Motores de combustão interna – parte 2

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No último post (leia aqui), pudemos explorar os princípios básicos de funcionamento de um motor de combustão interna. Hoje iremos explorar as diferentes configurações de cilindros e de válvulas que existem, bem como suas principais vantagens e desvantagens.

Formas de acionamento de válvulas

Como vimos no primeiro post da série, motores de quatro tempos e pistão alternativo necessitam de válvulas para controlar o fluxo de gases. Para garantir que o acionamento ocorra no momento correto, diversos tipos de sistemas de acionamento foram criados ao longo dos anos. Abaixo iremos ver os principais tipos de sistemas empregados durante a história. Outros sistemas foram propostos ao longo dos anos, e no futuro iremos explorar esses diferentes conceitos em novas postagens.

Válvula lateral (Side Valve)

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Conhecidos como flathead nos meios automobilísticos pelo formato plano dos cabeçotes, em motores com esse tipo de acionamento o eixo comando fica próximo ao virabrequim, e as válvulas ficam na lateral do bloco, acionadas diretamente pelo eixo comando (ver imagem acima). Por serem mais simples e baratos foram muito comuns até a década de 1950, quando os motores OHV começaram a se popularizar.

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Motores OHV (Over Head Valve)

No sistema OHV as válvulas são acionadas através de varetas e balancins que fazem a ligação com os cames do eixo comando, que ainda fica posicionado no bloco. Esse sistema representou uma grande evolução em relação ao sistema de válvulas laterais, pois com o posicionamento das válvulas no cabeçote foi possível adotar geometrias otimizadas para a câmara de combustão, permitindo aumentar a taxa de compressão sem o risco de detonação, além de permitir dutos de admissão e exaustão mais curtos, melhorando a eficiência volumétrica com menor perda de carga no fluxo de gases.

A partir da década de 1950 se tornaram muito comuns em carros de passeio, caindo em desuso após a década de 1980 quando foram substituídos pelos sistema OHC. Ainda podem ser encontrados em motores em V, principalmente os de origem americana, e raramente em motores de menor cilindrada voltados a baixo custo de produção.

Motores OHC (Over Head Camshaft)

Apesar dos ganhos que foram possíveis com o sistema OHV, esse sistema também apresenta algumas limitações, principalmente porque o sistema de varetas e balancins tem massa elevada, consumindo muita energia para ser aberto e exigindo molas com maior carga, resultando em maior perda de energia e exigindo grande esforço para se aumentar a faixa de giros do motor. Para resolver esses problemas, foi criado o sistema OHC (Over Head Camshaft), onde o eixo comando de válvulas sai do bloco e passar a ser montado diretamente no cabeçote, acionando as válvulas diretamente, e ligado ao virabrequim através de correias ou correntes de sincronismo.

Dentro desse sistema, ainda existe a diferenciação entre motores com um eixo comando,SOHC (Single Over Head Camshaft) e com dois eixos comando, DOHC (Double Over Head Camshaft). Em geral, motores com duas válvulas por cilindros são SOHC, enquanto motores multiválvulas (com 3, 4 ou 5 válvulas por cilindros) são DOHC, apesar de existirem exceções a essas regras.

Disposição dos cilindros

Tão importante quanto as formas de acionamento de válvulas para definir as características de um motor, é a forma como seus cilindros ficam dispostos. Isso e a quantidade de cilindros influenciam diretamente no espaço necessário para que sejam instalados, troca térmica com o meio e nível de vibrações que

 Motores em linha

Motores em linha tem seu nome devido a disposição dos seus cilindros, enfileirados em uma linha reta, como na imagem acima. São os mais comuns nos carros que encontramos no Brasil, e são encontrados principalmente em versões de 3, 4 e 6 cilindros.

Motores em V

Diferente dos motores em linha, nos motores em V os cilindros ficam dispostos inclinados em relação aos outros, com duas bielas ligadas ao mesmo mancal do virabrequim. São mais comumente encontrados em versões de 6, 8 e 12 cilindros, em motores de alto desempenho. Ângulos comuns do V são 45°, 60°, 90° e 180°. O primeiro motor em V foi fabricado ainda em 1889 pela Daimler, baseado no projeto de Wilhelm Maybach.

