ou seja, as válvulas.
1.2 FLUXO ATRAVÉS DOS COLETORES O corte de um típico motor de ignição por centelha moderno é mostrado na figura 1. Ar é sugado para o coletor de admissão e passa por um filtro antes de ser regulado pela válvula borboleta do acelerador. Após o corpo acelerador, passará pelo coletor de admissão, que em sua configuração mais convencional, é composto por duto secundário, pleno e dutos primários, chegando aos dutos do cabeçote e à válvula de admissão. Próximo à válvula de admissão, o combustível é adicionado ao fluxo de ar. Quando as válvulas de admissão estão abertas, a mistura ar/combustível passa para dentro do cilindro onde é queimada. Os produtos da combustão posteriormente entram no sistema de escape quando a válvula de exaustão se abre. Em muitos motores modernos, uma fração dos gases de exaustão são recirculados (EGR) para o coletor de admissão para provocar uma redução nas temperaturas de combustão, e o resto segue através dos dispositivos de controle de emissões e silenciadores, e daí para a atmosfera.
Figura 1 - Corte em típico motor de ignição por centelha com injeção eletrônica e cilindros dispostos em V. Sistema de admissão destacado em azul, e sistema de exaustão. Fonte: Ford Motor Company
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Os processos de fluxo de gases entrando e saindo de um motor são todos transientes, ou seja, a pressão, a temperatura e as velocidades das partículas em um duto variam com o tempo. No caso do fluxo de exaustão, a queda de pressão no momento da abertura rápida das válvulas de escape provoca o comportamento transiente do fluxo dos gases. No caso do fluxo no interior do cilindro, que passa pelas válvulas de admissão, a área varia com o tempo. O movimento do pistão afeta a pressão no cilindro, causando alteração de pressão no coletor de admissão (Blair, 1999).
2.1 O COLETOR DE ADMISSÃO A principal função dos dutos de admissão em motores de combustão interna a condução uniforme do ar atmosférico até os cilindros, para que não exista diferença de massa de ar admitido entre eles. Além disso, os dutos possuem as funções de otimizar o rendimento volumétrico e produzir as menores perdas de carga possíveis ao longo do escoamento. Para que a entrada de ar para cada cilindro seja uniforme, o ar admitido precisa escoar através de geometrias similares, de acordo com as características do motor. Isso significa dizer que o comprimento e o diâmetro dos dutos, e eventuais câmaras intermediárias, têm um papel fundamental no projeto de sistemas de admissão, considerando-se ainda os complexos efeitos pulsantes com variações temporais e espaciais (Hanriot, 2001). O motor de combustão interna é uma máquina térmica em que o gás é admitido e descarregado através das válvulas que trabalham de modo alternativo. Sendo assim, o movimento do gás não é constante, mas pulsante, ou seja, a pressão e a velocidade variam com o tempo. Isso é determinado pela diferença de pressão entre a entrada do duto de admissão e o cilindro. No interior do duto, sobrepostos ao movimento do gás, surgem também, os fenômenos oscilatórios. Ocorrem, portanto, fenômenos de inércia (movimento do gás) e fenômenos
pulsantes (oscilação de pressão devido ao movimento das válvulas e do pistão) (Hanriot, 2001). Coletores de admissão e de exaustão exercem os maiores efeitos sobre o desempenho, poluição sonora e emissões de poluentes de motores alternativos. Todos os gases admitidos e expulsados pelo movimento dos pistões sofrem influência direta dos sistemas de admissão e exaustão. Basicamente, melhorar o desempenho de um sistema de admissão é proporcionar altas pressões de massa de ar sobre a válvula de admissão, elevando assim a quantidade gás que entra no cilindro. O período em que se deve manter esta alta pressão é entre o PMI (na admissão) e um instante após o fechamento da válvula. Isso permite que o processo de aspiração se estenda significantemente além do PMI, armazenando assim uma quantidade de ar significativa sob alta pressão que evita qualquer aparecimento de fluxo reverso dentro do coletor (Winterbone & Pearson, 1999). O comportamento transiente dos gases controlam significativamente as características de desempenho de um motor. Por isto a importância de se compreender claramente os mecanismos de fluxo para se projetar um motor. Benajes et al (1997) mostram a relação entre os pulsos de pressão gerados na admissão a partir do fechamento das válvulas com os dutos primários, dutos secundários, e volume do pleno. Ao encontrar a região externa ao coletor, estes pulsos são refletidos e também interferem nos outros cilindros (figura 2).
Figura 2 – Propagação do pulso de pressão dentro do coletor de admissão. Fonte: Benajes et al (1997).
