• Coletores de Escape Dimensionados: Por que funcionam?

    Como os coletores de escapamento dimensionados melhoram o desempenho dos motores?

    Os coletores de escapamento dimensionados são um dos acessórios que se montam no motor que você pode usar para melhorar o desempenho dele. O objetivo desses coletores é facilitar ao motor a expulsão dos gases de escapamento para fora dos cilindros.

    Quando você olha para um ciclo de quatro tempos (Como funcionam os motores dos carros) pode ver que o motor produz toda a sua potência durante o curso de combustão. A gasolina ou o álcool no cilindro é queimado e expandido durante esse movimento, gerando potência. Os outros três cursos que o motor faz são males necessários para tornar possível o curso de combustão, que é que produz a potência. Como estes cursos consomem potência, eles são um peso-morto para o motor.

    Durante o curso de escapamento, o motor pode perder a potência através da contrapressão. A válvula de escape se abre no início do curso de escapamento e, em seguida, o pistão empurra os gases queimados para fora do cilindro. Se houver resistência contra a qual o pistão deva fazer força para os gases queimados saírem, haverá desperdício de potência. Usar duas válvulas de escapamento em vez de uma melhora o fluxo e torna maior a área de passagem dos gases de escapamento.

    Em um motor normal, os gases queimados saem do cilindro e chegam ao coletor de escapamento. Em um motor de 4 ou 8 cilindros, há quatro cilindros usando o mesmo coletor. A partir daí, os gases queimados fluem para dentro de uma tubulação em direção ao catalisador e ao silenciador. Percebe-se que a tubulação pode ser uma importante fonte de contrapressão, pois os gases de escapamento de um cilindro acumulam pressão no coletor, o que, por sua vez, acaba afetando o próximo cilindro que usa o coletor.

    O conceito do coletor de escapamento dimensionado é eliminar a contrapressão do coletor que vem de fábrica. Em vez de um coletor comum que todos os cilindros compartilham, cada cilindro tem seu próprio tubo de escapamento. Estes tubos unem-se em um tubo maior chamado tubo primário. Os tubos individuais de um coletor dimensionado são cortados e curvados para que tenham todos o mesmo comprimento. Com isso, garante-se que os gases de escapamento de cada cilindro cheguem ao tubo primário com o mesmo intervalo, para que não haja a contrapressão gerada pelos cilindros que compartilham um mesmo coletor.

    fonte: wikipedia
    Comentários 10 Comentários
    1. Avatar de Capitain_Jack
      Capitain_Jack -
      Muito interessante a matéria!

      Tenho 1 Civic 95 com 1 D16Z6 stock e estou pensando em duplicar a saída no final do cano primário. Diga-me se teria algum efeito final, teria que refazer o calculo para o tamanho do priário? Penso em colocar 2 saídas únicas e quadradas...
    1. Avatar de Mitsuru
      Mitsuru -
      Interessante!
      Será o meu primeiro passo!
    1. Avatar de velozter
      velozter -
      Opa, tem uns 4 meses que instalei no meu D16y7, ficou muito bom.

      Instalação:
      Como tenho mania de instalar os acessórios no meu carro, queria colocar o coletor também. Mas, depois de refletir bem fui a uma conceituada loja de escapamentos. Foi a melhor opção. Demorou umas 2 horas, um pouco mais para instalar. Apesar do coletor ser "plug and play", não foi bem assim. Como troquei somente o coletor (coloquei de inox) e mantive o restante do escape, foi necessário confeccionar um "extensor" de uns 5 cm para conectar o coletor no restante do escapamento.

      Desempenho:
      Como o Civic 2000 possui o catalisador no coletor, ao substituir a peça lá se foi o cataliador. Com isso a restrição dos gases fica menor, rendendo maior potência. Dizem que o aumento é de 10% a 16% na potência do motor, dependendo da preparação. Acho difícil mensurar, mas senti uma boa diferença no desempenho, sem alterar o consumo.
    1. Avatar de fritz.geissler
      qual é a loja para que eu possa comprar este coletor tb?
    1. Avatar de Sandro Arthur
      Sandro Arthur -
      Bom dia pessoal,
      Qualoficina vcs indicam para instalar um escapamento customizado ?
      abs
    1. Avatar de Maniche
      Maniche -
      Só complementando o belissimo tópico feito pelo Rafiusk, vou adicionar algumas informações, desta vez originalmente traduzidas por um conhecido de BH, Dupin:

      Fuçando na net outro dia, achei uma explicação muito boa sobre teoria de coletores de escape. Dá pra achar bastante coisa na internet, mas esse aqui é um apanhado das principais informações, bem organizado e fácil de entender. Resolvi compartilhar aqui pra moçada que gosta de preparação entender melhor sobre coletores de escape. Have fun!
      (retirado de http://www.team-integra.net/sections...p?ArticleID=50)

      EDIT: Seguindo a idéia do Edu, eu fiz a tradução do post original e coloquei aqui, retirando o texto em inglês.


