ALTERAÇÕE..do PI BOMBA

Metas para o projeto RGE na disciplina Sistemas de Powertrain

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ALTERAÇÕES NA FORMA DE PROPULSÃO DOVEÍCULO ORIGINAL E SUAS CONSEQUÊNCIAS NO

SISTEMA DE TRANSMISSÃO

Bruno Motta (Senai – CIMATEC) – [email protected]

Francisco Magalhães (Senai – CIMATEC) – magalhã[email protected]

João Mercadante (Senai – CIMATEC) – [email protected]

João Sande (Senai – CIMATEC) – [email protected]

Jurandy Costa (Senai – CIMATEC) – [email protected]

Marcelo Magalhães (Senai – CIMATEC) – [email protected]

Naiara Pereira (Senai – CIMATEC) – [email protected]

Pedro Araújo (Senai – CIMATEC) – [email protected]

Renato Acorsi (Senai – CIMATEC) – [email protected]

Resumo

Este artigo descreve as metas esperadas com a implantação do kit de conversão de

veículos com motores a combustão para motores elétricos, bem como a análise do novo

comportamento obtido através da conversão da forma de propulsão em todo o sistema

de transmissão, fazendo alusão com o conteúdo informado na disciplina Sistemas de

Powertrain, ministrada no segundo semestre de 2010.

Palavras-chave: transmissão, torque, potência, powertrain, relação.

1. Introdução

Fazendo jus a toda uma tendência global pela redução da emissão de poluentes – onde

os principais causadores são os veículos convencionais – o projeto Ranger Green

Emission, busca uma solução que vem agregando cada vez mais valor na indústria

automotiva, o sistema de propulsão elétrico ou híbrido. Além destes fatores, uns dos

principais alvos do projeto são o mercado e facilidade de implantação do kit proposto,

por isso baseia-se apenas na remoção do motor a combustão interna (MCI), implantando


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um motor elétrico (ME), mantendo todo o sistema de transmissão original do veículo a

ser convertido intacto. No presente estudo, o veículo utilizado para desenvolvimento do

projeto é um Ford Ranger, equipado com um motor Mazda Duratec 2.3 l a gasolina.

Neste artigo, descrevem-se algumas particularidades do sistema de transmissão do

veículo em questão, bem como as análises que serão feitas e os resultados esperados

com a conversão.

2. Características do Sistema de Powertrain original do veículo

O termo transmissão aqui, inclui todos os sub-sistemas empregados para transmitir a

potência gerada pelo motor ás rodas motrizes. O veículo Ford Ranger utilizado no

projeto apresenta motor e câmbio fabricados pela japonesa Mazda, o câmbio utilizado é

o modelo M5OD-R1, tipo mecânico com cinco velocidades à frente e uma à ré, e

apresenta as seguintes relações descritas pela tabela 1. Este câmbio é acoplado ao motor

através de um sistema de embreagem monodisco a seco com acionamento hidráulico, e

é utilizado tanto pelo motor Mazda Duratec 2.3 l – com características de desempenho

mostrados na tabela 2 e gráfico 1 –, quanto por sua configuração 3.0 l, que, logicamente,

apresenta maior torque que a versão de menor capacidade volumétrica. O veículo

apresenta tração traseira, tipo 4 x 2. Este tipo de câmbio também foi utilizado pelos

veículos Ford Bronco II, Ford Aerostar e Ford Explorer.

1ª 3,717:12ª 2,202:13ª 1,497:14ª 1,000:15ª 0,709:1Ré 3,401:1Relação do diferencial 4,560:1

Tabela 1 – relações de transmissão do câmbio M5OD-R1

Potência máxima (kW) 110,4 @ 5.250 rpmTorque máximo (Nm) 217 @ 3.750 rpm

Velocidade máxima (km/h) 150Consumo médio (km/l) 10,6

Tabela 2 – desempenho apresentado pelo motor Mazda Duratec 2.3 l no Ford Ranger


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Gráfico 1 – curva torque x potência apresentada pelo motor Mazda Duratec 2.3 l no Ford Ranger

3. Das expectativas com a implantação do ME

A disciplina Sistemas de Powetrain servirá como base para boa parte dos estudos do

novo comportamento da transmissão com a conversão do veículo. A expectativa é que

seja utilizado um ME com cerca de 250 – 300 Nm de torque máximo, com rotação de

no máximo 5000 rpm e que apresente uma potência nominal com cerca de ⅓ da

potência máxima do MCI e uma potência de pico cerca com cerda de ½ da potência

máxima do MCI.