Segundo Maftouni et al (2006), um dos objetivos de se projetar um coletor de admissão, visando a melhor eficiência volumétrica para o MCI é proporcionar uma distribuição uniforme entre todos os cilindros. Sendo assim, recomenda-se buscar
sempre uma simetria entre os dutos do coletor. Desta forma, são mostrados alguns parâmetros a serem considerados:
Distribuição uniforme do ar para todos os cilindros;
O mínimo de resistência ao fluxo nos dutos;
Utilizar as ondas de pressão de forma a aumentar o enchimento dos cilindros;
Eliminar fluxos turbulentos e cantos desnecessários;
Escolher a posição do corpo de borboleta corretamente, levando-se em consideração a simetria com o pleno.
2.1.1 Válvulas de admissão e exaustão As válvulas de admissão e escape também influenciam muito na eficiência volumétrica de um MCI. No projeto do motor devem-se levar em consideração vários fatores que tenham como objetivo minimizar a resistência ao fluxo nas regiões próximas a válvula. Kowalewicz (1984) mostra que a área de seção transversal deve diminuir regularmente até chegar à sede da válvula, onde se encontra a menor seção transversal. Ao longo do cone transiente formado pela sede de válvula a porta deve ter um formato de difusor com o objetivo de restaurar parte da pressão dinâmica, sendo assim, reduzindo a perda de carga durante o fluxo (figura 3). Kowalewicz também demonstra formas de se calcular a área livre de fluxo, e com o gráfico na mesma figura, exemplifica a variação da área ao longo da porta de válvula.
Figura 3 – Variação da área de escoamento para diferentes seções transversais na porta de admissão. Fonte: Kowalewicz (1984)
A expulsão dos gases de exaustão do cilindro é melhorada abrindo-se a válvula de escape antes que o pistão tenha atingido completamente o PMI de sua fase de potência motriz e atrasando-se o fechamento da válvula, até que o pistão já tenha iniciado a fase de admissão. Analogamente, para melhorar o preenchimento de mistura ar/combustível no interior do cilindro, a válvula de admissão é projetada para abrir-se imediatamente antes que o pistão atinja o PMS na fase de exaustão. A válvula de admissão, portanto, permanece aberta por toda a fase de admissão de ar-combustível e parte da fase de compressão. O movimento angular total em que tanto a válvula de admissão quanto a de exaustão estão simultaneamente abertas na região de PMS é conhecido como cruzamento de válvulas (Heisler, 1995). Para maximizar a saída dos gases do cilindro, a válvula de escape é aberta assim que o pistão se aproxima do PMI em sua fase de potência. Consequentemente, quando a válvula de exaustão é aberta, os gases produtos da combustão estão a uma pressão em torno de 3 a 4 bar (Heisler, 1995) e são eliminados pelo sistema de descarga. A expulsão antecipada da maioria dos gases por sua própria energia cinética minimiza o trabalho realizado pelo pistão na
descarga dos gases. É importante observar que uma abertura antecipada da válvula de exaustão no curso de potência motriz do pistão não representa uma grande perda de energia, uma vez que a válvula tem sua abertura iniciada quando o pistão já tem sua velocidade reduzida (próximo ao PMI). Durante a fase inicial do processo de admissão o pistão acelera e atinge sua velocidade máxima aproximadamente na metade do curso. Após este ponto, seu movimento é desacelerado até atingir o repouso no final do curso (PMI). Portanto, a pressão no interior do cilindro na fase de admissão varia conforme o ângulo em que se encontra o pistão, conforme pode ser visto na figura (4). A depressão no interior do cilindro é continuamente reduzida até atingir no PMI o valor novamente da pressão atmosférica. Após o PMI, o atraso no fechamento da válvula de admissão permite que a massa de ar admitida, devido a sua inércia, continue a entrar no cilindro, contrária ao movimento do pistão que está em seu curso de compressão. Portanto, como uma maior quantidade de mistura entra no interior do cilindro, a pressão interna tende a aumentar para valores acima da pressão atmosférica, atingindo em torno de 0,1 bar manométrico (Heisler, 1995).
Figura 4 – Pressão no cilindro x ângulo da manivela. Fonte: Heisler (1995).
2.1.2 Movimento das válvulas Para induzir a entrada de maior quantidade de mistura fresca para o interior do cilindro, a válvula de admissão deve iniciar seu curso de abertura no final do ciclo de exaustão, quando a quantidade de gases da queima dentro do cilindro ainda possui energia cinética suficiente para provocar uma depressão na câmara de combustão. O seu escoamento em alta velocidade pela válvula de descarga arrasta os gases remanescentes e induz o preenchimento do cilindro com a nova mistura. No entanto, se a válvula de admissão abre muito cedo no ciclo de exaustão, pressões ainda elevadas no cilindro podem causar escoamento reverso através da válvula de admissão até o coletor de admissão ao invés de escoar pelo sistema de exaustão. A válvula de admissão permanece aberta durante todo o ciclo de admissão e parte do início do ciclo de compressão. O tempo de abertura da válvula depois do PMI e antes do seu fechamento é utilizado para o aproveitamento da inércia da nova mistura, proporcionando mais tempo para o preenchimento do cilindro e consequentemente aumentando a densidade do carregamento, como ilustra a f i g u r a 5 (Heisler, 1995).
