FPT Tjet
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EMPRESA
RESUMO
Para chegar a este objetivo, um dos caminhos é reduzir a cilindrada dos motores.
Por outro lado, os clientes estão mais exigentes quanto ao desempenho de seus
veículos (prazer em dirigir), o que impediria a redução de cilindrada.
Além disso, motores pequenos em cargas parciais trabalham com PME (pressão
média efetiva ) mais alta. Dessa forma, consomem menos que um motor maior,
produzindo a mesma energia.
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APLICABILIDADE
OBJETIVO
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1. Desenvolvimento do tema
Sendo assim, para acompanhar o trânsito, a quantidade de energia que cada veículo
gasta seria sempre a mesma, não fossem as variações de peso do veiculo, e das
suas próprias resistências ao seu movimento. Se temos um mesmo veículo, com
mesmo peso e resistência, porém com dois tamanhos de motor diferentes, por
exemplo um 1.0 e um 1.4, no mesmo percurso e com velocidade igual, a energia
que os dois motores terão que produzir será a mesma.
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A PME (pressão média efetiva) representa o trabalho útil fornecido a cada ciclo por
uma unidade de cilindrada. Este trabalho é proporcional às pressões atingidas no
cilindro. Assim, a PME dá uma idéia das solicitações de pressão a que está exposto
o motor, ou seja, a que carga ele está sendo solicitado (sua unidade é kgf./cm2).
O consumo específico representa quanto o motor gasta de combustível para gerar
certa quantidade de energia. S ua unidade é g/CV*h, ou seja, quantos gramas de
combustível são necessários para gerar 1CV durante uma hora.
Nos motores Otto normais quanto maior a PME maior a eficiência com que o motor
trabalha, até um certo limite de rotações, o que pode ser observado no plano cotado.
Com isso, para produzir uma mesma quantidade de energia:
- o motor menor trabalha com uma PME maior e, por isso, mais eficiente, com menor
consumo especifico. Como a energia é a mesma, também resulta em menor
consumo no veículo;
- o motor maior trabalha com uma PME menor e, por isso, menos eficiente, com
maior consumo especifico, portanto, maior consumo no veículo.
O que foi dito acima pode ser observado no próximo gráfico:
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Partindo da hipótese que dois motores - um 1.4L e um 1.0L - tivessem o mesmo
plano cotado de consumos específicos, ou seja, fossem igualmente eficientes e
funcionando com o ve ículo na mesma velocidade (~73 km/h) em 5° marcha, o 1.0L
seria, neste caso, 7,8% mais econômico.
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gastas com consumos específicos maiores que 240 g/CVh são menores que no
1.4L.
No 1.0L, o consumo de combustível é mais distribuído que no 1.4L, com uma maior
quantidade de combustível gasta em condições de melhor rendimento com
consumos específicos mais baixos. Isto tudo se reflete no resultado do consumo
calculado no ciclo: o 1.4L teve uma média de 12,55 km/l, enquanto o 1.0L teve a
média de 13,77 km/l. Isto mostra que nas condições do ciclo FTP 75 calculado que o
1.0L é cerca de 8% mais econômico que o 1.4L, considerando a mesma carroceria.
Este raciocínio é o mesmo quando comparamos um motor 2.0L com um motor 1.4L,
ou seja, é a base do downsizing. Porém, esta filosofia de aplicação de motores em
veículos tem outros pontos que ampliam ainda mais esta diferença: motores
sobrealimentados revertem para o motor uma parte da energia térmica jogada fora
pela descarga através da turbina; motores sobrealimentados têm uma
disponibilidade de torque impossível de ser igualada por motores aspirados de
potência máxima comparável. Sendo assim, as relações de marcha utilizadas no
downsizing podem ser mais longas, acentuando ainda mais o efeito menor giro,
maior carga e, com isso, menor consumo específico, para uma mesma demanda de
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energia; motores pequenos sobrealimentados tendem a ter menor atrito que motores
maiores de potência comparável devido à menor inércia das peças móveis.
Já o motor T-Jet tem seu torque máximo de 21,1 kgm disponível de 2.250rpm a
4.500rpm. Isso significa prontas respostas do motor às solicitações do motorista.
