O motor de combustão interna, que tornou possíveis meios de transporte como o automóvel, o avião e até veículos militares, foi evoluindo ao longo do tempo. Em 1860, Ettiene Lenoir (inventor nascido na Bélgica em 1822) registou a primeira patente relativa a um “motor de explosão”, a dois tempos. O ciclo a quatro tempos apenas seria descrito por Alphonse Beau de Rochas (engenheiro francês nascido em 1815) dois anos depois, em 1862. No entanto, este trabalho não atraiu a atenção de nenhum fabricante. A produção industrial de motores de combustão interna com ciclos de quatro tempos iniciou-se em 1976 segundo a patente de Nikolaus Otto (engenheiro alemão nascido em 1832) e Eugen Langen (engenheiro alemão nascido em 1833).

Rudolf Diesel (engenheiro nascido na França em 1858) foi o primeiro pesquisador a basear-se no aquecimento produzido pela compressão do ar para inflamar o combustível, tendo começado as suas pesquisas em 1890 e obtido, sete anos depois, um motor operacional. Outro inovador cujo nome é bastante familiar à maioria da população é Louis Renault (inventor francês nascido em 1877), fundador do Grupo Renault, que criou, em 1902, o super compressor, um sistema que aumenta a eficiência, na medida em que introduz uma quantidade adicional de oxigênio no motor. A finalidade deste sistema é semelhante à do turbo compressor, que usa os gases de escape para fazer girar uma turbina e foi inventado em 1905 por Alfred Brüchi (engenheiro suíço nascido em 1879).

Inicialmente, estes motores utilizavam gás como combustível. O responsável pelo primeiro motor de quatro tempos a gasolina utilizável, que foi concebido e projetado em 1885 foi Gottlieb Daimler (engenheiro alemão nascido em 1834), um sócio de Otto e de Langen. Os motores atuais são semelhantes ao motor de Daimler e também ao de Karl Benz (engenheiro alemão nascido em 1844), concretizado no mesmo ano que o anterior.

MOTORES 4 TEMPOS IGNIÇÃO POR FAÍSCA

Motor com 4 tempos e ignição por faísca também podem ser descritos, sendo os motores referentes ao ciclo OTTO.

Os motores do ciclo otto de quatro tempos apresentam sistema de lubrificação sendo o cárter o depósito de óleo lubrificante do motor. Realiza o ciclo em quatro cursos, o que implica em duas voltas (720°) no virabrequim ou árvore de manivelas.

Os motores do ciclo otto ou de ignição por centelha utilizam a energia da centelha elétrica da vela de ignição para dar início a reação de combustão. Nos motores de quatro tempos é admitido a mistura de ar e combustível e no motores de dois tempos é admito a mistura de ar, combustível e óleo lubrificante. Nos motores de dois tempos no primeiro curso são realizadas as fases de admissão e compressão e no segundo curso as fases de expansão e descarga. Nos motores de quatro tempos cada fase do ciclo é realizada em um curso.

1º - Admissão: nessa primeira fase, a válvula de admissão (entrada) está aberta e a válvula de escape (saída) permanece fechada. O pistão se move de forma a aumentar o volume da câmara de combustão, e a mistura de combustível com o ar entra no cilindro sob pressão praticamente constante. Assim, diz-se que na fase de admissão ocorreu uma transformação isobárica, ou seja, transformação sob pressão constante.

2º - Compressão: agora as válvulas de admissão e de escape estão fechadas e o pistão realiza um movimento rápido, comprimindo a mistura combustível. Com isso, ocorre um aumento de pressão e uma diminuição do volume da mistura, simultaneamente. No fim dessa etapa a pressão do sistema é cerca de 9 vezes a pressão atmosférica.

3º - Expansão: nessa terceira etapa, as válvulas de admissão e escape continuam fechadas, o pistão sobe e a vela (um dispositivo do motor) solta uma faísca, que provoca uma explosão da mistura combustível. Por meio dessa queima, uma grande quantidade de energia térmica é obtida e parte dessa energia será convertida em trabalho mecânico. Com o fornecimento de calor, a pressão do sistema aumenta e o pistão é forçado violentamente para baixo, de modo a aumentar o volume do cilindro.

4º - Exaustão: por fim, no momento em que o pistão chega à posição de maior volume do cilindro, a válvula de escape se abre e a de admissão continua fechada. Isso faz com que o gás quente seja expulso da câmara de combustão, resfriando o sistema. Depois de ocorrer o resfriamento, o pistão se movimenta no sentido de diminuir o volume da câmara de combustão, conduzindo os resíduos da explosão para fora, que serão liberados pelo escapamento.