Figura 5 - Efeito do atraso do fechamento da válvula de admissão em altas velocidades. Fonte: Heisler (1995).
A pressão no coletor de admissão varia durante o processo de admissão através da variação da velocidade do pistão, e da abertura e fechamento das válvulas. O chamado “efeito RAM” ocorre a partir da pressão produzida pelo choque da massa de ar contra a parede do pistão, aumentando assim a quantidade de ar, exatamente no momento em que a válvula se fecha. A densidade do ar e, portanto, a massa de ar dentro do cilindro, pode aumentar a ponto de anular os efeitos negativos das perdas de pressão e levar o rendimento volumétrico a valores elevados. A massa de ar admitida dentro do cilindro e a eficiência volumétrica estão relacionadas ao nível de pressão na porta da válvula. Em rotações mais elevadas, quando a válvula de admissão está fechando, a inércia dos gases de admissão aumenta a pressão na porta da válvula e continua o processo
de admissão quando o pistão diminui a velocidade perto do PMI e começa o ciclo de compressão. Estes efeitos se tornam progressivamente maiores enquanto a rotação do motor é aumentada. Segundo Morse et al (1938), o fechamento da válvula de admissão deve acontecer entre 40 0 e 600 antes do PMI, para melhor aproveitamento do efeito RAM. O efeito RAM é proporcional ao comprimento do primário e inversamente proporcional à área da seção transversal. Logo, se o objetivo é conseguir um forte efeito inercial, deve-se produzir um duto longo e de seção reta reduzida (deve-se, entretanto, observar que dutos longos possuem perdas de pressão maiores que podem prevalecer sobre os efeitos inerciais). Coletores de admissão com comprimento variável também são empregados para
aumentar
o
torque
em
determinadas
faixas
de
rotação,
proporcionando uma melhora no consumo de combustível. Um coletor de admissão com comprimento fixo tem sua geometria otimizada para um melhor desempenho do motor em uma rotação específica, geralmente, não privilegiando a potência em altas velocidades nem o torque em baixas velocidades. O coletor de admissão variável introduz dois ou mais estágios para beneficiar diferentes rotações do motor (Hanriot, 2001). Para tentar maximizar a expulsão dos gases de exaustão do cilindro, os cames são projetados para abrirem as válvulas no momento em que o pistão reduz sua velocidade e se aproxima do PMI. Consequentemente, quando a válvula de exaustão se abre, os gases remanescentes no cilindro ainda apresentam uma pressão residual relativamente alta, em torno de 3 - 4 bar o que provoca, pela própria ação da energia existente, a expulsão dos gases da queima para o sistema de exaustão e para a atmosfera. Por outro lado, esta abertura antecipada da válvula de exaustão provoca uma pequena perda no ciclo de expansão, que deve ser compensada pela energia economizada pela redução do trabalho no ciclo de exaustão, e também deve ser calculado o melhor momento de abertura e fechamento das válvulas de modo que se abram quando o pistão estiver desacelerando na região próxima ao PMI. A válvula de exaustão é mantida aberta durante todo o ciclo de exaustão e no início do ciclo de admissão, fechando logo após o PMS. O atraso no fechamento da válvula induz um vácuo na porta de exaustão
e
na
câmara
de
combustão,
proporcionando
o
melhor
preenchimento desta com a nova mistura ar/combustível a ser queimada e facilitando o escoamento dos gases residuais ainda presentes no cilindro, figura 6.
Figura 6 - Efeito da sobreposição em alta velocidade. Fonte: Heisler (1995).
Os benefícios do “efeito RAM” em uma coluna de duto de admissão, em contrapartida ao fluxo reverso causado pela redução no espaço do cilindro, tornam-se contraproducentes em baixas velocidades de rotação. Isso porque em baixas velocidades de indução, não há uma grande inércia no movimento do ar de admissão e consequentemente a quantidade de massa de ar no interior do cilindro se torna reduzida. A figura 7 mostra os efeitos da rotação do motor no rendimento volumétrico para diferentes valores angulares de fechamento da válvula de admissão.
Figura 7 – Rendimento volumétrico x rotação. Fonte: Heisler (1995)
Os benefícios em atrasar o fechamento da válvula de exaustão, bem como adiantar a abertura da válvula de admissão, causando um cruzamento entre as válvulas de admissão e descarga são mais eficazes a partir de médias para altas rotações (de 4.000 RPM em diante). Infelizmente, as vantagens na abertura precoce da válvula de admissão e fechamento atrasado da válvula de descarga causam efeitos negativos nas emissões de gases de exaustão. A válvula de exaustão fechando atrasada faz com que a mistura de arcombustível entre na câmara de combustão durante uma parte do curso do pistão na fase de admissão quando o motor está a um regime de rotação mais elevado. Entretanto, quando a velocidade do motor é reduzida, uma parcela da carga de arcombustível não entra efetivamente no cilindro, mas somente é carregada para o sistema de descarga em conjunto com os gases que são produtos da combustão. A perda de carga de mistura para o sistema de exaustão torna-se mais pronunciada se o atraso da válvula de descarga é elevado e a rotação é baixa, consequentemente, haverá um aumento dos gases não consumidos na combustão e larga quantidade de hidrocarbonetos e monóxido de carbono presentes na composição dos gases de escapamento.