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Pode-se argumentar que motores sobrealimentados têm turbo-lag, que é um atraso
na resposta do turbo quando o motor é solicitado de uma baixa condição de giro e
carga para uma condição de alta carga. Porém, o motor T-Jet foi especialmente
desenvolvido para minimizar esta característica.
Para isto, o tamanho da turbina escolhida foi muito pequeno (33 mm de diâmetro). A
turbina dá uma maior contribuição para a inércia rotacional do conjunto. Além disso,
foi escolhida uma relação intermediária de área pelo raio da voluta (A/R) para o dado
diâmetro da turbina. Este (A/R) é o menor possível que ainda chega no objetivo de
potência máxima, privilegiando então a rápida entrada do turbo.
A figura abaixo mostra alguns dos resultados de testes que foram feitos com
diversas configurações de turbina para avaliar o turbo-lag em banco dinamométrico.
O parâmetro de comparação foi o tempo para atingir 90% da pressão máxima do
turbo, a 1.750rpm, partindo de 1 bar de PME até WOT(acelerador no máximo), em
0.3s
O turbo compressor escolhido foi o IHI RFH3 calibrado para sobrealimentar o motor
de até 1 bar É o de melhor rapidez de resposta que atinge o objetivo de potência
máxima e atende aos pré-requisitos de projeto.
Figura 01 – Imagem do turbo sobre o cabeçote do T-Jet
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Figura 02 - Sistema de aspiração completo do T-Jet destacando o Intercooler
Além disso, quanto maior o avanço da centelha, menor a temperatura dos gases de
descarga. Sendo assim, o enriquecimento de mistura necessário para diminuir estas
temperaturas é menor, diminuindo o consumo e mantendo a confiabilidade do
conjunto, principalmente da turbina.
Por fim, em plena carga e altas rotações, uma boa eficiência termodinâmica permite
adotar um tamanho menor para o turbocompressor, mantendo os compromissos de
desempenho e, assim, diminuindo o efeito turbo-lag e melhorando as respostas em
transitórios.
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virabrequim, biela e pistão, entre outros. Veja abaixo detalhamento sobre cada
componente.
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A figura acima mostra a relação entre a razão Swirl e Tumble e a velocidade de
combustão, além da posição angular em que 50% da mistura já foi queimada.
Concluiu-se que, para este motor, uma razão acima de 0,9 piora a resistência à
detonação, ainda que tenha sido visto também que a velocidade de combustão
continua a crescer. Dessa forma, esta foi a escolha.
Além disto, foi desenhado de maneira a ter o menor volume possível, possibilitando
o máximo aproveitamento das pulsações do motor para acelerar a turbina,
melhorando a resposta em transitórios.
Também a ligação entre a turbina e o catalisador foi otimizada para diminuir a perda
de carga e a contra pressão sentida pela turbina, mantendo um compromisso de
distribuição do gás na superfície do catalisador e leitura da sonda lambda. Uma
menor contra pressão também ajuda a melhorar a resposta do turbo e aumentar sua
eficiência.
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Figura 05 – Campos de velocidades e distribuição de fluxo turbulências no coletor de
descarga após a turbina, do motor T-Jet, em simulação fluidodinâmica 3D.
O coletor foi desenhado para ter a maior uniformidade possível de alimentação entre
os cilindros e a menor perda de carga possível, mantendo as características
necessárias de movimentação da mistura na câmara de combustão. Com isso, a
resistência à detonação é aumentada principalmente em baixas rotações.
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Figura 07 - Coletor de aspiração do motor T-Jet.
Além disso, uma menor perda de carga depois do compressor ajuda a diminuir a
temperatura que o ar ganha ao passar por ele melhorando ainda mais a resistência
à detonação, e a eficiência da combustão.
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combustão. Para uniformizar esta característica e diminuir a sensibilidade à
temperatura, foi desenvolvido o sistema U-circulation, que força o refrigerante em
um caminho que garante uma maior uniformidade de temperaturas no motor mesmo
em condições extremas de sobre alimentação.
