Por que o carro acelera quando se pisa no acelerador?
O título deste tópico pode parecer despropositado; alguém até poderia alegar que "se o acelerador não acelerasse o carro, o nome seria outro".
Bem, nomes podem ser enganosos. Por exemplo, aquele dispositivo usado para levantar o carro, conhecido por macaco, não tem nada a ver com animal propriamente dito!
Tecnicamente, o chamado "acelerador" de um carro está mais para um controle, relativamente precário, de velocidade do que para um acelerador verdadeiro. Entretanto, a idéia deste tópico não é discutir o sentido da palavra acelerador, mas discutir como esse comando funciona na prática. Muitos pontos abordados são bastante conhecidos pelas pessoas que já estudaram ou trabalharam com carburadores, mas, ouso dizer, também há vários detalhes interessantes que poucas pessoas conhecem.
O pedal acionado com o pé direito é conhecido por acelerador, em português, enquanto em inglês é chamado, às vezes, chamado de gas pedal (que significa literalmente "pedal da gasolina"), mas o nome mais usado é throttle (sufocar, estrangular). O nome throttle se justifica porque o acelerador do carro é basicamente uma válvula que restringe a passagem do ar que alimenta o motor. O acelerador de um carro é uma espécie de "torneira" ou "registro" de ar.
As pessoas que nunca se interessaram pelos detalhes técnicos do funcionamento de um motor de automóvel, tendem a pensar que o acelerador controla diretamente a quantidade de combustível enviada ao motor. Isso é um engano. Quem já desmontou um carburador sabe que o mecanismo do acelerador não passa de um disco articulado, conhecido por "borboleta", que pode girar mais ou menos de acordo com a pressão exercida pelo motorista sobre o pedal do acelerador. A borboleta do acelerador controla apenas o fluxo de ar. Ou melhor, a borboleta restringe (estrangula) a passagem de ar que passa pelo carburador. Um cabo de aço transmite mecanicamente o comando do pedal do acelerador à borboleta do carburador.
A borboleta não atua sobre a passagem de combustível. Para ser mais exato, borboleta não controla diretamente a quantidade de combustível que alimenta o motor. Quem determina a quantidade de combustível injetada nos cilindros do motor são os bicos pulverizadores do carburador, usando como parâmetro o fluxo de ar aspirado.
A função de um carburador é basicamente acrescentar combustível pulverizado, numa proporção apropriada, ao fluxo de ar que passa pelo carburador e vai encher os cilindros do motor. Entretanto, que determina a intensidade do produz o fluxo de ar é o motor propriamente dito. O movimento alternativo dos pistões faz com que o motor funcione como uma eficiente bomba de ar. Diz-se tecnicamente que o motor "aspira" o ar para o interior dos cilindros, ou em forma mais informal, que o motor "respira".
Algumas questões cruciais que precisam ser respondidas:
Antes de mais nada, é importante entender que se um carburador está desempenhando bem o seu papel, o carburador está "simplesmente" adicionando uma quantidade proporcional de combustível ao fluxo de ar aspirado pelo motor. Entretanto, a potência e o torque produzidos pelo motor dependem da quantidade de combustível consumida por unidade de tempo, mas quem determina a quantidade de combustível a ser introduzida nos cilindros é o fluxo de ar aspirado. O motor não aspira diretamente o combustível, o motor aspira ar; o combustível vem "de carona" junto com o ar aspirado. Podemos dizer, indiferentemente, que o motor aspira ar ou mistura ar/combustível.
É importante reconhecer aqui a ocorrência uma relação circular de causa e efeito: ao girar, o motor aspira a mistura, que ao queimar faz o motor girar, que aspira mistura... Se a rotação do motor aumentar, vai haver uma aumento de mistura aspirada, que vai fazer o motor girar mais, que...
Afinal, é a quantidade de mistura que determina a rotação do motor, ou é a rotação do motor que determina a quantidade mistura aspirada?
Se um aumento da rotação aumenta a quantidade de mistura aspirada, o que realimenta a rotação, por que a rotação do motor não "dispara"?
Como a rotação do motor se estabiliza para uma determinada carga e abertura da borboleta?
Para responder às perguntas acima, observe a figura abaixo, que mostra como a demanda de mistura tipicamente varia com a rotação, para três cargas diferentes. Supõe-se que se a marcha utilizada é a mesma, de modo que a velocidade do carro será proporcional à rotação do motor. Por isso, na análise a seguir, usaremos rotação do motor e velocidade do carro como grandezas equivalentes.
