MOTOR

Motor de combustão interna

Um motor de quatro tempos é um motor de combustão interna, uma máquina térmica que transforma energia térmica em energia mecânica.
A invenção dos motores a explosão marcam o maior avanço no setor de transportes. Existem muitos tipos de motor a explosão que utilizam combustíveis diversos, líquidos ou gasosos, operam sob diferentes ciclos termodinâmicos e possuem diferentes mecanismos de funcionamento.

História

A teoria fundamental do motor de dois tempos foi estabelecida por Nicolas Diogo Léonard Sadi Carnot (França, 1824), enquanto a patente pelo primeiro motor à combustão interna foi desenvolvida por Samuel Morey (Estados Unidos, 1826).
Em 1867, Nicolaus Otto desenvolveu o primeiro motor atmosférico. Logo após, unindo esforços com Gottlieb Daimler e Wilhelm Maybach, desenvolveram o primeiro motor quatro tempos. Em 1896, Karl Benz patenteara o primeiro motor boxer actualmente utilizado nos porsche e subaru, com cilindros opostos horizontalmente.
O engenheiro alemão Rudolf Diesel patenteou um motor à combustão de elevada eficiência, demonstrando em 1900. Era um motor movido a óleo de amendoim, cuja tecnologia leva seu nome até hoje, o motor diesel.
Os motores à combustão interna foram convencionados a serem utilizados em automóveis devido as suas ótimas características, como a flexibilidade para rodar em diversas velocidades, potência satisfatória para propulsão de diversos tipos de veículos, e poderia ter seus custos reduzidos para produção em massa.
Na primeira metade do século XX, como forma de elevar a potência e a performance dos veículos, houve muitos aprimoramentos em relação ao desenho, número e disposição dos cilindros. Logo surgiram motores de 4 a 12 cilindros (ou até mais), sendo motores com cilindros em linha ou em V, de diferentes capacidades.

Princípios de funcionamento

Motores de combustão interna se baseiam em modelos termodinâmicos ideais, como ciclo de Otto ou ciclo Diesel, o que se refere a forma como ocorre cada fase de funcionamento do motor. Estas denominações não se referem ao combustível ou mecanismo do motor, mas, sim aos processos pelos quais passam os gases no interior do motor.
Máquinas inspiradas no ciclo de Otto são chamadas motores de ignição por faísca, as inspiradas em ciclo Diesel são motores de ignição por compressão. Ambos os tipos podem ser construídos para operar em dois ou quatro tempos, o que significa que cada ciclo de funcionamento pode ocorrer em uma ou duas voltas do eixo de manivelas.

Configurações

1-Motor em linha: tem pistões dispostos lado a lado, de trajetórias paralelas. Desde motores de motos aos maiores motores de propulsão naval fazem deste tipo o mais comum.
2-Motor em V: se constitui de duas fileiras de pistões, dispostas em V, ligadas a um eixo de manivelas. Motores deste tipo são conhecidos pelo som característico que emitem e por equiparem automóveis esportivos.
3-Motor boxer: utiliza duas fileiras de pistões horizontais e contrapostas, ficou popularmente conhecido por equipar o modelo Fusca da marca Volkswagen.
4-Motor radial: possui uma configuração onde os pistões estão dispostos em torno de uma única manivela do Cambota, foi muito utilizado para mover hélices de aviões.
5-Motor Wankel: (motor rotativo) utiliza rotores de movimento rotativo em vez de pistões.
6-Quasiturbine: também é um motor rotativo. É mais aperfeiçoado que o motor Wankel.

1-Motor em linha

Os motores em linha são motores de combustão interna com os cilindros dispostos em uma única fileira, em número que varia de dois a seis nos modelos produzídos atualmente em larga escala.
A configuração de motor mais usada atualmente pela industria automobilística é o motor de 4 cilindros em linha.
Entretanto motores com grande número de cilindros em linha, apresenta limitações devido ao comprimento excessivo, embora sejam estreitos. Motores de oito ou mais cilindros em linha tem uso restrito praticamente só aos navios.