Para suportar as altas cargas térmicas e mecânicas geradas pelo turbo, mantendo
as características de confiabilidade dos motores da FPT - Powertrain Technologies,
todos estes componentes foram reprojetados.
O bloco, além da modificação nas câmaras de água, teve sua altura aumentada para
compensar o aumento da altura de compressão do pistão sem causar uma
diminuição do comprimento da biela, o que seria prejudicial para o comportamento e
para o rendimento do motor. O bloco de base já tinha os jatos de óleo que ajuda a
refrigerar os pistões, que neste motor é ainda mais importante por diminuir a
temperatura da câmara de combustão.
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O virabrequim foi totalmente modificado. Seu material de ferro fundido passou para
aço forjado, aumentando sua resistência para manter a confiabilidade.
Nos pistões, devido às grandes pressões, foi necessário adotar o pino flutuante em
vez do fixo no motor de base, aumentar as paredes e aumentar a altura entre o
primeiro anel e o topo do pistão de modo a protegê-lo mais do contato com os gases
da combus tão. Assim, foi necessário aumentar sua altura de compressão, o que
posteriormente foi compensado no bloco.
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Válvulas de descarga e suas sedes no cabeçote feitas com ligas metálicas especiais
anti-desgaste: confiabilidade para as altas temperaturas geradas pelo turbo.
Volante do motor dupla massa que tem, como o próprio nome diz, duas massas -
uma ligada ao câmbio e outra ao motor e entre elas um sistema de molas que em
conjunto absorvem as vibrações torsionais do virabrequim. Com isso, os esforços
sobre o virabrequim e sobre a caixa de câmbio diminuem, aumentando a
confiabilidade do motor e da transmissão, além de melhorar o conforto do veículo
por transmitir menos vibrações ao motopropulsor.
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contaminação do meio ambiente quando este filtro é descartado de maneira
inadequada.
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Bobinas de ignição de alta performance, montadas diretamente sobre as velas o que
possibilita eliminação de cabos de alta tensão no motor.
CONCLUSÃO
O downsizing é hoje uma tendência mundial. Sua contribuição para a redução dos
níveis de CO2 é evidente e tem grandes vantagens por ser de rápida e relativamente
fácil aplicação, já que as tecnologias necessárias estão disponíveis. Existe também
a vantagem de poder integrar-se facilmente com outras tecnologias, como sistemas
híbridos, ou com novas tecnologias de redução de consumo de motores de
combustão interna.
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O veículo que precedeu a versão topo de linha do Linea, o Marea HLX 2.4L utilizava
um motor de 5 cilindros e 2.4L de cilindrada. Nesta aplicação fornecia 21,0kgm a
3.500rpm e 160CV a 6 .000rpm.
Tudo isso, lembrando ainda que o motor T-Jet atende aos níveis de emissões do
PROCONVE Fase 5, muito mais restritos que os limites PROCONVE Fase 3 que
eram atendidos pelo motor 2.4L do Marea. Isto significa que o T-jet emite no mínimo
6 vezes menos hidrocarbonetos, 5 vezes menos óxidos de nitrogênio e 30% menos
aldeídos que o motor do Marea.
São resultados muito expressivos de uma tecnologia que tem muito futuro na
redução das emissões de CO2 mantendo o que o cliente quer: prazer em dirigir.
Hoje, no Brasil, os veículos dos segmentos B, CW, C1, PI, C2, L1, B Premium, D, P
utilizam motores com cilindradas que variam de 1.6 a 2.3 litros.
Se todos estes motores fossem substituídos pelo Fire 1.4L T-Jet, o incremento de
torque máximo seria de no mínimo 4% podendo chegar a mais de 30% em alguns
casos. Ou seja, para todas as aplicações haveria melhoria de prazer em dirigir.
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Ficha Técnica Fire 1.4L T-Jet
Cilindrada 1.4L
Sobre alimentação turbo compressor
Combustível E22
Potência máx. 152 CV @ 5500 rpm
Torque máx. 21,1 kgm de 2250 a 4500 rpm
Taxa de compressão 9,8 : 1
Emissões PROCONVE FV
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