A demanda de mistura é dada pelo volume por unidade de tempo (por ex, litros/minuto)de mistura que o motor usar para vencer a carga. Entenda carga como o esforço que o motor faz, por exemplo, para empurrar o carro numa subida de inclinação constante. A linha rosa representaria, assim, uma subida leve, enquanto a vermelha, uma subida moderada e a amarela, uma subida pesada. Para esse tipo de carga, a demanda de combustível deve ser mais ou menos proporcional à rotação motor.
Vamos avaliar agora a capacidade do sistema de admissão de fornecer mistura na quantidade suficiente para atender à demanda. A figura abaixo mostra o volume de mistura entregue pelo carburador em função da rotação, para três aberturas da borboleta.
Note que as curvas de entrega e de demanda de mistura são completamente diferentes. Isso não é uma surpresa porque a demanda de mistura depende da carga do motor, enquanto a "entrega" de mistura depende da capacidade do sistema de admissão. Em geral, a carga do motor é completamente independente da capacidade do sistema de admissão.
Analisando a capacidade de um sistema de admissão, quanto maior a abertura da borboleta, maior será o fluxo de ar aspirado que passa pelo carburador. Entretanto, essa relação só vale até certo ponto. Em rotações baixas, o fluxo de ar é proporcional à rotação, mas a partir de uma certa rotação, a quantidade de ar aspirado começa a ficar limitada pelas dimensões do sistema de admissão. Há, portanto, uma tendência à saturação do volume entregue. O volume de saturação depende do tamanho das válvulas de admissão, do levantamento e tempo de abertura das válvulas, do diâmetro do coletor de admissão, e do diâmetro efetivo das passagens de ar do carburador. É fácil de entender que a borboleta do carburador tem um papel fundamental no controle do volume de mistura que é aspirada pelo motor.
A figura abaixo mostra a sobreposição do gráfico da demanda e da entrega de mistura para uma determinada carga e um determinada abertura da borboleta do acelerador.
Existe uma determinada rotação R para a qual os gráficos da demanda e da entrega se cruzam. O ponto P representa a situação em que a entrega coincide com demanda, ou seja, há um equilíbrio entre demanda e entrega. O ponto P será o ponto de operação do motor. A questão é saber se o equilíbrio é estável ou instável, ou seja, se a rotação irá disparar, ou decair até o motor morrer.
Para confirmar a estabilidade do ponto de operação P, suponha que, por qualquer razão, a rotação caia para R-. Nessa rotação hipotética, o ponto E1 está acima de D1, ou seja, a entrega de mistura é maior que a demanda. Como resultado, a rotação tenderá a aumentar até eventualmente retornar a R. Da mesma forma, se a rotação subir, por qualquer razão, para R+, a oferta E2 será menor que a demanda D2, e a rotação irá cair até retornar eventualmente para R. O ponto P é, portanto, um ponto de operação estável.
Uma situação interessante, representada pela figura abaixo, é o que acontece quando, por exemplo, o motorista pressiona mais o acelerador numa subida:
Inicialmente, o motor estava trabalhando no ponto de operação A, que corresponde a uma certa rotação (e um certo consumo). Então o motorista pressiona o acelerador, abrindo mais a borboleta do carburador e o ponto de operação muda para B. Como resultado, ocorre um aumento na rotação e, portanto na velocidade (supõe-se que a marcha é a mesma). Se o motorista pressionar ainda mais o acelerador, o ponto de operação subirá para C, que corresponde a uma velocidade ainda maior.
A figura abaixo mostra, agora, uma situação em que a pressão no acelerador é a mesma (borboleta na mesma abertura), mas a inclinação da subida muda.
O ponto A representaria o começo de um subida, quando a inclinação em geral seria baixa. Nesse ponto, a rotação do motor e a velocidade do carro é alta. Quando a inclinação começa a aumentar e o ponto de operação passa para B, há uma queda na rotação e na velocidade. E quanto a inclinação fica ainda maior, o ponto de operação passa para C, quando a rotação e a velocidade caem ainda mais.
Quando se passa de A para C, tanto a velocidade como o volume de mistura consumida por unidade de tempo caem. Aqui poderia surgir uma dúvida interessante: Isso significa que quanto mais íngreme a subida, menos combustível um carro gasta?