      Traduzido(às vezes ao pé da letra... às vezes nem tanto... yeah )
      Deu mais trabalho do que eu pensava, pq resolvi acrescentar umas coisas, mas acho q valeu a pena.
      ================================================== ==========================================


      Uma pergunta que aparece muito nos fóruns de Honda é: eu devo comprar um coletor 4-2-1 (tri-Y) ou eu devo pegar um 4-1?

      Você pode querer entender algumas noções básicas sobre projeto de coletores antes de tomar a sua decisão de comprar um, de forma que sua decisão seja bem embasada. Você tem que lembrar que o troço chama SISTEMA de escape (exaustão). Comprar um coletor sem considerar como ele vai responder considerando o catalisador e o restante do escape pode ser um erro do qual vc vai se arrepender no futuro se o coletor se mostrar incompatível com as outras peças do sistema. Eles trabalham em conjunto para se conseguir a maior velocidade de fluxo de escape possível.

      Nessa seção, eu vou tentar mostrar vários aspectos do projeto de coletores e como essas características de projeto afetam a potência do seu carro.



      ------------------------------------------------

      PROJETO DO COLETOR

      O que vc mais escuta por aí é que o 4-2-1 proporciona mais potência em médias rotações ao custo de sacrificar o pico de potência e que o 4-1 fornece um pico maior ao custo de menor potência em médias rotações.

      Isso é sempre verdade?

      Não hoje em dia, quando temos longos 4-2-1 híbridos que combinam o comprimento extra de um 4-1 tradicional e o layout de um 4-2-1 (ou tri-Y como são chamados às vezes) em apenas um coletor.

      Porque isso é novo e diferente?:

      O diâmetro e o comprimento dos tubos primários, dos tubos secundárioss e do trecho final afetam ONDE a potência é alocada ao longo da faixa de giro.

      Para entender como o projeto do coletor afeta a potência e a localização da faixa de potência, vc primeiro deve entender qual é o formato da curva de torque REAL em relação ao formato da curva de torque IDEAL que representa a situação de enchimento máximo dos cilindros, como mostrado no gráfico abaixo:

      Explicação do gráfico acima:


      A velocidade do fluxo dos gases de escape (ou velocidade do fluxo) determina onde o pico de torque ocorre ao longo da faixa de rotação. Uma regra geral seria dizer que, quando a velocidade do fluxo de exaustão atinge um valor médio de 240 a 260pés/seg, o pico de torque é alcançado.

      O pico de torque também indica quando o seu motor atingiu sua máxima eficiência volumétrica (ou máxima capacidade de enchimento do cilindro). Se você controlar o quão rápido vc pode chegar a um valor médio de velocidade de fluxo de 240 a 260pés/seg, procurando por determinadas características ou projetos de coletor e escapamento, vc irá controlar ONDE o pico de torque ocorre.

      Perceba que, mesmo que você consiga um enchimento otimizado do cilindro para alcançar uma capacidade volumétrica otimizada, outros fatores (tal como o quanto de gás de exaustão vc consegue remover do cilindro após a combustão) afetam o torque máximo real que você pode tirar do seu sistema motor.



      ------------------------------------------------

      OBJETIVOS DE TODO O SISTEMA DE EXAUSTÃO

      Os dois objetivos de um sistema coletor-catalisador-escape são:

      a) eficientemente remover o máximo possível de gases inertes de exaustão pra fora do cilindro.

      Lembre-se que o gás queimado da exaustão é inerte, ou seja, não queima de novo e, então, não ajuda a fornecer potência se ficar contido no cilindro. Ele ocupa espaço no cilindro e atrapalha a mistura ar-combustível que está entrando na câmara para fornecer potência.

      b) manter a velocidade dos gases de escape muito alta.

