A Influência da Relação R/L no Comportamento do Motor

A Influência da Relação R/L no Comportamento do Motor A Influência da Relação R/L no Comportamento do Motor

A relação R/L é a divisão do raio do virabrequim pelo comprimento da biela, o nosso bom e velho R/L. Más será que ele influência mesmo assim no comportamento do motor e como ela acontece? 

A relação R/L parece ser pouco entendida, não se dá a importância necessária, muitas vezes se confundindo ou se associando somente a aspereza de funcionamento do motor.

O R/L é muito mais do que aspereza de funcionamento.

Lembrando que o motor motor de combustão interna pode ser analisado de duas formas no que diz respeito ao movimento, podendo ser pela cinemática ou pela dinâmica.

Na física, dinâmica é a ciência que estuda o movimento e as forças que o causam. Alguns princípios da dinâmica são:  princípio da inércia: um corpo tende a permanecer em repouso ou em movimento contínuo até que uma força externa atue sobre ele, princípio fundamental da dinâmica: um corpo adquire aceleração quando uma força é aplicada sobre ele, princípio da ação e reação.

A cinemática é o ramo da física que se ocupa da descrição dos movimentos de pontos, corpos ou sistemas de corpos, sem se preocupar com a análise de suas causas. Considerada uma "geometria do movimento", então o que vamos fazer aqui um estudo cinemático e ele é muito importante porque define algumas coisas essenciais sobre as características do comando de válvulas e do cabeçote. 

Então vamos ao que interessa, o que seria R/L, todo mundo sabe, a relação biela-curso. Mas o que ele representa? Em parte, como a velocidade do pistão varia em função do giro do virabrequim, normalmente representado em RPM (revoluções ou voltas por minuto). 

Pois bem, então dada uma determinada revolução o pistão vai do ponto morto superior, que é 0°, onde não tem nenhum movimento (velocidade zero) até o ponto morto inferior, 180°, onde também não tem nenhum movimento (velocidade zero). Então veja que a biela é o componente que transforma o movimento linear do pistão em movimento circular e essa transformação não acontece tão simplesmente assim, uma das características que ela influência é esta, velocidade instantânea do pistão.

Mas por que eu preciso conhecer a velocidade instantânea do pistão a cada trecho de giro do virabrequim? Porque assim eu entendo como ele se comporta, sendo muito importante saber qual que é a velocidade máxima do pistão e onde ela acontece porque isso vai determinar a relação de válvula/duto e o ângulo de separação entre ressaltos do comando (LSA não LCA), ou seja, o R/L influencia mesmo no comportamento do cabeçote e do comando; como a eficiência volumétrica acontece. 

Coisas extremamente importantes para o desempenho geral do motor e a relação R/L não tem sido levada em consideração por modificadores de motores, por isso  acho que o R/L é pouco compreendido.

Como Acontece na Prática

Vamos tomar como exemplo dois motores que compartilhem o mesmo diâmetro de pistão, cabeçote e comando de válvulas variando somente o curso do virabrequim através do raio da manivela ou o comprimento da biela. O que teremos é um comportamento totalmente diferente do pistão entre esses motores, não somente na suavidade de funcionamento, isso na parte dinâmica mas, sobretudo, no comportamento do cabeçote.

Quando se modifica a relação R/L o resultado produzido é uma maior ou menor inclinação ou ângulo da biela (dependendo do seu comprimento ou do raio da manivela) em relação ao virabrequim quando este está a meio curso, ou seja, 90°. Essa inclinação (ângulo) traz uma uma característica particular, como já foi dito, alterando a velocidade máxima do pistão e onde ela acontece em relação aos graus de curso do virabrequim.

Uma relação R/L alta causada por esse maior ângulo quando se usa uma biela curta ou um maior raio da manivela (curso maior) provoca uma maior aceleração do pistão partindo do ponto morto superior e a velocidade máxima é atingida antes do ponto médio em relação ao curso, desacelerando a partir daí. Ou seja, tem rápida aceleração partindo de 0° (PMS), atinge a velocidade máxima rapidamente antes de 90° e se torna lento desse ponto até 180° (PMI), um comportamento do pistão do PMS até a velocidade máxima e outro até o PMI. Essa aceleração gera uma rápida queda de pressão inicial (sinal de vácuo) no cilindro, mas depois se torna mais lenta.

O fluído, no caso ar, tem um comportamento elástico, então se a válvula de admissão controlada pelo eixo de cames for aberta muito cedo o "sinal" vai ser amortecido rapidamente e no final do curso de admissão esse fluído vai perder velocidade perdendo o efeito de compactação ou compressão (não confundir com taxa de compressão), isso vai gerar um menor enchimento desse cilindro, devendo por isso ser aberta mais tarde em relação ao ponto médio para manter a velocidade do fluxo constante.

Se, quando a válvula for aberta as passagens do cabeçote (duto/válvula) forem muito estreitas o fluído vai rapidamente atingir velocidades supersônicas restringindo o fluxo no restante do tempo em que essa válvula estiver aberta, diminuindo o enchimento.

Uma relação R/L baixa causada por um menor ângulo ao usar usa uma biela maior  ou um menor raio da manivela (curso menor) provoca outro comportamento, uma menor aceleração do pistão partindo do ponto morto superior com a velocidade máxima sendo atingida mais próxima do ponto médio do curso, com menor desaceleração a partir daí. Resumindo, tem menor aceleração partindo de 0° (PMS), atinge a velocidade máxima gradualmente mais próximo de 90° desacelerando também gradualmente desse ponto até 180° (PMI), um comportamento do PMS até a máxima velocidade semelhante ao do ponto médio até o PMI. Essa menor aceleração gera uma queda de pressão (sinal de vácuo) menor inicialmente até atingir o máximo, se mantendo por mais tempo ao longo do curso do pistão, é por isso que as passagens do cabeçote também podem ser menores sem restringir o fluxo.

Conclusão

Qualquer modificação que altere a relação R/L, seja no comprimento da biela ou um aumento de cilindrada pelo maior curso do virabrequim, vai exigir mudanças também no cabeçote e comando de válvulas.

Ainda usando o exemplo anterior dos motores iguais apenas alterando o R/L, hipoteticamente, aquele com a maior relação (biela menor/raio maior) não vai atingir rotações mais altas, ficando "amarrado", exigindo mais do cabeçote e abertura mais tarde da válvula de admissão, já que atinge o "sinal" máximo muito cedo. O de menor relação (biela maior/raio menor) terá pouco torque em rotações baixas, ficando "fraco", exigindo passagens menores no cabeçote e abertura mais cedo da válvula de admissão, porque atinge o "sinal" máximo mais tarde.

Um motor de alto R/L pode sim atingir altas rotações e outro de baixo R/L pode ter muito torque em rotações menores desde que as alterações necessárias sejam feitas. 

A relação R/L ainda influência outras áreas do motor, como por exemplo ponto de disparo da faísca, forma da câmara de combustão, velocidade máxima do pistão, forças de inércia envolvidas e outras que serão abordadas em outros tópicos.