Deve-se observar que, quando a válvula borboleta é progressivamente fechada, o aumento de depressão no duto de admissão pode induzir os gases não queimados a retornar em direção ao duto de admissão.
2.1.3 Eficiência volumétrica O máximo desempenho possível de ser alcançada em qualquer motor está diretamente relacionado à quantidade de ar que está confinado no cilindro. Desta forma, a eficiência dos motores de combustão interna depende do aproveitamento dos fenômenos inerciais e transientes que ocorrem no coletor de admissão. Uma análise detalhada das diversas variáveis envolvidas no processo é necessária para obter-se uma otimização de parâmetros envolvendo as condições de trabalho dos motores de combustão interna. De acordo com os objetivos desejados para os sistemas de admissão e descarga, diferentes configurações geométricas podem ser utilizadas para se privilegiar no projeto, o consumo, a potência ou, por exemplo, o torque a baixas rotações ou um pico de grande potência em altas rotações (Hanriot, 2001). Em projetos de coletores de admissão é fundamental a escolha da área da seção que produza o mínimo de perdas. Portanto, deve existir um compromisso entre o diâmetro do duto e a rotação do motor, particularmente sob rotações reduzidas, em que baixas velocidades de admissão podem causar uma mistura pobre e altas velocidades reduzem o rendimento volumétrico do motor. Heisler (1995), a partir de testes experimentais, afirma que o valor mínimo na velocidade de admissão do ar é em torno de 14 m/s e a máxima em torno de 75 m/s. Altas velocidades na admissão podem causar uma diminuição da densidade de massa de ar admitido com consequente diminuição do rendimento volumétrico. Segundo Heywood (1988), a eficiência volumétrica
é calculada para se
poder mensurar a efetividade dos sistemas de admissão e exaustão de motores quatro tempos, assim como o bombeamento de ar, e é definida por:
(1)
Ou seja,
̇
(2)
̇ é o fluxo mássico de ar [ ], é a massa específica do ar [kg m³], é o volume total deslocado [m³] e é a rotação do motor [rph]. Onde:
A eficiência volumétrica é um indicador do nível de desempenho de um
motor, pois se todos os outros parâmetros permanecem constantes, a pressão média efetiva é diretamente proporcional à eficiência. Livengood et al. (1952), mostraram que a eficiência volumétrica,
,
de um cilindro isolado está relacionada
ao parâmetro Z, chamado índice de Mach. A relação obtida é:
( )
(3)
é o tempo de abertura da válvula de admissão [s] e Z é o índice de Mach: ̅ (4) Onde é a área média de escoamento através da admissão [m²]; é a área do cilindro [m²]; é a velocidade média do pistão [m/s]; e é a velocidade do Onde
som no gás [m/s]. O índice de Mach é uma medida da “média do número de Mach” do gás
através da admissão, apesar de representar um cálculo simplificado baseado na equação da continuidade incompressível. A equação (4) indica que o índice de Mach é proporcional à razão entre a área do cilindro e a área média de escoamento através da válvula de admissão,
⁄
⁄, e, portanto, a eficiência volumétrica,
. Isto significa que para obter a máxima eficiência volumétrica em
qualquer rotação, é essencial ter a maior área de escoamento possível na admissão. Isto pode ser alcançado através do uso de cabeçotes com quatro (ou mais) válvulas por cilindro. A equação (3) também indica que a eficiência volumétrica decresce com
o aumento da rotação se todos os outros parâmetros são mantidos constantes, e isto iria resultar que o máximo torque do motor seria alcançado em baixas rotações. A variação da eficiência volumétrica com o número de Mach é mostrada na figura 8, que também apresenta uma linha baseada na razão
⁄ que é
derivada para um motor com uma válvula de período de abertura 233 graus do virabrequim.