O título deste tópico pode parecer despropositado; alguém até poderia alegar que "se o acelerador não acelerasse o carro, o nome seria outro".
Bem, nomes podem ser enganosos. Por exemplo, aquele dispositivo usado para levantar o carro, conhecido por macaco, não tem nada a ver com animal propriamente dito!
Tecnicamente, o chamado "acelerador" de um carro está mais para um controle, relativamente precário, de velocidade do que para um acelerador verdadeiro. Entretanto, a idéia deste tópico não é discutir o sentido da palavra acelerador, mas discutir como esse comando funciona na prática. Muitos pontos abordados são bastante conhecidos pelas pessoas que já estudaram ou trabalharam com carburadores, mas, ouso dizer, também há vários detalhes interessantes que poucas pessoas conhecem.
O pedal acionado com o pé direito é conhecido por acelerador, em português, enquanto em inglês é chamado, às vezes, chamado de gas pedal (que significa literalmente "pedal da gasolina"), mas o nome mais usado é throttle (sufocar, estrangular). O nome throttle se justifica porque o acelerador do carro é basicamente uma válvula que restringe a passagem do ar que alimenta o motor. O acelerador de um carro é uma espécie de "torneira" ou "registro" de ar.
As pessoas que nunca se interessaram pelos detalhes técnicos do funcionamento de um motor de automóvel, tendem a pensar que o acelerador controla diretamente a quantidade de combustível enviada ao motor. Isso é um engano. Quem já desmontou um carburador sabe que o mecanismo do acelerador não passa de um disco articulado, conhecido por "borboleta", que pode girar mais ou menos de acordo com a pressão exercida pelo motorista sobre o pedal do acelerador. A borboleta do acelerador controla apenas o fluxo de ar. Ou melhor, a borboleta restringe (estrangula) a passagem de ar que passa pelo carburador. Um cabo de aço transmite mecanicamente o comando do pedal do acelerador à borboleta do carburador.
A borboleta não atua sobre a passagem de combustível. Para ser mais exato, borboleta não controla diretamente a quantidade de combustível que alimenta o motor. Quem determina a quantidade de combustível injetada nos cilindros do motor são os bicos pulverizadores do carburador, usando como parâmetro o fluxo de ar aspirado.
A função de um carburador é basicamente acrescentar combustível pulverizado, numa proporção apropriada, ao fluxo de ar que passa pelo carburador e vai encher os cilindros do motor. Entretanto, que determina a intensidade do produz o fluxo de ar é o motor propriamente dito. O movimento alternativo dos pistões faz com que o motor funcione como uma eficiente bomba de ar. Diz-se tecnicamente que o motor "aspira" o ar para o interior dos cilindros, ou em forma mais informal, que o motor "respira".
Algumas questões cruciais que precisam ser respondidas:
- Qual é a quantidade de ar que um motor aspira?
- Qual é o papel da borboleta do carburador no controle da quantidade de ar aspirada?
Antes de mais nada, é importante entender que se um carburador está desempenhando bem o seu papel, o carburador está "simplesmente" adicionando uma quantidade proporcional de combustível ao fluxo de ar aspirado pelo motor. Entretanto, a potência e o torque produzidos pelo motor dependem da quantidade de combustível consumida por unidade de tempo, mas quem determina a quantidade de combustível a ser introduzida nos cilindros é o fluxo de ar aspirado. O motor não aspira diretamente o combustível, o motor aspira ar; o combustível vem "de carona" junto com o ar aspirado. Podemos dizer, indiferentemente, que o motor aspira ar ou mistura ar/combustível.
É importante reconhecer aqui a ocorrência uma relação circular de causa e efeito: ao girar, o motor aspira a mistura, que ao queimar faz o motor girar, que aspira mistura... Se a rotação do motor aumentar, vai haver uma aumento de mistura aspirada, que vai fazer o motor girar mais, que...
Afinal, é a quantidade de mistura que determina a rotação do motor, ou é a rotação do motor que determina a quantidade mistura aspirada?
Se um aumento da rotação aumenta a quantidade de mistura aspirada, o que realimenta a rotação, por que a rotação do motor não "dispara"?
Como a rotação do motor se estabiliza para uma determinada carga e abertura da borboleta?
Para responder às perguntas acima, observe a figura abaixo, que mostra como a demanda de mistura tipicamente varia com a rotação, para três cargas diferentes. Supõe-se que se a marcha utilizada é a mesma, de modo que a velocidade do carro será proporcional à rotação do motor. Por isso, na análise a seguir, usaremos rotação do motor e velocidade do carro como grandezas equivalentes.
