Tem um assunto que eu acho fascinante, mas que é muito pouco divulgado: balanceamento de motores. Como se trata de algo complexo, inclusive por uma série de outros detalhes mecânicos, fica sempre mal explicado.

Como é sabido, tenho uma certa queda por motores de 8 cilindros em "V", e desde cedo descobri que, de uma forma muito particular, eles, mais que muitos outros, dependem de um perfeito ritual de balanceamento para se comportarem de forma pertinente. Por conta disso, resolvi tentar entender um pouco desse assunto, para poder decifrar melhor meus tão caros V-8.

Aqui no Brasil sempre tivemos como maioria absoluta motores de 4 cilindros em linha, 4 flat e 6 em linha. Qualquer coisa diferente disso era tido como exótico. Acontece que no assunto proposto, esses 3 tipos de motores são exceções em se tratando de balanceamento.

Um item que deve ser entendido, que apesar de não ter muito a ver com balanceamento em si afeta muito o comportamento de um motor, é a existencia de sobreposição de tempos mecânicos. Um motor de 4 tempos requer que o pistão atinja 2 vezes o ponto morto superior para completar um ciclo. Duas voltas tem 720°. Se cada movimento do pistão, seja ascendente ou descendente tem 180°, se não tivermos pelo menos 5 cilindros não existe sobreposição de tempos. Ou seja, ao terminar o ciclo motor há um intervalo mínimo de tempo em que não existe transferência de trabalho resultante do processo de queima de combustível sendo transferido à árvore de manivelas.

Mas esse detalhe se compensa com um volante motor um pouco mais pesado do que se inicialmente se faria necessário, como um elemento que absorve e depois devolve energia cinética ao sistema, diminuindo a percepção da flutuação da entrega de torque pelo motor.

O motor de 4 cilindros em linha é muito popular no mundo inteiro entre praticamente todos os fabricantes de automóveis por ser o arranjo mais simples de se produzir, que reune ao mesmo tempo um baixo custo de fabricação de todos os seus componentes e um resultado dinâmico razoável e utilizável.

Ele é muito mais barato de se fabricar que um complexo 5-em-linha, e muito melhor dinamicamente que um 3-em-linha. Como os pistões sempre se opõem no 4-em-linha, não temos necessidade de simular massas na árvore de manivelas com propósito de balancear a mesma, fazendo com que ela seja muito simples e barata de ser fabricada.

Como a maioria dos carros já de longa data têm motores transversais, e essa configuração é perfeita para motores de 4 cilindros, pois permite uma eficaz montagem de todo o conjunto mecânico, não temos muito como nos livrar dele.

Mas o 4-em-linha tem um detalhe desagradável: seus pistões sempre chegando nos pontos morto superior e inferior ao mesmo tempo, apresenta uma vibração mecânica que varia de forma quadrática, quanto mais altas as rpm, maior ela fica, não de forma linear, mas exponencial.

Ou seja, a vibração a 2.000 rpm não é o dobro, mas sim o quádruplo da vibração a 1.000 rpm. Em motores pequenos de uso normal e em baixas rotações, é perfeitamente aceitável; em motores mais elaborados, é um transtorno.

Então temos uma solução muito boa para consertar esta situação, sem ter que mexer no motor, aumentar o número de cilindros e deixando todo o resto do projeto intacto.

Essa soluação é usada pela Porsche, pela MWM, pela Mitsubishi, pela Fiat e por inúmeros outros fabricantes como forma de gerar uma vibração simétrica à original do motor, causada pela inércia dos pistões em fim de curso, usando 2 árvores simples, acionadas por engrenagens ou corrente, que girem de forma antagônica, ou seja, um no sentido oposto ao outro e com o dobro da velocidade angular do virabrequim.

O fato da velocidade ser multiplicada por 2 é preso ao fato de que a força livre das inércias de fim de curso dos pistões aumenta de forma quadrática, logo rodando com o dobro da velocidade seu resultado será também uma curva quadrática e não uma reta.

Este par de árvores elimina o problema da vibração completamente. Não há resultante perceptível e o motor fica realmente liso sem que o motorista perceba qualquer vibração oriunda do motor. Exemplos práticos em nosso cotidiano são abundantes, como os motores MWM 229-4 das F-1000 dos anos 80, os Fiats Coupé, Tipo e Tempra SW 2.0 16V, vários motores Mitsubishi automotivos, e por aí vamos. Uma solução mecânica razoavelmente complexa, mas que mantém o motor definitivamente fiel à sua concepção original, mantendo todas as vantagens iniciais de baixo custo de fabricação e facilidade de manutenção intactos, mas sem vibração.

