A engenhosidade por trás do motor V8 do Toyota TS040 Hybrid

TS540 introduziu soluções que deram muita potência ao motor V8. (Foto: Divulgação)

A tecnologia desenvolvida na nova versão do Mundial de Endurance, que iniciou em 2012, até hoje é utilizada em outras categorias. Mesmo com os avanços do motor turbo-diesel da Audi ou o V4 da Porsche, foi a Toyota que desenvolveu um sistema inédito.

Os regulamentos para  temporada 2014 iniciaram uma nova era de corridas com a Fórmula 1 e o WEC, introduzindo regulamentos de limitação de fluxo de combustível, refletindo os desejos dos fabricantes de dar um “ar” mais verde às categorias. O resultado foi uma revolução no design de motores de corrida, com engenheiros elevando os limites da eficiência térmica a níveis sem precedentes.

Na F1, os regulamentos eram e ainda são muito prescritivos, limitando a maioria das áreas da arquitetura do motor e os tipos de sistemas de recuperação de energia permitidos. Não foi o caso do WEC. As regras especificavam que os protótipos LMP1 tinham que utilizar  sistemas híbridos, com até dois permitidos, mas a escolha do motor era efetivamente livre. As diferentes motorizações foram balanceadas pelo EOT (Equivalência de Tecnologia). Simplificando (estava longe de ser simples), isso permitiu que diferentes configurações de motores, quatro, seis, oito ou até 12 cilindros, com diferentes tipos de combustível e saídas de sistema híbrido, fossem competitivas entre si por meio de diferentes fluxos de combustível e carga de combustível. 

F1 e WEC iniciaram uma tendência de downsizing; o primeiro foi para motores turboalimentados de 1600cc e no WEC, a Audi manteve o redesenho de seu V6 diesel (já muito eficiente), enquanto a Porsche entrou com um motor V4 a gasolina compacto, acoplado a um sistema de recuperação de energia térmica. A Toyota resistiu a essa tendência, pelo menos inicialmente. Sua resposta à imposição de limites de fluxo de combustível foi refinar seu V8 existente, introduzido pela primeira vez com o TS030 em 2012, no que pode muito bem ser o motor naturalmente aspirado mais eficiente já criado.

Sendo alterado de 3,4 litros para 3,7 litros para a temporada de 2014, o Toyota V8 era a tendência de um motor de corrida tradicional; naturalmente aspirado, ângulo de inclinação de 90 graus, quatro válvulas por cilindro, contava até com a injeção direta. No entanto, sob a superfície, todos os aspectos do motor foram refinados para aumentar sua eficiência.

Quando a Toyota decidiu entrar no WEC para a temporada de 2012, sua principal rival seria a Audi, após a saída da Peugeot em 2011. Isso significava que ela enfrentava um trem de força turbo-diesel altamente refinado, acoplado a um motor híbrido dianteiro e um sistema baseado em armazenamento de energia. Embora os motores TDI fossem eficientes e potentes, eles eram pesados ​​e, para competir, a Toyota sabia que tinha que trazer um carro de corrida que pudesse contrariar os pontos fortes dos motores diesel. 

As soluções do TS040 

Fluxo de combustível e engenharia revista. às armas do moto V8. (Foto: Divulgação)

A abordagem da Toyota foi construir o motor a gasolina mais leve possível, com a maior potência e eficiência térmica possível, uma filosofia que continuou com as mudanças de regras em 2014. Após a aposentadoria do motor no final de 2015, Hisatake Murata da Toyota, que estava no comando de seu desenvolvimento: “Ainda queríamos um motor V8 leve, de alta potência, com boa eficiência, acoplado a um poderoso sistema híbrido”, disse. 

Mas como obter a eficiência necessária para atender às regras de fluxo de combustível? “A direção sempre foi aumentar a taxa de compressão, reduzindo o atrito mecânico e reduzindo ainda mais o peso”, explicou.

O assunto da taxa de compressão é particularmente interessante. Em sua busca por eficiência de condução, a Toyota acabou rodando uma taxa de compressão de 17:1, um valor excepcionalmente alto para qualquer motor, especialmente um combustível de especificação de execução em um ambiente de corrida de resistência. Além de aumentar ainda mais a taxa de compressão para aumentar a potência, a Toyota também teve que melhorar a eficiência de combustão, permitindo que o motor funcionasse cada vez mais enxuto. Com a última geração de motores turboalimentados de injeção direta, esta é uma tarefa um pouco mais fácil do que com injeção tradicional.