      Quando altas velocidades do gás são alcançadas, uma onda é criada pelo pulso de exaustão que está deixando o o cabeçote. Atrás dessa onda é criado vácuo (nota do tradutor: não é vácuo, é uma zona de baixa pressão). Esse "vácuo" puxa mais mistura pra dentro da câmara quando ocorre o overlap do(s) comando(s) de válvulas, ou seja, quando as válvulas de admissão estão começando a abrir e as válvulas de escape estão quase se fechando. Uma vez que ambas as válvulas de admissão e escape estão parcialmente abertas durante esse tempo de overlap, o coletor de escape está "conectado" ao coletor de admissão e aos dutos de admissão do cabeçote por um curto período de tempo. O gás que está deixando o cilindro ajuda a puxar pra dentro mais mistura da admissão. Isso é chamado de "scavenging" (difícil de traduzir essa... seria a "lavagem" ou "limpeza" do cilindro). E essa lavagem é o que ajuda a trazer mais oxigênio e combustível para a combustão.

      Mais mistura entrando com menos gás inerte queimado ocupando a câmara de combustão proporcionam mais potência.



      ----------------------------------

      CINCO FATORES DE PROJETO QUE AFETAM ONDE O PICO DE TORQUE ACONTECE


      Há vários aspectos relacionados aos tubos do coletor e do escape que afetam o momento no qual a velocidade média de exaustão de 240pés/seg é alcançada:


      1. Diâmetro (ou área da seção transversal do tubo) :


      Diâmetros maiores deslocam o picam de torque para uma rotação mais alta em comparação com diâmetros menores.

      Quanto maior o diâmetro, maior a área da seção transversal. O fluxo de gases de escape deve preencher essa área extra e, então, o fluxo é mais lento. Isso demanda que o giro suba para rotações mais altas para que se consiga a velocidade de 240pés/seg (e, então, o pico de torque). Então, aumentando o diâmetro desloca o momento em que os 240pés/seg e o pico de torque são alcançados para uma rotação mais alta, porque leva mais tempo para que a velocidade do fluxo atinja os 240pés/seg.

      Além disso, um diâmetro maior irá aumentar o valor do pico de torque, ou seja, o diâmetro não só muda o local do pico como também aumenta o valor do pico de torque. (nota do tradutor: isso não é 100% verdade, pois há um limite para que o diâmetro forneça mais torque, um valor ideal. Se vc simplesmente colocar um escape de 4" no seu carro, não só não vai ganhar nada, como vai perder toneladas de torque).

      Você também pode variar o diâmetro dos tubos ao longo do comprimento do coletor. Isso é chamado de coletor em "degraus". Um coletor em degrau apresenta aumento do diâmetro dos tubos à medida que se distancia do motor, no sentido do final do escape. Um coletor em degrau também irá impedir que o fluxo de escape volte pra dentro do motor (chamado de reversão). Então, coletores em degrau têm características anti-reversão bem como uma faixa de potência mais abrangente.


      Figura 1: aqui está uma foto mostrando o aumento do diâmetro em degraus em um coletor Toda, no qual os diâmetro começam em 45mm perto do flange e gradualmente aumentam para 50mm nos secundários e 60mm logo antes do trecho final. Muitos dos bons coletores "aftermarket" (peças não originais, de preparação) utilizam a construção em degrau.


      Algumas pessoas fazem um trabalho para aumentar o diâmetro dos furos do flange dos coletores JDM ITR ou DC JDM 4-1 para se conseguir esse efeito de degrau mais cedo. Algumas pessoas também trabalham o diâmetro dos furos do flange do coletor JDM ITR 4-1. Aqui, uma indicação de quanto abrir o diâmetro dos furos do flange do JDM ITR:

      quote:
      do Dave Stadulis da SMSP

      você não quer ter o diâmetro dos dutos de escape do cabeçote exatamente coincidentes
      com os diâmetros do coletor de escape... eu tenho sido orientado a abrir o diâmetro do
      coletor em aproximadamente 1mm e não ultrapassar a medida de 1,5mm. Isso proporciona
      um efeito anti-reversão ao coletor. O mesmo vale para os degraus em cada tubo do coletor.



      2.Comprimento:


      Tubos mais longos irão criar mais torque nas rotações abaixo do pico de torque.

      Como eles fazem isso?

      Tubos mais longos irão acelerar o fluxo de gases. A velocidade de fluxo de 240pés/seg e o pico de torque irão ocorrer em uma rotação mais baixa comparada à dos tubos mais curtos. Mudando o comprimento dos tubos primários não aumenta o pico de torque como o diâmetro faz. Ao invés disso, o comprimento muda o comportamento do torque em torno do pico de torque em toda a faixa de rotação.