Indiscutivelmente uma solução brilhante.

março 26, 2009

Alguns fabricantes são conhecidos por adotar soluções técnicas inusitadas. Geralmente essas soluções apresentam um bom resultado e acabam por se tornar características marcantes de determinados modelos.

Exemplos não faltam: a Chevrolet adota molas transversais na suspensão do Corvette desde 1963, uma solução que chega a parecer rudimentar aos “meio iniciados”, mas que une simplicidade e ótimo funcionamento. O motor do Corvette também é um ótimo exemplo de teimosia da GM, mas prefiro que o AG ou o MAO falem a respeito dele.

Outro exemplo clássico é o da BMW: em um mundo infestado de motores V6, a BMW foi uma das poucas que insistiu na manutenção da arquitetura do motor seis cilindros em linha. Trata-se de uma tradição do fabricante bávaro que já tem mais de 70 anos, cuja maior qualidade é o funcionamento suave e equilibrado, dispensando artifícios para obter um balanceamento correto.

Entretanto, um dos casos mais conhecidos de teimosia é o da Porsche, que insiste em manter a configuração original do Volkswagen da década de 30 em seu modelo mais conhecido, o 911. Os críticos condenam essa disposição desde 1963, mas nada que eles dizem é capaz de abalar o carisma do modelo.

A teimosia pendurada de Stuttgart

Porsche sempre foi sinônimo de motor boxer refrigerado a ar. Pendurado atrás do eixo traseiro ou não, esta configuração fez parte do DNA da Porsche por mais de 40 anos. Os puristas ficaram de cabelo em pé com as inúmeras tentativas do fabricante alemão de abandonar este esquema e o resultado não poderia ter sido outro: foram todas em vão.

De fato, os Porsches 924, 944 e 968 nunca tiveram suas qualidades reconhecidas pelo grande público, sendo amirados apenas por um seleto grupo de entusiastas. Estes nunca se importaram em ter Porsches com motores de quatro cilindros em linha refrigerados a água.

O Porsche 928 foi outra tentativa da Porsche seguir novos rumos, mas também não convenceu a legião de admiradores do 911, que faziam questão do boxer de seis cilindros refrigerado a ar.

Performance x espaço interno

O lado cômico dessa história reside no fato do principal produto da Porsche precisar atender uma necessidade de um carro popular da década de 30 (o Volkswagen), cujas soluções técnicas foram abandonadas há muito tempo. O Volkswagen nasceu com motor traseiro por razões óbvias: tratava-se de um carro popular, sem nenhum pretensão esportiva. Seu compromisso principal era o de transportar 4 adultos e sua bagagem, nada mais do que isso.

Quando Ferry Porsche apresentou o primeiro protótipo do Porsche 356 em 1948, o motor não estava mais na parte posterior, mas sim entre os eixos. A solução foi bem simples, bastou inverter a posição de todo o trem de força e estava criado um carro de comportamento dinâmico jamais visto.

Mas como disse uma vez meu amigo Marco Molazzano, "É prerrogativa das pessoas inteligentes mudar de opinião". O filho de Ferdinand concluiu que o motor central comprometeria o espaço interno e não viu outra solução a não ser voltar o motor à posição original do velho Fusca.

A idéia do motor central ficou restrita aos Porsche de competição, no caso os modelos 550 e 718. Quando o 911 ainda era um rascunho, Ferry Porsche voltou a considerar a hipótese do motor central, mas novamente a questão do espaço interno falou mais alto: o 911 veio ao mundo com o mesma configuração de motor pendurado do “pai” 356 e do “avô” Fusca.

A diferença é que no lugar de dois adultos o 911 poderia carregar apenas duas crianças de uma jovem família ou uma bolsa de tacos de golfe de um jovem solteiro. Com certeza foi uma idéia inteligente, que fazia do 911 um esportivo prático e eclético, perfeitamente adequado às necessidades do mercado.

O motor central só apareceu em um Porsche de rua no final dos anos 60, com o advento do Porsche 914, na verdade um "VW-Porsche". Não tinha um desempenho expressivo com o motor VW de 4 cilindros, mas atraiu a atenção de todos quando utilizava o mesmo motor boxer de 6 cilindros do 911, dando uma idéia do que seria o Porsche Boxster, quase 30 anos depois. Tratava-se motor ideal, na posição ideal.