Figura 8 – Variação da eficiência volumétrica com o índice de Mach Z Fonte: Winterbone & Pearson (1999)
Este diagrama ilustra que, para o arranjo de motor simplificado considerado, a eficiência volumétrica não poderia ultrapassar 85%, e que isto seria reduzido para aproximadamente metade deste valor para uma faixa de rotações de três para um (por exemplo, de 2000 a 6000rpm). Se este fosse o caso, então o desempenho do motor seria bastante limitado, especialmente em altas rotações. Obviamente, enquanto esta análise grosseira do motor indica alguns parâmetros muito importantes que limitam o desempenho do motor, outros fatores afetam a potência gerada em motores instalados em veículos e outras aplicações. Estes fatores estão relacionados com a dinâmica dos gases dentro do coletor de admissão. Fukutani e Watanabe (1979) conduziram uma série de testes para examinar
, na eficiência volumétrica. Na figura 9 é mostrado que a eficiência volumétrica se mantém constante para o efeito do número de Mach médio na admissão,
, mas quando , a eficiência volumétrica é reduzida drasticamente. Sendo assim, ao projetar coletores de admissão, válvulas e cabeçotes, é necessário assegurar-se que
será menor que 0.5.
Figura 9 - Variação da eficiência volumétrica com o número de Mach médio na admissão, . Fonte: Winterbone & Pearson (1999).
A figura 10 mostra um mapa tridimensional da relação entre a eficiência volumétrica
, o comprimento do tubo primário , e a rotação do motor , para um
motor monocilíndrico. A figura mostra que o máximo valor de eficiência volumétrica é obtido com a combinação do comprimento do tubo do coletor de aspiração e a rotação do motor. A partir dos resultados obtidos, seria possível alcançar a máxima eficiência volumétrica em vários pontos de operação do motor, se fosse possível variar o comprimento do tubo do coletor de aspiração. Isto explica a utilização de diferentes mecanismos para variar o comprimento dos dutos de coletores de admissão encontrados em motores de alguns veículos da atualidade.
Figura 10 – Plotagem tridimensional da variação da eficiência volumétrica comprimento do tubo primário , e a rotação do motor . Fonte: Winterbone & Pearson (1999).
, com o
3 MÉTODOS DE PROJETO PARA COLETOR DE ADMISSÃO 3.1 AFINAÇÃO DE COLETORES DE ADMISSÃO Os efeitos do fluxo sobre a eficiência volumétrica dependem da velocidade do ar no coletor de admissão, na porta da válvula e válvula. Velocidades locais para fluxo quase uniformes são iguais à taxa de fluxo volumétrico dividida pela área transversal local. Desde que as dimensões do sistema de admissão e a válvula tenham uma relação com o diâmetro do cilindro, as velocidades no coletor terão relação direta com a velocidade do cilindro (Heywood, 1988). Um exemplo de afinação de coletor de admissão é mostrado por Heywood (1988) na figura 11. Neste exemplo foi variado o comprimento dos dutos primários, seguindo a razão de duas vezes o anterior. Observa-se que o coletor com 34cm de comprimento dos dutos primários apresentou um achatamento do pico da curva em relação aos outros coletores, isso favorece o desempenho do motor, pois a eficiência volumétrica se manteve relativamente alta e constante em uma faixa mais ampla de rotações.
Figura 11 – Variação da eficiência volumétrica para diferentes comprimentos de dutos primários. Fonte: Heywood (1988).
3.1.1 Ressonador de Helmholtz Heisler (1995) relata que uma carga indutiva produz um aumento na eficiência volumétrica em certas rotações. Os efeitos desta carga extra se devem à inércia e elasticidade nos dutos de admissão e cilindro. Em rotações menores, para motores mais robustos com funcionamento de até 2000 rpm, são necessários dutos muito longos e isso seria impraticável. Uma forma alternativa e mais compacta é a utilização de um sistema de admissão se comportando como um ressonador de Helmholtz, que em sua configuração mais simples, é formado por uma câmara esférica e um duto conectado (figura 12). A câmara corresponde ao pleno e aos dutos secundários, considerando que os dutos foram projetados para se comportarem como uma região de indução e afinação.
Figura 12 – Comparação entre um ressonador de Helmholtz e um sistema de admissão. Fonte: Heisler (1995).
A frequência de ressonância da câmara e do duto é dada por:
√
(5)
Onde: é a frequência de ressonância [Hz], é a velocidade do som no ar
[m s -1], é a área da seção transversal [m 2], é o comprimento do duto [m] e é o volume do ressonador [m 3].
A principal função do ressonador de Helmholtz é encher qualquer tamanho de câmara, quando excitado, oscilando para dentro e para fora em sua própria frequência (frequência natural de vibração). Se uma única câmara estiver ligada quase diretamente a uma porta de válvula de admissão e os dutos abertos para a atmosfera se tornam uma região de admissão de ar, logo, toda vez que a válvula se abrir, um pulso de pressão negativo causará um distúrbio no ar contido no ressonador e no duto. Quando a rotação do motor se eleva até a rotação de frequência de pulso de onda de pressão correspondente à frequência natural do ar na câmara do ressonador, o ar do sistema ficará excitado até chegar a um estado de ressonância, produzindo uma série de ondas de pressão. Se bem sincronizadas, essas ondas favorecem a entrada de ar para o cilindro antes que a válvula de admissão se feche. Engelman (1953) postulou que o pico principal da curva de eficiência volumétrica é causado pelo ajuste entre o duto de admissão e o volume do cilindro, que se comportam como um ressonador. Nesta situação, o pico de pressão ocorre no PMI. Isto leva à equação (6):
√
(6)
: é a rotação do motor [rpm]; é a área da seção transversal do tubo; é o comprimento do tubo; é a velocidade do som no ar e é o volume Onde
médio do cilindro, onde este deve ser a metade do volume do cilindro mais o volume da câmara de combustão.