O sistema de injeção no V8 era simples, mas elegante em sua execução. Ele usava oito injetores de solenóide, disparando os corredores individuais do acelerador em cada injetor. Os injetores foram montados em ressaltos, acima das válvulas borboleta (rolos, em vez de borboletas, minimizando a restrição de fluxo), com os bicos inclinados em relação ao caminho de entrada. Muito semelhante em conceito à maioria das configurações de injeção de porta de carro de estrada.

No entanto, o motor estava sempre funcionando à beira da detonação e, para garantir que permanecesse confiável, a Toyota precisava de uma solução para ficar de olho na combustão. Isso veio na forma de medição de pressão de combustão em tempo real, algo que nunca havia sido considerado para uso além da célula de teste do dinamômetro antes, muito menos em corridas de resistência.

“Usamos dois sistemas, portanto, controle de detonação por detecção de vibração, além de sensores de pressão de combustão. Desenvolvemos um sensor de combustão com um fabricante para usar durante as corridas”, revelou Murata. “O sensor de pressão de combustão é muito útil para muitos aspectos do motor, não apenas detonação, mas também para ajustar o ponto de ignição e outras coisas. No entanto, durante os estágios iniciais, tivemos muitos problemas com sensores de combustão, mas agora podemos fazer um sensor de combustão muito resistente [que pode durar uma distância de corrida de Le Mans].”

Obviamente, o motor não pode ser considerado o único produtor de potência no protótipo , pois foi usado em conjunto com um sistema híbrido. Utilizando a carenagem  TS030, este consistia em um motor híbrido montado na traseira e, mais tarde, com a chegada do TS040, motores traseiros e dianteiros, dando uma potência total superior a 400bhp. Juntamente com um sistema de supercapacitores, os motores elétricos dotaram os Toyota de um ritmo feroz e a potência combinada do híbrido e do motor era superior a 1000 cv.

Em 2014, o motor provou ser uma unidade competitiva, mas em 2015, a Porsche estava avançando com o desenvolvimento de seu 919, e a Toyota estava atrasada. Em última análise, foi o impulso para o poder do sistema híbrido cada vez maior que matou o V8. Com os regulamentos forçando um corte de fluxo de combustível para cada etapa da escala híbrida, juntamente com o ACO removendo mais 10 MJ de energia de combustível por volta (em Le Mans) para 2016, o uso de um motor injetado  não era mais competitivo.

“É um equilíbrio, com as mudanças regulatórias a cada ano, somos forçados a ficar cada vez mais enxutos”, lembrou Murata. Em última análise, foi forçado a mudar para uma configuração V6 com turbo duplo em 2016 com o TS050 (a mudança foi originalmente planejada para 2017), que garantiria sua primeira vitória em Le Mans em 2018. No entanto, o V8 foi e permanece, um motor de corrida verdadeiramente notável.

O quão longe o conceito V8 havia sido empurrado só se tornou aparente quando ele foi aposentado. Quando perguntado qual era a eficiência térmica do motor, Murata afirmou em 2016. “Era mais de 40%”. Este foi um número verdadeiramente espetacular, especialmente quando se considera que a primeira geração (2014) 1600cc, motores V6 Fórmula 1 estavam trabalhando em torno de 40%, com todos os benefícios de indução forçada, injeção direta, turboalimentado e controle de velocidade do turbocompressor via MGU-H. Que a Toyota foi capaz de igualar esse número com o que era, em essência, um motor tradicional, não muito diferente em sua composição básica do que o motor Cosworth DFV de 40 anos antes, foi uma conquista impressionante.

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5 meses ago
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Written by Fernando Rhenius
Jornalista MTb 6873/SC, formado pela Universidade do Vale do Itajaí - Univali. Mantem o site Bongasat.com.br desde 2009 de forma independente. Acredita que a informação, precisa ser divulgada de forma rápida, para que o leitor possa criar seu ponto de vista, e fugir de "especialistas" que povoam a imprensa automobilística no pais.