O protecionismo Porsche a favor do 911

O fato é que o 911 é o "filho favorito" de Stuttgart e essa condição tende a permanecer por tempo indefinido. Pouco importa se a posição do motor compromete o comportamento dinâmico do carro, o fato é que os irmãos mais novos Boxster e Cayman jamais poderão contar com motores tão fortes quanto o do 911, justamente para não ofuscar seu brilho.

A política da Porsche é clara: o Boxster é o modelo de entrada, apresentando um motor de 3,2 litros e 276 cv, enquanto o caçula Cayman fica na coluna do meio com um motor de 3,4 litros e 291 cv. O “queridinho” 911 ganha o motor mais forte, de 3,6 litros e 321 cv, sendo também o mais caro dos três.

Muito além de qualquer justificativa técnica, o motor pendurado do 911 sobreviverá ainda por muito tempo, seja pela alta capacidade de tração que proporciona ou por ser uma característica marcante do modelo. Ou talvez por pura e simples teimosia, graças ao carisma e fascínio que o modelo exerce há mais de 40 anos.

março 26, 2009

Nessa semana estou falando muito de carros que não me causam tanto entusiasmo no sentido mais apaixonado da palavra. Falei sobre isso com o Bob e concordamos que aqui falamos de um entusiasmo geral por tudo que tem quatro rodas e seja considerado um carro.

Tive que fazer essa breve introdução para poder falar do Logan.

Confesso que quando o ví pela primeira vez logo fiz uma conexão direta com o Renault 12 (ou o nosso Corcel 1), que também foi um sucesso na Romênia nos anos 70 e 80 fabricado lá pela Dacia (que é da Renault) e vendido como Dacia 1300/1310. Para os romenos o Logan é uma evolução grandiosa no estilo mas mantem uma certa conexão com o passado.

O Logan nasceu como carro de entrada da Renault para os países em emergentes, em especial para o Leste europeu, onde o gosto do pessoal é meio estranho. Basta ver os Ladas, Tatras, Skodas e os próprios Dacias que não evoluíram no tempo deveido ao regime comunista.

Bem, o fato é que feio, quadrado e antiquado o Logan veio parar no Brasil, e também para vários outros países emergentes, como parte importantíssima na expansão da Renault fora da Europa Ocidental. Logo após o seu lançamento tive a oportunidade de dar uma pequena volta num Logan e em seguida num Prisma. Enquanto o Prisma é apertado em todas as dimensões, e para mim chega a ser claustrofóbico, o Logan proporciona um espaço digno de carro médio. Isso fica gritante quando se sai diretamente de um para entrar o outro.

Na breve volta achei o conjunto todo do Logan muito superior ao do Prisma. Mas ainda ficava a questão sobre quem iria comprar um carro tão feio. Graças a Deus ainda existem pessoas muito racionais e que não estão nem aí para o status. São os pais de família que suam a camisa para ganhar o salário, que pensam no conforto de seus familiares e não têm tempo para futilidades.

Sem entrar numa avaliação mais detalhada sobre comportamento dinâmico, motor, transmissão etc. (deixo isso para o Bob), mas considerando que o Logan tem um bom comportamento, uma excelente qualidade de construção (mesmo apesar dos materiais baratos) e um projeto moderno, acho o conjunto e a estratégia da Renault bem acertados. Um carro bem-feito, funcional, sem frescuras, com muito espaço para a família, garantia de 3 anos a um preço justo. Com tudo isso, e o carro ficando mais familiar à medida que se espalha pelas ruas, o desenho antiquado já não me incomoda mais.

Pausa: para mim qualquer carro que custe mais que 30 mil reais é absurdamente caro e quando me refiro a preço justo digo isso em comparação com o mercado.

No ano passado foram vendidos aproximadamente 37.000 Logans contra perto de 51.000 Prismas, 95.000 Sienas e 132.000 Corsas. Isso mostra que o Logan ainda tem muita margem para crescimento. Seu irmão mais novo, o Sandero, já nasceu mais descolado e vendeu ao redor de 40.000 unidades em 2008; é outro que está num bom caminho. Imagino que um tapinha no Logan, o deixando mais parecido com o Sandero seria muito bem-vindo e ampliaria a quantidade de clientes potenciais.

Aproveitando a onda, acho que a Renault deveria completar a familia Logan no Brasil o quanto antes. Ainda faltam o Logan MCV, O Logan picape e o Logan van.