A analogia do ressonador de Helmholtz leva ao termo “ajuste inercial” sendo
aplicado em mecanismos para produzir picos de pressão. Isto é devido ao ressonador de Helmholtz ser idealizado com todos os parâmetros do sistema em que o gás contido no pescoço do ressonador é mantido como uma massa que não seja compressível e o gás no cilindro é mantido como uma mola sem inércia. A
figura 13 mostra as possíveis maneiras de se modelar a frequência natural de um ressonador de Helmholtz. A figura 13 (a) se refere a um sistema massa-mola, em que o pescoço do ressonador atua como uma mola, porém sem inércia onde a equação que modela a frequência do sistema é a equação (6). Já a modelagem referente às figuras 13 (b) e (c) leva em consideração tanto a compressibilidade do gás (representada pela mola) quanto a sua inércia (representada pela massa). Os vários modelos apresentam frequências naturais diversas, sendo que a consideração de compressibilidade e inércia tende a reduzir a frequência natural do sistema. A frequência natural do ressonador para a modelagem referente à figura 13 (c) é dada pela equação (7) (Winterbone & Pearson, 1999).
()() Na expressão,
é
a área da seção transversal do cilindro,
(7)
é o
o comprimento do pescoço do ressonador. A frequência angular do sistema (rad/s) é obtida encontrando-se comprimento do tubo, é a velocidade do som no ar, pela equação (8).
√
(8)
Nota-se que a equação (6) gera apenas uma frequência natural, enquanto a equação (7) gera uma série harmônica. A diferença entre as duas soluções fundamentais aumenta enquanto o comprimento do duto for aumentado para um dado volume do cilindro.
Figura 13 – Métodos de simulação do ressonador de Helmholtz: (a) massa-mola; (b) modelo massa distribuída-mola; (c) massa distribuída – modelo da mola distribuída. Fonte: Winterbone & Pearson (1999).
3.1.2 Pulsação do gás Ondas residuais são produzidas no coletor após o fechamento da válvula de admissão, e isso pode criar picos adicionais na curva de eficiência volumétrica, que, se aproveitados adequadamente, aumentam do rendimento dos motores (Morse, Boden, & Schecter, 1938). As grandes variações de volume no cilindro, devido ao movimento do pistão, produzem perturbações que, no momento das aberturas e fechamentos das válvulas de admissão, se propagam como ondas de rarefação e compressão ao longo do coletor. A onda gerada na abertura da válvula de admissão é chamada de pulso de pressão negativo, enquanto a onda refletida que viaja em direção à válvula é denominada onda de compressão (Hanriot, 2001). O intervalo
representa o
número de graus do virabrequim necessário para uma onda acústica viajar do cilindro até o fim do duto e voltar.
(9)
Onde é a rotação do motor [rpm], é a velocidade do som [m/s]; e comprimento do tubo [m].
éo
Na figura 14 pode-se observar uma relação teórica entre a variação da pressão na porta da válvula e o deslocamento angular do virabrequim. Na figura 14(a) observa-se que quando
é igual a 90º a primeira onda de pressão refletida
chega à porta da válvula com o pistão na metade de seu curso de descida e seu valor máximo é atingido no PMI. Nesse período, o segundo pulso de pressão refletido propaga-se da porta da válvula até a entrada do tubo e retorna. O movimento periódico dos pulsos de pressão movendo-se ao longo do duto de admissão forma uma gama de pulsos que na realidade diminuem em amplitude com o tempo. Através da soma das duas curvas tracejadas, a pressão resultante na entrada da porta da válvula é mostrada pela linha indicada. A região com hachuras indica a diferença de pressão existente entre a porta da válvula e o interior do cilindro. É essa diferença de pressão resultante entre o pulso gerado e o pulso refletido que determina a efetiva pressão que se traduz em um aumento no rendimento volumétrico do motor. É importante observar que quanto menor for o
,
menor deverá ser o comprimento de entrada do tubo reto do conduto de admissão, para uma dada rotação (Heisler, 1995).
é igual a 60º, figura 14(b), para um comprimento de duto de admissão menor que em relação a , a pressão manométrica resultante na Quando
porta da válvula em PMI é praticamente atmosférica. Logo, nessa situação, não há
uma contribuição efetiva dos pulsos no aumento do rendimento volumétrico. Na figura 14c são mostrados os efeitos dos pulsos de pressão para
. Nessa
situação, a linha resultante da onda de pressão na porta da válvula apresenta um pico longo após o ponto de fechamento da válvula de admissão. Além disso, a
pressão no cilindro possui um valor negativo. Experimentos mostram que θ assume
valores ótimos entre 80º e 90º (HEISLER, 1995).