      Imagine a curva de torque como uma gangorra: na gangorra, há um ponto de apoio que permite que que os lados subam e desçam e esse ponto geralmente fica no meio da gangorra. Na nossa curva de torque, imagine que o pico de torque é o ponto de apoio da gangorra e que ele não necessariamente tem q estar no meio da curva... ele pode ser movido. A mudança do comprimento dos tubos inclina a curva, fazendo-a girar em torno do ponto de apoio (pico de troque).

      Se você tiver tubos primários longos, a curva de torque vai inclinar de forma que o lado esquerdo fique mais alto que o lado direito. Você ganha mais torque antes do pico e perde torque depois do pico.

      Se você encurtar o comprimento dos tubos primários, a curva vai gangorrar de modo a levantar o lado direito. Então, vc terá mais torque em rotações mais altas, depois do pico de torque.


      3. Uniões entre os tubos (diâmetro, comprimento, ângulo e forma):

      Em termos da forma do coletor, as uniões entre os tubos são as partes do coletor nas quais os tubos se encontram.

      Então, em um coletor 4-2-1 os quatro tubos primários são primeiro unidos dois a dois em duas uniões e, depois destas, os dois tubos resultantes são unidos novamente formando apenas uma saída final.

      Em um 4-1, todos os quatro primários se encontram em apenas um ponto e são unidos em um único tubo final.

      Em alguns casos, as uniões são em formato de caixa, onde dois tubos são empilhados diretamente sobre os outros dois. Em outros casos, as uniões têm os dois tubos superiores deslocados dos dois tubos inferiores. Isso é chamado coletor "tri-Y" (pois existem três uniões em formato de Y). As uniões tipo caixa resultam em menos espaço entre o coletor e o chão em comparação aos "tri-Y".

      Coletor Hytech Tri-Y


      Coletor Hytech em caixa


      As uniões juntam os tubos e ordenam os quatro pulsos de exaustão que estão saindo dos primários.

      Uniões curtas, com diâmetro maior, fornecem mais pico de potência.

      Uniões mais longas, com menor diâmetro, geram mais potência em médias rotações.

      O ângulo das uniões não deve ser muito agudo, a fim de se manter energia e velocidade altas dos pulsos provenientes dos tubos.

      Então, o diâmetro da união afeta o volume do fluxo, ou seja, a quantidade de gás de exaustão que pode ser removida e quanto de pico de potência pode ser atingido. Quanto maior o diâmetro da união, mais alto será o pico de potência que você poderá obter. É por isso que os melhore coletores têm uniões finais de 2,5" ao invés de uniões de 2" usadas em alguns coletores "aftermarket" feitos para se adequarem ao diâmetro de 2" dos catalisadores.
      (nota do tradutor: mais uma vez, isso depende. Se vc colocar um coletor com união final de 2,5" e um escape de 2,5" direto até o fim em um carro que não tenha uma potência que exija esse tamanho todo, vc irá perder torque ao longo de toda a faixa de potência. Pode até ganhar uns cavalinhos em alta, mas provavelmente não irá compensar a perda de torque no resto da faixa. Cada caso é um caso.)


      4. Como é feito o pareamento dos tubos primários -> Sequencial vs Não-sequencial:
      (nota do tradutor: esse pedaço eu mesmo reescrevi, pq achei q a explicação original estava meio confusa e aproveitei pra acrescentar algumas coisas)

      Nos coletores 4-2-1, os quatro tubos primários são unidos dois a dois e isso é chamado de pareamento. Se verificarmos as possibilidades, podemos ver que só temos três opções de pareamento dos tubos primários (usando a numerção equivalente à dos cilindros do motor):

      - 1+2 / 3+4


      - 1+3 / 2+4:


      - 1+4 / 2+3


      Agora, vamos pensar em como os gases de escapamento saem do motor. Em um ciclo completo do motor, cada um dos quatro cilindros envia um pulso de gás de exaustão pra fora e a sequência com que isso acontece depende da ordem de ignição dos cilindros. Supunhetemos que a ordem de ignição seja 1-3-4-2. Dessa forma, o motor funcionaria conforme a figura abaixo, sendo A=admissão, C=compressão, E=explosão e D=descarga.



      O pareamento é considerado sequencial quando ele conecta os tubos de forma cada um dos secundários (o "2" do 4-2-1) recebe pulsos sequenciais de escape vindo dos primários. Isso acontece quando vc faz o pareamento unindo tubos primários que recebem dois pulsos de escape repetidamente. Isso faz com que o secundário que recebe os pulsos desses dois primários, receba 2 pulsos sequenciais e depois fique 2 tempos sem receber pulso nenhum.