O MCV é um misto de perua com minivan/monovolume. É o que chamam de tall wagon, ou perua alta. Tem um entre-eixos ultralongo, 2.905 mm (o do Logan tem 2.630 mm e do Sandero 2.588 mm), que proporciona um espaço interno que pode acomodar até 7 passageiros.

Esse entre-eixos longo talvez seja o entrave para a fabricação da MCV aqui pois torna o carro bem diferente do Logan, necessitando mais investimentos em ferramental e na linha de montagem. Também imagino que atravessar as valetas em diagonal nas ruas de São Paulo e muitas outras cidades deve ser uma tarefa ingrata e castigante para a perua.

Talvez uma versão de 5 passageiros no mesmo entre-eixos do Logan, para reduzir o custo de fabicação, e uma "sanderizada" no acabamento fosse mais apropriado para o nosso mercado. E ainda existe a possibilidade de uma versão Stepway. Acho que seria possível a Renault vender mais umas 40.000 unidades dessa perua. Em 2008 a Weekend vendeu por volta de 30.000 unidades, a SpaceFox 22.000 e a Parati, mais 18.000. E na minha percepção a perua Logan seria melhor que todas essas outras. A MCV ficaria no meio, entre as peruas e os monovolumes, como o SpaceFox.

Seria um movimento natural para Renault completar a Linha Logan no Brasil.

março 25, 2009

No final dos anos 50 e início dos 60, Estados Unidos e União Soviética viveram uma crise política pelo acirramento da Guerra Fria.

Ambos os países precisavam desenvolver foguetes lançadores, aprimorar a tecnologia aeroespacial, compactar e aumentar o poder destruidor de suas bombas atômicas, mas isto só seria possível investindo em equipamento militar ofensivo.

A corrida armamentista, mais cedo ou mais tarde, desembocaria numa guerra nuclear total, e isto quase aconteceu durante a crise dos mísseis cubanos. A corrida era vista por ambos os lados como essencial, mas a guerra deveria ser evitada a todo custo.

A corrida espacial foi uma forma de desviar o foco diplomático e da opinião pública de uma possível guerra, mas mantendo importantes pesquisas no espaço.

No começo, ela foi marcada por números. Quem foi o primeiro, quem foi o que voou mais alto, quem ficou mais tempo, e assim por diante.

Com o desgaste deste tipo de corrida, o presidente Kennedy estabelece em seu discurso de posse uma nova linha de chegada: a Lua. Agora, qualquer novo avanço anunciado não era apenas um marco em si, mas um degrau para chegar mais perto de colocar os pés no nosso satélite.

No começo, ninguém sabia muito bem como chegar à Lua, nem o que fazer por lá. Várias comissões foram formadas, cada uma focando um aspecto de uma missão lunar completa. Algumas destas comissões eram responsáveis por dizer o que os astronautas fariam na superfície lunar. Não demorou muito para concluírem que veículos automotores deveriam fazer parte da missão.

Durante as especulações, antes e durante o início do projeto Apollo, vários fornecedores como Boeing, General Dynamics, Grumman e General Electric ofereceram modelos dos chamados “Molabs” (“Mobile Laboratories”). Os Molabs eram veículos grandes, equipados com uma cápsula para abrigar os astronautas durante semanas.

Embora até alguns protótipos tenham sido construídos, logo os Molabs foram abandonados. Como eram veículos grandes e pesados, uma missão para a Lua necessitaria que os equipamentos fossem levados ao espaço por múltiplos lançamentos. A reunião ou não em órbita terrestre de todo esse material ou seu envio em separado para o ponto de encontro em solo lunar representava todo um leque de operações e de perigos a serem enfrentados e resolvidos.

Numa corrida como a espacial não havia tempo para isto, e logo o modelo de missão Apollo foi definida como sendo de vôo direto, através de um lançamento único. E não haveria espaço para um grande Molab na missão.

Havia outra questão a ser enfrentada. Ninguém sabia como era o solo lunar. Ninguém sabia se o solo era firme ou plástico ao ponto de tragar um módulo com os astronautas dentro. Era preciso especificar quais as propriedades do solo para que um veículo de superfície apropriado fosse projetado.

Os russos foram os primeiros a descer com sucesso uma cápsula automatizada. Tal objetivo foi alcançado com a missão Luna-9, mas os americanos seguiam de perto. Logo as missões Surveyor repetiram o feito soviético com sondas mais pesadas e melhor equipadas, incluindo um braço robô e um pequeno laboratório para testes do solo.