Uso em automóveis

Nos automóveis projetados atualmente a configuração mais usada é a de quatro cilindros em linha. O uso de motores de cinco cilindros é relativamente recente, e vem ganhando espaço. Por outro lado os motores de seis cilindros é cada vez menor. Os motores de oito cilindros em linha também foram usados em automóveis no passado.
A limitação no uso, em automóveis, de motores com seis ou mais cilindros, se deve ao limitado espaço disponível no habitáculo do motor. Isso se deve:
ao largo uso da tração dianteira nos modelos atuais;
à impossibilidade quase total de se intalar motores com mais de cinco cilindros em linha na posição transversal;
à necessidade de se projetar automóveis com a extremidade frontal do habitáculo do motor baixa, o que limita o uso de motores longos na posição longitudinal.
Os dois últimos fatores, em especial, se devem a aspectos relacionados a aerodinâmica e ao design.

Uso em camiões

Os motores de quatro, cinco e seis cilindros em linha são largamente utilizados pelos fabricantes de caminhões, visto que nestes o tamanho do motor não traz implicações na aerodinâmica.

Uso em motocicletas

São usados motores com dois, três e quatro em motocicletas. Os motores de seis cilindros em linha também foram usados.

2-Motor em V

Motores em V são motores com os cilindros dispostos de tal modo que formam um "V", quando visto ao longo da linha do eixo (virabrequim).
As configurações mais comuns são os V6 e os V8, sendo as mais freqüentemente encontradas nos automóveis produzidos atualmente, com cilindrada acima de dois litros. São usadas também em automóveis as configurações V10 e V12. As configurações V4 e V16 já foram usadas em automóveis.
A principal vantagem dos motores em V, na fabricação de automóveis, é o fato de serem mais compáctos que os motores em linha, isso permite melhorias no design e na aerodinâmica.
Os motores V2 e V4 são usados em motocicletas. Nas motocicletas com motor montado transversalmente, apresentam como vantagem pricnipal o fato de tornar a motocicleta mais estreita do que aquelas equipadas com motores de dois ou quatro cilindros em linha.
Os motores diesel em V são menos utilizados do que aqueles do ciclo de Otto. Os automóveis a diesel visam principalmente a economia de combustivel, geralmente possuem 1400cc a 2200cc e quatro cilindros em linha. No entanto, fabricantes como a BMW possuem motores de 3000cc e 4000cc. A Mercedes e a Audi também possuem motores de cilindrada elevada como por exemplo o conhecido motor 2500cc V6 TDI utilizado no Audi A6.
Relativamente à performance, actualmente um bom, motor a diesel possui uma potência igual ou superior a um motor a gasolina com a mesma cilindrada. A título de exemplo, um BMW 123d com motor de apenas 2000cc possui 204cv e um BMW 335d com 3000cc possui 282cv.
No caso dos motores de caminhões são usados em alguns modelos pesados motores a diesel V8. Também são produzídos caminhões com motores V6, entretanto a maioria é equipada com motor de seis cilindros em linha. O pouco uso dos motores em V nos caminhões se deve ao fato de que o comprimento dos motores de seis cilindros em linha não interfere no design e na aerodinamica.

Construção e funcionamento

Embora a construção de um motor em V seja um pouco mais complexa do que a de um motor em linha, os motores em V tem a vantagem de ser mais compactos, especialmente os motores com seis ou mais cilindros. No caso de motores de dois e quatro cilindros não há esta vantagem, uma vez que os motores de até quatro cilindros em linha não são demasiadamente longos.
O ângulo de abertura de V é um valor teórico que varia em função do número de cilindros. O ângulo de V ideal é aquele que permite que o inicio do ciclo de combustão em cada um dos cilindros ocorra em intervalos regulares (iguais). Motores com bastante cilindros podem ter mais de um ângulo ideal, entretanto motores com ângulo de V muito aberto tornam-se demasiadamente largos para a maioria das aplicações.

Os ângulos ideais são os seguintes:

• Motor V6 e motor V12: 60°;
• Motor V8: 90°;
• Motor V10: 72° ou 144°;
• Motor V16: 45°, 90° ou 135°.

3-Motor Boxer

O motor boxer é uma espécie de motor de combustão interna cujos pistões são contrapostos e trabalham paralelamente ao solo.
Os motores boxer têm os colos do virabrequim onde se ligam as bielas, distintos. Ao contrário de um motor em V que os colos são duplos e em cada colo vão 2 bielas (uma para cada lado com seu respectivo ângulo) os motores boxer trabalham de forma alternada, onde cada colo aloja uma única biela.