MOTORES 4 TEMPOS COMBUSTÃO EXPONTANEA

Os motores do ciclo diesel ou motores de ignição por compressão utilizam o aumento da temperatura devido a compressão de uma massa de ar para dar início a reação de combustão. Somente ar é admito. Após a compressão, o combustível é pulverizado na massa de ar quente dando início a combustão.

Os motores do ciclo diesel de quatro tempos apresentam sistema de lubrificação sendo o cárter o depósito de óleo lubrificante do motor. Realiza o ciclo em quatro cursos, o que implica em duas voltas (720°) no eixo de manivelas.

1º - Admissão: O pistão se desloca do PMS para o PMI. Neste curso ocorre a admissão no cilindro somente de ar. Durante a admissão a válvula de admissão está aberta e a válvula de descarga está fechada. O volume admitido é o volume de admissão ou cilindrada parcial do motor. Nos motores diesel o volume de ar aspirado é sempre o mesmo. A variação da potência é obtida pela variação do volume de combustível injetado de acordo com a posição do acelerador.

2º - Compressão: O pistão se desloca do PMI para o PMS. Neste curso ocorre a compressão do ar. As válvulas de admissão e descarga estão fechadas. A compressão do ar na câmara de combustão produz elevação da temperatura. No fim da compressão para a relação volumétrica de 18:1, a pressão é de 40-45kgf.cm-2 e a temperatura é de aproximadamente 800ºC. No final da compressão, o combustível é dosado e injetado na câmara de combustão. A medida exata do

combustível e o momento da injeção são fatores muito importantes para o bom funcionamento dos motores diesel. A injeção do combustível na câmara de combustão é feita pelo bico injetor. Imediatamente após a injeção, o combustível se inflama devido ao contato com o ar aquecido, iniciando-se a combustão.

3º - Expansão: O pistão se desloca do PMS para o PMI. Neste curso ocorre a expansão do ar. As válvulas de admissão e descarga estão fechadas. À medida que o combustível é injetado, vai se inflamando, aumentando a temperatura dos gases que tendem a se dilatar cada vez mais. Durante a expansão o pistão é acionado pela força de expansão dos gases transformando a energia térmica em mecânica. A força vinda da expansão dos gases é transmitida para o virabrequim através da biela,

promovendo assim o movimento de rotação do motor. A expansão é o único curso que transforma energia. Parte da energia transformada é armazenada no virabrequim e no volante do motor que será consumida durante os outros três cursos.

4º - Exaustão: O pistão se desloca do PMI para o PMS. Neste curso ocorre a descarga dos resíduos da combustão. A válvula de admissão está fechada e a de descarga está aberta. O movimento ascendente do pistão expulsa do cilindro os resíduos da combustão através da válvula de descarga.

MOTORES 2 TEMPOS IGNIÇÃO POR FAISCA

Os motores de dois tempos recebem esta denominação porque realizam o ciclo de funcionamento em dois cursos do pistão, isto é, em uma volta (360º) da árvore de manivelas. A lubrificação do motor é feita através da mistura de óleo lubrificante no combustível. Não possuem sistema de válvulas sendo a admissão feita em duas etapas: primeiro no cárter e depois no cilindro.

1° CURSO: Compressão e admissão no cárter, pistão se desloca do PMI para PMS. No primeiro curso ocorre a compressão e a admissão no cárter através da janela de admissão

2° CURSO: Expansão, admissão no cilindro e descarga. O pistão se desloca do PMS para o PMI. Neste curso ocorre à expansão, a admissão da mistura no cilindro e a descarga dos resíduos da combustão A renovação da mistura é chamada de lavagem do cilindro, ou seja, a mistura nova que estava no cárter é admitida no cilindro e expulsa os resíduos da combustão.

MOTOR ROTATIVO WANKEL

Como os motores de pistões a quatro tempos, o funcionamento do motor Wankel resume-se a quatro fases: admissão, compressão, explosão (ignição) e escapamento. No entanto, estas são feitas de maneira diferente do motor de pistões. O bloco Wankel é formado, essencialmente, por três peças: o rotor, a caixa do rotor e o eixo de excêntricos. Não há molas, válvulas, comando de válvulas e outras coisas móveis.