Figura 14 – Efeito de
sobre a pressão resultante na porta de admissão devido à ação das ondas de pressão. Fonte: Heisler (1995).
3.2 MODELOS DE PROJETO PARA UM COLETOR DE ADMISSÃO Existe um grande número de modelos unidimensionais disponível para obter-se uma configuração desejável de um coletor de admissão, desde equações de ondas linearizadas até soluções de equações diferenciais parciais não lineares para fluxo de gases compressíveis. As equações linearizadas geralmente não são apropriadas para o fluxo de gases de exaustão devido às altas intensidades das ondas de pressão e ao gradiente de temperatura produzidos durante o descarregamento do cilindro. No entanto, as ondas de pressão induzidas nos coletores de admissão são significativamente mais fracas, e os gradientes de temperatura e velocidade são bem menos severos, ao ponto que as considerações necessárias para a linearização das equações de conservação são mais apropriadas (Winterbone & Pearson, 1999). Ohata e Ishida (1982) desenvolveram uma expressão no domínio da frequência, baseada na equação (12), que postulou a existência de dois modos de ressonância para o coletor de admissão. Um modo está associado com os dutos de admissão (primários), onde apenas a pressão nestes dutos está em ressonância, e o outro modo está associado com as dimensões de todos os componentes do coletor de admissão, onde a pressão através de todo o coletor está em ressonância. A eficiência volumétrica de um motor é fortemente influenciada pela pressão na admissão quando o cilindro está próximo do PMI, pouco antes do fechamento da válvula de admissão. Pulsos de pressão em outros momentos da admissão têm pouca importância. (Ohata & Ishida, 1982). A eficiência volumétrica é então dada por:
(10)
é a eficiência volumétrica se a pressão na válvula de admissão for a pressão atmosférica, é a constante de ramming e é a pressão média do ciclo Onde
em questão (em torno de 50° antes da válvula de admissão se fechar). Foram então desenvolvidas equações para o fluxo em um sistema de admissão, como mostrado
na figura (15), que consiste em quatro dutos primários conectados aos quatro cilindros do motor, um pleno e um duto secundário que liga o pleno à atmosfera.
Pode ser mostrado que as frequências afinadas para o sistema de admissão citado são dadas por:
(11)
(12)
é a área da seção transversal do duto secundário [m²], é o comprimento do duto secundário [m], é a área da seção transversal do duto primário [m²], é o comprimento do duto primário [m], é a velocidade do som [m/s], é o volume do pleno [m³], é o número de cilindros e é a frequência Onde
angular.
Figura 15 - Coletor de admissão: (a) Diagrama esquemático de um coletor de admissão; (b) esquema simplificado do ressonador de Helmholtz baseado em um duto primário. Fonte: Winterbone & Pearson (1999)
Expressões contendo dois termos foram derivadas por Ohata e Ishida (1982), uma definiu a componente periódica mais longa da pulsação da pressão na válvula de admissão associada com o coletor como um todo, conforme a equação (11), enquanto a outra definiu a componente periódica mais curta da pressão na válvula, relacionada apenas com as frequências afinadas dos dutos primários
individualmente. A curva de pressão medida é a soma destas duas curvas individuais, sendo que a componente periódica mais longa aumenta a eficiência volumétrica em velocidades abaixo de 3000 rpm, enquanto a componente de período mais curto traz benefícios em torno de 4000 rpm. Foi também demonstrado que para obter o maior carregamento do cilindro, a pressão acima da válvula deve ser alcançada entre 180° e 210° após o PMS (o que acontece entre 50° e 20° antes do fechamento da válvula de admissão), e não no momento em que a válvula de admissão se fecha. Isto simplesmente reflete o fato de que a alta pressão precisa estar no coletor enquanto a válvula de admissão estiver aberta o suficiente para que o carregamento do cilindro seja beneficiado pelo efeito do pulso de pressão.
4 EFEITOS DAS DIMENSÕES DOS COMPONENTES NO DESEMPENHO DO MOTOR Os resultados demonstrados por Winterbone e Pearson (1999) foram obtidos através de um programa de simulação de ondas lineares, baseado em uma solução de domínio temporal de equações de ondas acústicas. Este método de simulação, comprovado experimentalmente, é utilizado para estimar os efeitos da variação das dimensões geométricas dos componentes principais do coletor de admissão no desempenho do motor. O objetivo desta seção é entender a influência das variações dos parâmetros do duto primário, do duto secundário e da câmara do pleno na eficiência volumétrica dos motores. A partir do entendimento dos impactos causados por cada uma destas alterações, é possível prever de maneira subjetiva quais resultados poderão ser esperados após determinada alteração num componente específico do coletor de admissão.