Uso em automóveis

• Citroen
• Citroen 2cv;
• Citroen Mehari;
• Citroen Dyane;
• Citroen Ami 6;
• Citroen Visa Club;
• Volkswagen Fusca/Carocha;
• Volkswagen Brasília;
• Volkswagen Kombi até 2000;
• Volkswagen Variant/TL;
• Volkswagen SP1/SP2;
• VolkswagenGol até 86.
• Porsche 356;
• Porsche 911.
• Subaru Alcyone SVX;
• Subaru Impreza, inclusive no Mundial de Rali (WRC).
• Subaru Legacy.
• Tatra - este fabricante da antiga Checoslováquia produziu diversos modelos com motor boxer.
• Gurgel - antigo fabricante brasileiro 2 cilindros:
• BR-800;
• Supermini.
• Ford - Inicialmente o motor adotado por esta empresa foi o Boxer de dois cilindros:
• Ford "Modelo A" (1903–1904).

Uso em Motocicletas

Os motores boxer são usados em motocicletas, principalmente nas de grande porte, com o "trem de força" montado longitudinalmente, ou seja: a transmisão da potência para a roda feita através de eixo cardã e motor montado com o virabrequim no sentido longitudinal.

Os seguintes fabricantes produzem motocicletas com motores boxer:

• BMW -
• Honda - modelo GL 1800 Gold Wing, motor de 6 cilíndos.

4-Motor Radial

Motores radiais, também chamados motores em estrela - são motores de combustão interna de simetria radial, com pistões dispostos em torno de um ponto central na árvore de manivelas. Esta configuração foi muito utilizada para mover as hélices de aeronaves.
Estes motores têm sido de utilização principalmente aeronáutica, sendo raros em outros tipos de veículos. Um exemplo de aplicação de um motor de 9 cilindros em estrela num veículo terrestre foi o tanque M4 Sherman. Um motor deste tipo foi utilizado na pouco convencional motocicleta Megola.

5-Motor Wankel

Ciclo Wankel: Intake (admissão); Compression (compressão); Ignition (ignição); Exhaust (exaustão).

Motor Wankel - é um tipo de motor de combustão interna, inventado por Felix Wankel, que utiliza rotores com formato semelhante ao de um triângulo em vez dos pistões dos motores alternativos convencionais.
Wankel concebeu seu motor rotativo por volta de 1924 e obtém sua primeira carta patente em 1933. Durante a década de 1940, dedicou-se a melhorar o seu projeto. Houve um esforço considerável no desenvolvimento de motores rotativos nas décadas de 1950 e 1960. Eram particularmente interessantes por funcionar de um modo suave e silencioso, devido à simplicidade de seu motor e a um número reduzido de peças, comparado com os motores a pistão.
Diferentemente dos motores com cilindro e pistão, o motor Wankel não utiliza o princípio da biela e manivela. Ele não produz nenhum movimento alternativo, por isso tem um funcionamento mais suave, com menos atrito, menos vibração e mais silencioso. O conjunto inclui também um número reduzido de peças. Estas vantagens o tornam uma atraente solução técnica que encontra uma vasta gama de aplicações em todas as áreas de transportes (carros, motocicletas e aeronaves). As maiores dificuldades em sua aplicação em larga escala são a vedação interna entre as câmaras, baixa durabilidade e alto consumo de combustível, porém vem sendo aprimorado devido aos recursos do controle eletrônico e novas tecnologias de fabricação. Em 2009, no setor automobilístico, a Mazda era o único fabricante que ainda incorporava esses motores em seus veículos.
Em 22 de junho de 2012, a Mazda fabricou seu último motor Wankel, portanto, o motor parou de ser fabricado permanentemente, já que a Mazda era a única fabricante que o usava.

Funcionamento

Esse motor consiste essencialmente em uma câmara cujo formato interno se aproxima da forma de um oito. Dentro dela, um rotor mais ou menos triangular - o pistão do motor - gira excentricamente com relação ao eixo principal, que equivale ao virabrequim dos motores a pistões. As formas destes dois elementos são tais que enquanto os cantos do pistão estão sempre equidistantes das paredes da câmara - e muito próximos a elas, formando uma vedação - eles sucessivamente aumentam e diminuem o espaço entre os lados convexos do triângulo - o rotor - e as paredes da câmara.
Assim, se uma mistura for injetada numa das câmaras, quando está aumentando de tamanho, será comprimida na redução subsequente de volume, enquanto o rotor, ou pistão, gira. Deste modo, o ciclo clássico de quatro tempos - admissão, compressão, explosão e exaustão - é produzido e, além disso, as três faces do rotor estão em três fases diferentes do ciclo, ao mesmo tempo.