Epitrocóide é o termo que define o formato da caixa que aloja o rotor triangular do motor Wankel. As etapas da conversão energética acontecem nas três áreas formadas pelo espaço entre o rotor e a caixa. O movimento circular que o rotor faz é passado para um eixo de excêntricos, semelhante a um virabrequim que, por sua vez, envia a energia para a caixa de câmbio.

Os motores Wankel tiveram várias aplicações além do uso em automóveis. Aviões e, principalmente, motos tentaram o recurso. A primeira moto a usar motor Wankel foi a IFA/MZ de 1960, mas Yamaha, Hercules, Norton, Suzuki e outras também tentaram. Algumas com maior ou menor sucesso. A maior dificuldade desse tipo de motor é ter lâminas de vedação (equivalentes aos anéis dos pistões), eficientes e duráveis. Hoje nenhum veículo de grande série utiliza motor Wankel.

VANTAGENS E DESVANTAGENS ENTRE OS MOTORES A 4 TEMPOS E 2 TEMPOS

Em relação às vantagens do motor a 2 tempos é de referir que estes são bons em altas rotações, bem como são mais simples em termos de funcionamento, manutenção e produção e, como tal, não precisam de tantas peças móveis pois dispensam todo o sistema de distribuição, o que os torna mais leves e compactos. São assim mais aptos a fazerem grandes rotações, como já se referiu. Contudo o problema da queima de lubrificante juntamente com a combustão é uma das limitações mais importantes dos motores a 2 tempos, mas não é a única. Comparativamente com o motor a 4 tempos como efetivamente não existem válvulas, o tempo em que as janelas de escape e admissão estão descobertas, se assim se pode afirmar, em simultâneo é muito maior do que num motor a 4 tempos. Isto faz com que se perca muito ar fresco pelo escape e, conseqüentemente, a quantidade de ar residual que fica no cilindro é maior, o que por si só reduz o rendimento da combustão. Mas como o ar que fica se encontra mais quente, o risco de detonação é também maior, pelo que se têm de usar relações de compressão mais baixas nestes motores, reduzindo ainda mais o seu rendimento. Mais ainda, o seu rendimento é reduzido em comparação com um motor a 4 tempos, apesar de terem maior potência específica por completarem um ciclo por rotação, ao contrário dos motores a 4 tempos que precisam de duas rotações. Estes motores a 4 tempos são maiores que os de 2 tempos, são multi-cilíndricos e como tal têm mais binário.

VANTAGENS E DESVANTAGENS ENTRE OS MOTORES ALTERNATIVOS E ROTATIVOS

CONTRAS aos ROTATIVOS

As principais desvantagens do motor Wankel em relação ao convencional são:

Consumo: a eficiência deste tipo de motores é inferior à dos motores de pistão. Os motores de combustão interna transformam combustível em energia mecânica e calor. No caso dos motores Wankel, há mais desperdício de energia em forma de calor, uma vez que a área superficial dos espaços internos do motor é maior do que a área superficial da câmara de combustão dos motores de pistões.

Torque: a baixas rotações, os motores Wankel têm o mesmo torque que nada. Isto se deve à forma com que os gases, depois da ignição, se expandem. Num motor de pistões, os gases expandem-se numa só direção, empurrando o pistão num movimento linear. No caso dos motores rotativos, os gases expandem-se em várias direções, empurrando o rotor num movimento não-linear, que não aproveita tão bem a energia gerada. No entanto, em altas rotações, a inércia do rotor ameniza este inconveniente.

VANTAGENS aos ROTATIVOS

Suavidade: ao contrário do motor tradicional, não há inversão de movimento como no sobe e desce do pistão, existindo o movimento rotativo, que proporciona funcionamento mais suave.

Número de peças: comparando com o motor de pistões, é muito menor, o que se traduz, pelo menos em teoria, na maior confiabilidade e menor custo de produção

Peso e tamanho: os motores Wankel são mais leves e mais compactos do que os motores de pistão. Isto permite, claro, diminuir o peso do automóvel e também baixar o centro de gravidade, melhorando assim a dirigibilidade

Potência específica: quando se pensa na potência de um motor aspirado de 1.300 cm3, por exemplo, imaginamos 90 cv, 120 cv, 140 cv… Não. Que tal falarmos de 240 cv? Sim, o Mazda RX-8 com motor Wankel tem 240 cv de potência máxima com apenas 1.300 cm3, e sem turbo.

Som: para quem teve a oportunidade de ouvir, a sinfonia de 10.000 rpm de um motor Wankel é de arrepiar.