4 Cc X 6 Cc

[Neto1]

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Motores de 3 cilindros em linha apresentam desequilíbrio de primeira e de segunda ordem. Neste tipo de motor quando o cilindro numero um, por exemplo, atinge o ponto morto superior e começa a descer, é gerada uma força de baixo para cima. Neste mesmo instante o cilindro numero 3 está subindo, o que gera uma força de cima para baixo. Esta duas forças produzem um binário que provocam um movimento de balanço no motor fazendo-o vibrar ao longo de um eixo horizontal que passa pelo centro do motor. Esta vibração é de primeira ordem e tem, portanto, freqüência igual a rotação do motor.

O valor deste binário é igual a 1,732kWa, onde:

W são massas em movimento alternativo (pistão mais parte da biela);
r é o raio do eixo de manivelas;
a é distancia entre os cilindros
k=n^2r

O desequilíbrio de segunda ordem é provocado pela diferença de aceleração entre os pistões que sobem e os que descem e seu valor é igual r/l vezes o conjugado de primeira ordem, onde l é o comprimento da biela. Como o comprimento da biela é sempre maior que o raio (por quê?), temos que o valor do conjugado de segunda ordem é menor que o de primeira.

[Neto1]

O motor boxer de 6 cilindros pode ser visto como sendo composto por 2 motores de 3 cilindros em linha. Cada um dos bancos de 3 cilindros irá apresentar oscilação fim-a-fim conforme explicado no tópico sobre motores de 3 cilindros. Mas, como os 2 bancos estão em oposição, cada um irá anular a vibração do outro. Desta forma, o motor boxer de 6 cilindros apresenta equilíbrio dinâmico de primeira e de segunda ordens.

O motor V6 é um pouco mais complicado. Eles apresentam, em principio o mesmo problema de vibração dos motores de 3 cilindros. A vibração é maior nos V6 de 90 graus, menor nos de 60 graus e praticamente nula nos motores VR6 da Volkswagen cujos bancos estão dispostos a 15 graus. Nos V6 de 90 e 60 graus a vibração de primeira ordem pode ser quase totalmente eliminada através de contrapesos no virabrequim. Não é possível eliminar totalmente a vibração de primeira ordem porque o movimento alternativo do conjunto pistão-biela não é completamente senoidal, enquanto o movimento rotativo dos contrapesos é perfeitamente senoidal. Desta forma, nos V6 de 60 e 90 graus sobra apenas a vibração de segunda ordem que pode ser adequadamente controlada fazendo-se a relação r/l (raio do eixo de manivelas dividido pelo comprimento da biela) menor que 0,3 e também, é claro, através dos coxins.



Espero ter ajudado.
Neto

[BRAVOECONOVEMBER]

Grande teoria! Adorei ler e lembrar de alguns detalhes à muitos anos esquecidos... e alguns que não cheguei a conhecer...
Só para ilustrar:
Em motores aeronáuticos típicos, de configuração boxer 4 cilindros de grande cilindrada e torque e relativamente baixa rotação, existe um arranjo especial de contrapesos de um determinado fabricante para justamente combater esta relativamente pequena vibração de 2a ordem. Este detalhe contrutivo é tão importante que existem operações especiais de localização, substituição de buchas e ajuste desses contrapesos durante a revisão do motor. A falha em fazer o serviço bem feito causa a quebra do virabrequim.
Quanto ao por que do raio do eixo de manivelas ser sempre menor que a viela, respondo a pegadinha pelos colegas leitores: senão o motor não giraria, o pistão trancaria no virabrequim, não é mesmo?
Sds. Parabéns pelo post. Esse tópico tá ficando bom!

[Neto1]

Grande teoria! Adorei ler e lembrar de alguns detalhes à muitos anos esquecidos... e alguns que não cheguei a conhecer...
Só para ilustrar:
Em motores aeronáuticos típicos, de configuração boxer 4 cilindros de grande cilindrada e torque e relativamente baixa rotação, existe um arranjo especial de contrapesos de um determinado fabricante para justamente combater esta relativamente pequena vibração de 2a ordem. Este detalhe contrutivo é tão importante que existem operações especiais de localização, substituição de buchas e ajuste desses contrapesos durante a revisão do motor. A falha em fazer o serviço bem feito causa a quebra do virabrequim.
Quanto ao por que do raio do eixo de manivelas ser sempre menor que a viela, respondo a pegadinha pelos colegas leitores: senão o motor não giraria, o pistão trancaria no virabrequim, não é mesmo?
Sds. Parabéns pelo post. Esse tópico tá ficando bom!

Perfeito. A resposta da pegadinha está correto. Achei muito interessante a informação a respeito dos contrapesos para anular a vibração de segunda ordem. Gostaria de saber mais a respeito. Um outro aspecto muito importante em motores aeronáuticos diz respeito ao uso de amortecedores torcionais no virabrequim. Li uma vez que na década de 1930 nos Estados Unidos os projetistas tiveram enormes problemas com este problema durante o desenvolvimento de motores radiais. Nos primeiros motores o virabrequim chegava o torcer até 1 grau, e sem amortecimento acabava rompendo. Para resolver o problema os engenheiros desenvolveram instrumentos que juntava técnicas utilizadas em sismógrafos e filmes de 35mm. Isto ajudou a entender o problema e então foram desenvolvidos diversos tipos de amortecedores torcionais. Vou tentar encontrar o link.

Abraços a todos.
Neto

[BRAVOECONOVEMBER]

Sim, sim, estes motores mais novos também precisam contar com amortecedores viscosos para combater vibração. Parece mesmo que os de 6 cilindros são menos complicados. Mas os de 4 todos tem algum cuidado especial, para evitar quebra do virabrequim, basicamente por fadiga induzida por vibração.
Infelizmente, não posso postar detalhes de manuais de motores, pois seria pirataria. Mas quem se interessar pode perguntar ao google a respeito, algo como "counterweight bushing" relacionado a motores Lycoming e Continental.