4.1.1 Pleno Mantendo-se idênticas as dimensões dos dutos primários e secundários dos coletores,
uma
comparação
entre
a
curva
prevista
de
eficiência
volumétrica/velocidade com volumes de pleno diferentes pode ser vista na fi gura 16. Cada configuração produz uma curva com dois picos de eficiência volumétrica. Pode ser observado que se o volume do pleno for aumentando, ocorre uma diminuição na rotação do motor onde ocorre o pico de menor velocidade na curva de eficiência volumétrica. Observa-se também que a magnitude do pico também irá diminuir. É notável que a variação de volume do pleno praticamente não tem influência sobre o pico de velocidade mais alta. Entretanto, o volume do pleno pode afetar profundamente o controle de marcha lenta, e este é muitas vezes o fator que prevalece na definição das dimensões para este componente.
Figura 16 - Efeito da variação do volume do pleno sobre a eficiência volumétrica. Fonte: Winterbone & Pearson (1999).
4.1.2 Duto secundário O efeito da variação do comprimento do duto secundário na curva de eficiência volumétrica pode ser observado na figura 17. Pode-se perceber que o aumento do comprimento do duto secundário diminui a rotação na qual ocorre o pico de baixa velocidade. Novamente, o pico que ocorre em rotações mais altas sofre pouca influência devido a estas modificações.
Figura 17 - Efeito da variação do comprimento do duto secundário sobre a eficiência volumétrica. Motor 4.6L, 4V. Fonte: Ford Motor Company.
Na figura 18 pode-se observar o efeito da diminuição do diâmetro do duto secundário. Os picos de eficiência volumétrica ocorrem em valores de velocidades inferiores.
Figura 18 - Efeito da variação do diâmetro do duto secundário na eficiência volumétrica. Fonte: Winterbone & Pearson (1999).
4.1.3 Dutos primários Na figura 19 foi variado o comprimento dos dutos primários enquanto o volume do pleno e o comprimento do duto secundário foram mantidos. O aumento de comprimento dos primários diminui a rotação do motor em que ocorre o pico de alta velocidade na eficiência volumétrica, além de aumentar a sua magnitude. No entanto, a faixa de rotações na qual este benefício é alcançado é reduzida.
Figura 19 - Efeito da variação do comprimento do duto primário sobre a eficiência volumétrica. Motor 4.6L, 4V. Fonte: Ford Motor Company.
Os resultados da diminuição da área de seção transversal do duto primário podem ser vistos na figura 20. As eficiências volumétricas em médias e altas rotações são aumentadas pelo aumento de diâmetro do duto. A rotação na qual o pico de alta velocidade ocorre também é aumentada, levando este pico para faixas mais altas de velocidade do motor. Observa-se também que a magnitude deste pico é aumentada com o aumento do diâmetro.
Figura 20 - Efeito da variação do diâmetro do duto primário sobre a eficiência volumétrica. Motor 4.6L, 4V. Fonte: Ford Motor Company.
5 CONCLUSÃO Certamente, é essencial entender e ser capaz de prever os efeitos dos fluxos instáveis que predominam nos coletores de admissão para que se possa buscar uma melhoria na eficiência dos motores de combustão interna. Os fenômenos das ações das ondas dominam os processos relativos à admissão, por isto, os modelos unidimensionais de fluxo de gases são bastante úteis como ferramenta de projeto e análise. As simulações dos vários fenômenos da dinâmica dos gases que ocorrem nos coletores de admissão de motores de combustão interna são possíveis utilizando-se soluções lineares para as equações de ondas. Estas soluções permitem a execução de projetos muito mais precisos de coletores afinados do que as soluções empíricas utilizadas no passado. A técnica aponta as tendências de desempenho para diferentes configurações de coletores de admissão e pode ser utilizada para facilitar o estudo dos impactos das variações dos parâmetros dos componentes do sistema, requeridos nos estágios iniciais do projeto. No entanto, técnicas não lineares devem ser utilizadas em seguida para as análises finais mais detalhadas do sistema. A utilização de coletores de admissão com mecanismos que possibilitam a variação de geometria dos seus componentes permite que melhoras no desempenho dos motores sejam alcançadas, através do aproveitamento dos benefícios dos efeitos da ação das ondas nos coletores ao longo de uma faixa mais amplas de rotações. Hoje em dia, com a utilização de novos materiais e componentes com dimensões inferiores aos utilizados no passado, a aplicação de coletores de admissão com geometria variável se torna uma tendência nos veículos de passeio e de alta performance modernos. Benefícios adicionais podem ser obtidos através da utilização de comandos de válvula variáveis, que permitem maior flexibilidade para a abertura das válvulas de admissão. As montadoras de automóveis adotaram diferentes estratégias para esta tecnologia, que vem sendo utilizada em larga escala em motores da atualidade com o intuito de reduzir o consumo e aumentar a potência.
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