      O pareamento é não-sequencial quando so secundários recebem pulsos alternados de escape, hora um, hora o outro.

      Ok, um pouco confuso... então veja as figuras abaixo:

      Nesse exemplo, o pareamento é o 1+4 / 2+3. Agora os secundários sempre recebem pulsos alternados de descarga (não-sequenciais):



      Nesse exemplo, é usado o pareamento 1+2 / 3+4. Notem como os secundários recebem pulsos sequenciais de escape:


      Agora, um detalhe importante... podemos perceber que o terceiro tipo possível de pareamento (1+3 / 2+4) também é sequencial:


      Então, no fim das contas coletores só temos dois tipos de coletores 4-2-1:
      1+2 / 3+4 e 1+3 / 2+4 - Ambos são sequenciais.
      1+4 / 2+3 - Não sequenciais


      Há divergências quando se discute qual é a melhor configuração para os coletores (sequencial ou não-sequencial). O pessoal fala que o não-sequencial funciona de forma mais suave pois não há risco dos pulsos "se encavalarem" dentro do mesmo secundário e prejudicarem o fluxo de saída dos gases de escape.

      Contudo, o pareamento sequencial apresenta melhor vantagem quanto ao enchimento dos cilindros devido ao efeito de "scavenging" explicado anteriormente. O pareamento sequencial une os tubos de forma que, duas vezes por ciclo completo, a descarga de um cilindro ajuda diretamente na admissão do seu par. A figura a seguir mostra um exemplo desse efeito para o pareamento 1+2 / 3+4. Nos momentos II e IV, a descarga de um cilindro cria uma região de baixa pressão na saída do cilindro que está em admissão, favorecendo o enchimento deste cilindro.


      Contudo, para que esse efeito benéfico seja eficiente, os primários e secundários dos coletores sequenciais têm que ser cuidadosamente calculados e resultam em comprimentos mais longos, tornando o projeto e a fabricação mais caros. Por isso, a maioria dos coletores 4-2-1 vendidos no mercado são não-sequenciais, que já ajudam no desempenho mas não tanto quanto um bom 4-2-1 sequencial.



      5. Desenho do coletor : 4-1 vs 4-2-1:



      Um coletor 4-1 terá o pico de torque em rotações mais altas do que o 4-2-1.

      Novos coletores híbridos do século 21 são uma fusão dos antigos 4-1 de grande comprimento com o desenho do 4-2-1, têm diâmetro dos tubos em degrau e possuem uniões com grande diâmetro. Dessa forma, vc tem pico de torque em rotações mais baixas e, ainda assim, capacidade de fluxo para suportar ganhos no pico de potência (o melhor dos dois mundos).




      -------------------------------------------------------

      CONCLUSÃO

      Então, a velha idéia de que 4-1 = mais pico de potência com perda de torque em média e baixa e que 4-2-1 = mais torque em média e menos pico de potência está obsoleta hoje em dia, quando já temos os longos 4-2-1 híbridos que conseguem ganhos de torque e de pico de potência.
    1. Avatar de dedsbh
      dedsbh -
      Velozter,

      Instalei coletor de exaustão no meu civic 99, motor D16y7 tambem. Antes havia trocado o filtro de ar para um modelo mais esportivo. Percebi que o carro ficou mais fraco e aumentou o consumo. Usei o restante do escapamento antigo tambem, emendando os 5cm que faltavam. Estou tentando entender o que pode ser neste caso, ja que o seu ficou melhor..
    1. Avatar de Levi
      Levi -
      Achei muito interessante, mas gostaria de saber quantos cavalos em média um motor civic de 125c ganharia com coletor de admissão e exaustão ampliados.
    1. Avatar de YAN
      YAN -
      Citação Postado originalmente por dedsbh Ver Post
      Velozter,

      Instalei coletor de exaustão no meu civic 99, motor D16y7 tambem. Antes havia trocado o filtro de ar para um modelo mais esportivo. Percebi que o carro ficou mais fraco e aumentou o consumo. Usei o restante do escapamento antigo tambem, emendando os 5cm que faltavam. Estou tentando entender o que pode ser neste caso, ja que o seu ficou melhor..
      você aumentou a admissão também?
      Pode ser que o problema do seu seja total falta de contra pressão...
    1. Avatar de Roberto Schliesser
      Roberto Schliesser -
      Eu acho que o problema esta no escape em si.....com o novo colector (que marca e?) devia ter melhor fluxo do gas, maior potencia assim algo esta a bloquear o gas de sair rapidamente que deve ser o escape.... verifique www.borla.com