A intenção é que o motor original seja removido, para que uma flange de alumínio seja

confeccionada com as dimensões do câmbio. Desta forma, na ponta do eixo do motor

elétrico será adaptada a ponta de um virabrequim idêntico ao do motor original a

combustão. Com isso, o câmbio original mantém-se intacto com a adequação do novo

motor, mantendo o sistema de embreagem / platô / câmbio inalterado. Devido a

presença do câmbio, na mesma maneira que num carro convencional, torna-se possível

uma melhor utilização da curva de torque do motor.

Motores elétricos de velocidade de operação variável, geralmente possuem

características peculiares, as quais serão demonstradas pela Imagem 1. Na região de

baixa rotação (lado esquerdo da faixa de rotação padrão), o motor possui um torque

constante. Na região de alta rotação (lado direito da faixa de rotação padrão), o motor

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

1000 1500 2000 2500 3000 3500 3750 4000 4500 5000 5500 6000 6500

torque (Nm)

potência (kW)


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possui potência constante. Essa característica é geralmente apresentada por uma faixa de

rotação X, definida como a faixa que vai da rotação máxima até a faixa de rotação

padrão. A curva de torque decresce hiperbolicamente com o aumento da velocidade.

Pois na faixa de rotação padrão, o motor requer a mesma tensão que a fonte de energia

fornece, no entanto, depois da faixa de rotação padrão, a diferença de potencial exigida

pelo motor é mantida constante, mas o fluxo fornecido pela fonte de energia é

enfraquecido e decresce apresentando uma curva hiperbólica.

Quando da obtenção dos valores de torque, potência e rotação do ME utilizado, serão

obtidos gráficos que descreverão o novo comportamento da transmissão com o ME.

Serão traçados gráficos como o “dente de serra” – imagem 2 –, torque x potência. Além

disso, será feita uma análise sobre o tipo de material empregado na confecção das

engrenagens do câmbio e diferencial, para saber se resistirão ao novo torque empregado

que pode ser até 70% maior. Como o mesmo câmbio é utilizado também para um motor

de 3.0 l, pode-se esperar uma conversão sem maiores reforços estruturais nas

engrenagens utilizadas.

Imagem 1 – curva torque x potência de um motor elétrico padrão


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Imagem 2 – exemplo de gráfico “dente de serra” para transmissões

4. Conclusão

A disciplina Sistemas de Powertrain tem um importante papel de explanar sobre as

relações de transmissão e todos os seus sub-sistemas. Como o objetivo do projeto é a

conversão de veículos mantendo ao máximo as características originais de transmissão,

todo um estudo dessas relações deve ser re-feito, haja vista, que será substituída sua

principal parte do sistema – o motor –, portanto, no decorrer do ministro da disciplina,

todos os cálculos serão feitos para a obtenção de um fino acerto entre o novo motor e a

transmissão já instalada.

0250500750

10001250150017502000225025002750300032503500375040004250450047505000

rpm

Km/h

Diagrama dente de serra


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Referências:

EHSANI, M; GAO, Y; GAY, S. E; EMADI, A. Modern electric, hybrid electric, and

fuel cell vehicles: fundamentals, theory, and design. Boca Raton, Florida, 2005. p. 21 –

116.

http://www.gurgel800.com.br/adaptacoes/superminieletrico/

http://knol.google.com/k/troca-de-marchas-no-tempo-do-motor#

http://www.vibratesoftware.com/html_help/html/Ford/Ford_Transmissions_Main.htm#

5 Man

http://www.ford.com.br/showroom.asp?veiculo=30

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