A demanda de mistura é dada pelo volume por unidade de tempo (por ex, litros/minuto)de mistura que o motor usar para vencer a carga. Entenda carga como o esforço que o motor faz, por exemplo, para empurrar o carro numa subida de inclinação constante. A linha rosa representaria, assim, uma subida leve, enquanto a vermelha, uma subida moderada e a amarela, uma subida pesada. Para esse tipo de carga, a demanda de combustível deve ser mais ou menos proporcional à rotação motor.
Vamos avaliar agora a capacidade do sistema de admissão de fornecer mistura na quantidade suficiente para atender à demanda. A figura abaixo mostra o volume de mistura entregue pelo carburador em função da rotação, para três aberturas da borboleta.
Note que as curvas de entrega e de demanda de mistura são completamente diferentes. Isso não é uma surpresa porque a demanda de mistura depende da carga do motor, enquanto a "entrega" de mistura depende da capacidade do sistema de admissão. Em geral, a carga do motor é completamente independente da capacidade do sistema de admissão.
Analisando a capacidade de um sistema de admissão, quanto maior a abertura da borboleta, maior será o fluxo de ar aspirado que passa pelo carburador. Entretanto, essa relação só vale até certo ponto. Em rotações baixas, o fluxo de ar é proporcional à rotação, mas a partir de uma certa rotação, a quantidade de ar aspirado começa a ficar limitada pelas dimensões do sistema de admissão. Há, portanto, uma tendência à saturação do volume entregue. O volume de saturação depende do tamanho das válvulas de admissão, do levantamento e tempo de abertura das válvulas, do diâmetro do coletor de admissão, e do diâmetro efetivo das passagens de ar do carburador. É fácil de entender que a borboleta do carburador tem um papel fundamental no controle do volume de mistura que é aspirada pelo motor.
A figura abaixo mostra a sobreposição do gráfico da demanda e da entrega de mistura para uma determinada carga e um determinada abertura da borboleta do acelerador.
Existe uma determinada rotação R para a qual os gráficos da demanda e da entrega se cruzam. O ponto P representa a situação em que a entrega coincide com demanda, ou seja, há um equilíbrio entre demanda e entrega. O ponto P será o ponto de operação do motor. A questão é saber se o equilíbrio é estável ou instável, ou seja, se a rotação irá disparar, ou decair até o motor morrer.
Para confirmar a estabilidade do ponto de operação P, suponha que, por qualquer razão, a rotação caia para R-. Nessa rotação hipotética, o ponto E1 está acima de D1, ou seja, a entrega de mistura é maior que a demanda. Como resultado, a rotação tenderá a aumentar até eventualmente retornar a R. Da mesma forma, se a rotação subir, por qualquer razão, para R+, a oferta E2 será menor que a demanda D2, e a rotação irá cair até retornar eventualmente para R. O ponto P é, portanto, um ponto de operação estável.
Uma situação interessante, representada pela figura abaixo, é o que acontece quando, por exemplo, o motorista pressiona mais o acelerador numa subida:
Inicialmente, o motor estava trabalhando no ponto de operação A, que corresponde a uma certa rotação (e um certo consumo). Então o motorista pressiona o acelerador, abrindo mais a borboleta do carburador e o ponto de operação muda para B. Como resultado, ocorre um aumento na rotação e, portanto na velocidade (supõe-se que a marcha é a mesma). Se o motorista pressionar ainda mais o acelerador, o ponto de operação subirá para C, que corresponde a uma velocidade ainda maior.
A figura abaixo mostra, agora, uma situação em que a pressão no acelerador é a mesma (borboleta na mesma abertura), mas a inclinação da subida muda.
O ponto A representaria o começo de um subida, quando a inclinação em geral seria baixa. Nesse ponto, a rotação do motor e a velocidade do carro é alta. Quando a inclinação começa a aumentar e o ponto de operação passa para B, há uma queda na rotação e na velocidade. E quanto a inclinação fica ainda maior, o ponto de operação passa para C, quando a rotação e a velocidade caem ainda mais.
Quando se passa de A para C, tanto a velocidade como o volume de mistura consumida por unidade de tempo caem. Aqui poderia surgir uma dúvida interessante: Isso significa que quanto mais íngreme a subida, menos combustível um carro gasta?
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