Graças às sondas Luna e Surveyor, ambos os lados descobriram que o solo era feito principalmente de um pó muito fino, com a consistência de um talco, chamado de regolito. Através das sondas era possível saber que o solo de regolito era seguro o bastante para o módulo de descida pousar, astronautas caminharem e veículos apropriados rodarem sobre ele.

As missões Apollo 11, 12 e 14 foram realizadas com a exploração a pé pelos astronautas, limitando a área de exploração à vizinhança próxima do ponto de descida. A acidentada Apollo 13 não pôde completar a missão.

Os russos foram os primeiros a colocar um veículo sobre rodas em solo lunar. Tratava-se do Lunokhod I, que desceu junto com a sonda Luna 17.

Era um veículo de 8 rodas, com um motor elétrico de propulsão montado no cubo de cada uma delas, equipado com 4 câmeras de TV, um espelho para medida precisa da distância da Terra à Lua (refletindo um feixe laser vindo da Terra), e diversos instrumentos para medida das propriedades físicas e químicas do solo. Este veículo operou por 322 dias terrestres e percorreu 10,3 km, tirando milhares de imagens e medidas.

Em 1973 haveria a missão do Lunokhod II, igualmente bem sucedida, e em 1986 a equipe que projetou este explorador foi reunida às pressas para que projetassem um robô para trabalhar na acidentada usina de Chernobyl.

O primeiro jipe lunar foi usado em julho de 1971, na missão Apollo 15. Era um veículo de 210 kg, totalmente elétrico, alimentado por baterias não recarregáveis, e capaz de desenvolver a velocidade de 8 km/h. Seus “pneus” eram de espuma de alumínio (tecnologia usada também nas sapatas de alunissagem do módulo de descida), e o cubo de cada roda era equipada com um motor elétrico de tração.
Os jipes lunares percorreram até 35 km em cada missão, e permitiram afastamentos de até 7,5 km do módulo de descida, ampliando muito a área de exploração. Muitas das descobertas destas três missões não teriam sido possíveis sem o uso do jipe lunar.

Passados 24 anos do último passeio na Lua, em 1996 desce em Marte a nave Pathfinder, levando a bordo um pequeno robô explorador chamado Sojourner.

A exploração de Marte oferece um novo nível de desafio para este tipo de explorador. A distância entre a Terra e a Lua é suficiente para um sinal de rádio demorar pouco mais de um segundo. Quando os Lunokhod eram comandados, entre eles captarem nos seus sensores alguma situação crítica, o sinal viajar para a Terra, ser percebida, receber um comando de compensação, o sinal retornar e o robô obedecer, havia um atraso de pouco mais de 2 segundos na melhor das hipóteses. Andando devagar, não havia risco de comandar os Lunokhod diretamente da Terra.

Em Marte a situação é muito diferente. A distância entre a Terra e Marte faz um sinal de rádio viajar vários minutos entre eles. Se o Sojourner subisse em uma rocha, e esta deslizasse, os técnicos só saberiam disso minutos depois, e qualquer comando vindo da Terra demoraria outro tanto, quando talvez o robô já estivesse definitivamente perdido.

Assim, para que a missão do Sojourner não corresse riscos, ele recebeu um computador com inteligência artificial, capaz de autonomia parcial de decisão de movimentos, com a habilidade de interpretar situações e se defender adequadamente do ambiente hostil.

O objetivo do robô Sojourner era a análise físico-química das rochas próximas à Pathfinder, buscando provas de que o planeta já fora um dia coberto por oceanos de água. É um passo importante para a busca de vida em Marte.

O êxito da missão Pathfinder levou ao passo seguinte, maior e mais ambicioso. Em janeiro de 2004, desceram dois robôs, o Spirit e o Opportunity. Versões em maior escala do Sojourner, são bem mais pesados e instrumentados.

Foram projetados para uma missão original de 90 dias, mas se encontram operando razoavelmente bem, mais de cinco anos depois do começo da missão, mesmo sofrendo algumas panes. Isso demonstra a qualidade de projeto e de operação destes equipamentos.

O futuro destes veículos já se insinua na cabeça dos projetistas. O governo Bush já acenara a intenção de levar novamente o homem para a Lua, e junto já renascem os projetos de Molabs. Há protótipos de Molabs já sendo experimentados pela Nasa no deserto do Arizona. Os novos Molabs estão recebendo versões melhoradas dos softwares dos robôs marcianos, de forma a serem mais autônomos tanto do comando na Terra como dos próprios astronautas.

Toda uma nova geração de robôs exploradores está sendo preparada para as futuras missões para Marte.

Esta é uma história que está só no começo.

março 25, 2009