O motor de um Fórmula SAE e suas partes

O motor é o componente de um automóvel responsável por gerar a energia de impulso. No Fórmula UFMG, tal como em quase todas as equipes, o estudo dessa parte do carro é mais focado nos sistemas auxiliares do motor. Isso ocorre, pois um motor envolve quase todas, se não todas, as áreas da engenharia mecânica. Essa complexidade do projeto faz com que ele seja demorado e muito caro, para se ter uma ideia, os times de desenvolvimento de motores demoram cerca de 3 anos para tirar um projeto do papel e começar a instalá-lo em carros de passeio. Por esse motivo o motor utilizado por equipes Fórmula SAE costuma ser comercial, a equipe utiliza o CB600F da Honda. Apenas algumas equipes alemãs projetaram e construíram o motor utilizado em seus protótipos e, mesmo assim, com muita ajuda de empresas do ramo. Mesmo com esse atalho de se utilizar um motor pré-fabricado não falta trabalho. Ainda é necessário projetar os sistemas periféricos de admissão, alimentação, arrefecimento, controle e escapamento.

O sistema de admissão é o responsável por canalizar o ar atmosférico para as câmaras de combustão e por iniciar a mistura desse ar com o combustível. Ele é composto pelo filtro de ar, corpo de aceleração, restritor, difusor, pleno e coletores. O corpo de aceleração é o único ponto de comunicação do piloto com o motor, através do acelerador o piloto controla a quantidade de ar admitido, com isso o motor passa por variações de rotação e potência desenvolvida. O restritor é uma redução do diâmetro do tubo por onde passa o ar. É uma exigência do regulamento que esse diâmetro seja reduzido para 20 mm em veículos a gasolina ou 19 mm para álcool. Essa exigência é a principal responsável pela limitação do desempenho do motor. Os coletores utilizados pela equipe têm comprimento variável, isso faz com que o sistema de admissão seja mais adaptável a diversas faixas de rotação do motor. Essa tecnologia é utilizada em motores de alta performance como os de Fórmula 1 ou de Moto GP.

A função do sistema de alimentação é armazenar e transportar o combustível. O armazenamento é feito no tanque. Essa peça deve ser estudada para que, em condições de baixo nível de combustível, não falte gasolina na linha mesmo que as acelerações sejam altas e provoquem grandes movimentações dentro do tanque. A linha de combustível deve estar sob alta pressão (aproximadamente 3 bar), essa pressurização é feita pela bomba de combustível, que, além disso, deve ser capaz de fornecer uma boa vazão de gasolina. Os bicos injetores liberam combustível nos coletores de admissão, onde tem ínicio a formação da mistura ar+combustível.

A temperatura do motor é mantida no nível desejado pelo sistema de arrefecimento. O principal componente é o radiador, que faz a troca de calor entre a água quente que sai do motor com o ar do ambiente sem que haja contato entre os dois. A água é movimentada por uma bomba acoplada ao vira-brequim e passa em diversos canais no bloco do motor. Esse sistema demanda estudos em conjunto com a parte de aerodinâmica para que a quantidade de ar que passa pelo radiador seja estimada. A capacidade de retirar calor do motor é controlada pelo acionamento automático da ventoinha, ou seja, pela variação da quantidade de ar que atravessa o radiador.

Os gases queimados na combustão devem ser conduzidos para fora do cilindro para que a próxima leva de mistura ar+combustível possa ser admitida e queimada. O sistema responsável por essa condução é o sistema de escapamento, ele também tem a finalidade de atenuar os ruídos gerados pelo motor. A SAE impõe limites de emissão de ruídos de 103 dBC em marcha lenta e 110 dBC em altas rotações medidos a uma distância de 50cm da saída do escape.

Além de toda essa aparelhagem física, existe ainda o sistema de controle, que é um projeto conjunto do motor com a eletrônica. Esse sistema é composto pela central eletrônica, sensores e atuadores. Cabe ao grupo do motor desenvolver mapas de ignição e injeção que utilizam os dados dos sensores para determinar quando as velas serão ignitadas e quanto combustível será injetado nos coletores de admissão. O pedal de acelerador, que é o único comando do piloto para o motor, altera dados de sensores como TPS (posição da borboleta) e MAP (pressão no interior da admissão) que são interpretados pelo sistema de controle, que altera o motor de acordo.