Motores boxer

Os chamados motores boxer são motores onde os pistões trabalham na horizontal. São diferentes dos motores V com ângulo de 180° pois as bielas ficam posicionadas em mancais diferentes, defasados em 180°. A origem do nome vem do movimento dos pistões, que se assemelha a boxeadores trocando socos, e o conceito foi desenvolvido pelo alemão Karl Benz ainda em 1896. Sua aplicação mais conhecida são os motores VW refrigerados a ar de Fusca, Kombi e cia, e são os únicos motores naturalmente balanceados para qualquer número par de cilindros. Hoje podem ser encontrados na maioria dos automóveis Subaru e Porsche, além de serem muito comuns em aplicações aeronáuticas.

Motores VR (V-Reihenmotor)

Criados pela Volkswagen, os motores VR foram a solução encontrada pela marca alemã para utilizar motores maiores em seus modelos compactos, cujo vão motor havia sido projetado para receber motores de no máximo quatro cilindros. Os motores VR (do alemão V-Reihenmotor, ou motor V em linha), são motores em V cujo ângulo entre as bancadas é muito agudo (10,5° ou 15°), permitindo a utilização de apenas um cabeçote e dois eixos comando, sendo um meio termo entre o baixo custo dos motores em linha e o melhor aproveitamento de espaço dos motores em V.

Motores W

Motores em W são pouco comuns durante a história, as primeira aplicações tendo surgido no início do século XX para aplicações aeronáuticas. Consiste em três bancos de cilindros unidos por um único virabrequim, como podemos ver no esquema abaixo. A aplicação automotiva mais recente desse tipo de motor foi o malfadado projeto Life de Fórmula 1, em 1990.

Motores em W do grupo Volkswagen (V-VR)

Outro tipo de motor comumente chamada de motor em W são os utilizados pelo grupo VW em carros como Bugatti Veyron e outros. Consiste basicamente em dois motores VR unidos pelo mesmo virabrequim, sendo chamados também de motores V-VR.

Outro tipo de motor comumente chamada de motor em W são os utilizados pelo grupo VW em carros como Bugatti Veyron e outros. Consiste basicamente em dois motores VR unidos pelo mesmo virabrequim, sendo chamados também de motores V-VR.

Motores radiais

Apesar de pouco utilizados em automóveis, os motores radiais tiveram seus dias de glória na aeronáutica, até que as turbinas se tornaram dominantes na aviação. Como o próprio nome já diz, nesses motores os pistões se movem em torno do raio de giro do virabrequim. Hoje sua aplicação é limitada, porém ainda são fabricados para uso em aviões acrobáticos e motores diesel para geradores.

Motores Radiais Multibanco

Uma variação sobre o conceito de motores radiais, os motores multibanco consistem em dois ou mais motores radiais unidos pelo mesmo virabrequim. Assim como os motores radiais, entraram em desuso com a chegada das turbinas a indústria aeronáutica. Raramente foram aplicados em automóveis, uma notável exceção sendo o carro de corrida Monaco-Trossi de 1936.

Motores Wankel

Também conhecidos como motores de pistão rotativo, o conceito dos motores Wankel foi criado pelo alemão Felix Wankel, e aprimorado por Hanns Dieter Paschke. Foi criado como um motor de quatro tempos, mas sem as complicações de sistemas de sincronismo e biela-virabrequim. Seu funcionamento é baseado em um rotor de formato triangular que gira movido por um eixo excêntrico dentro de uma carcaça de formato epitrocoidal. Quando um ciclo começa, a passagem da ponta do rotor (A) pela janela de ignição dá início ao processo de admissão para a câmara de compressão, até o ponto onde as velas de ignição produzem a centelha, dando início a combustão. Com isso a queima da mistura ar-combustível da início ao processo de expansão, e quando o ponto A passa pela janela de exaustão os gases da combustão são expulsos da câmara de combustão.

O primeiro automóvel de rua a utilizar um motor Wankel foi o NSU Spider, em 1964, e inicialmente diversas montadoras foram atraídas pela possibilidade de um motor mais simples e leve. Recentemente a única empresa a ainda desenvolver o conceito foi a japonesa Mazda, porém esses motores foram descontinuados em 2012 por serem incapazes de atingir as cada vez mais exigentes metas de emissão de poluentes.

Fontes:

SAE Internal Combustion Engine Handbook. Chapter 2: Definition and Classification of Reciprocicating Piston Engines.

SAE Internal Combustion Engine Handbook. Chapter 7: Engine Components.

 

 

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