Consumo de combustível

Assim como a forma das câmaras de combustão do motor Wankel previnem a pré-detonação, ela também leva à combustão incompleta da mistura ar-combustível, fazendo com que os hidrocarbonetos não queimados sejam liberados no escape. No caso de motores de pistão, uma solução cara foi adotada, a de usar catalisadores para oxidar completamente os hidrocarbonetos não queimados. A Mazda conseguiu evitar esse custo enriquecendo a mistura ar-combustível e aumentando o número de hidrocarbonetos não queimados no escape até que uma combustão completa pudesse acontecer em um "reator térmico" (uma câmara expandida aberta na tubulação de escape) sem a necessidade de um catalisador, produzindo assim um escape limpo com o custo de um ligeiro aumento no consumo de combustível.
O preço mundial da gasolina aumentou severamente na mesma época em que a Mazda introduziu seu motor Wankel, fazendo com que o escape limpo à custa do aumento de consumo de combustível se tornasse uma troca não muito bem vinda.

Vantagens

As vantagens do motor Wankel sobre os motores a pistão convencional são muitas. Em primeiro lugar, não existem vibrações devido ao fato de que só há um movimento rotativo, isso significa ainda menor desgaste e vida mais longa. O motor Wankel não tem nada de complicado, pelo contrário, tem poucos componentes e é bem menor. Além disso ele gera mais potência e mais torque que um motor "convencional" de mesma cilindrada. Isso porque cada lado de seu rotor encontra-se em uma fase do ciclo, gerando mais explosões por volta do eixo virabrequim do que um motor a pistão.
A Mazda atualmente conta com uma nova geração de motores rotativos, chamado de Wankel Renesis pela marca, que apresentam um consumo muito semelhante a carros concorrentes. Devido ao seu princípio de funcionamento, em que não existem mudanças bruscas de componentes (alteração no sentido de movimento dos pistões), as vibrações produzidas pelo motor são bem menores, assim como o nível de ruído. Outro aspecto importante, fica por conta do torque, que é disponibilizado de forma mais homogênea e constante. Como se não bastasse, são muito mais compactos e leves, possibilitando cofres de motor também menores, centro de gravidade do carro mais baixo, frentes menores e com melhor aerodinâmica (carros com motor dianteiro).

Desvantagens

Entre suas desvantagens incluem-se uma curva de potência não muito elástica e os problemas em manter uma vedação ideal entre os cantos do rotor e as paredes da câmara de combustão devido à dilatação térmica, o que causa algumas dificuldades devido ao rigor das especificações do projeto e às tolerâncias mínimas na produção.
Além disso o motor Wankel aquece muito mais que o motor a pistões, devido às altas rotações, trabalhando sempre no "limite", por assim dizer. Outra desvantagem é a alta taxa de emissão de gases poluentes.
Em 1996 foi patenteado o motor Quasiturbine, uma evolução do motor Wankel. Foi desenvolvido por uma equipe formada pela família canadense Saint-Hilaire, chefiada pelo físico Dr. Gilles Saint-Hilaire. No Quasiturbine, várias das desvantagens do motor Wankel foram eliminadas.

6-Quasiturbine

Esta animação demonstra as quatro fases de funcionamento do motor Quasiturbine. O motor aqui representado tem a configuração mais antiga QT-AC (AC = com "carruagens"). A seta vermelha indica o ponto de admissão (1), em vermelho a compressão (2), em amarelo a combustão (3), em cinza o escapamento (4). A seta preta indica o ponto de saída dos gases da combustão.

Quasiturbine, Qurbine, Kyotomoteur ou Kyotoengine  - é um motor rotativo patenteado em 1996. É uma evolução do motor Wankel. Foi desenvolvido por uma equipe formada pela família Saint-Hilaire de Quebec no Canadá chefiada pelo físico Dr. Gilles Saint-Hilaire. Ao contrário de bombas de palhetas, cuja extensão palheta é geralmente importante e contra a qual atua a pressão para gerar a rotação, as vedações de contorno do quasiturbine têm uma extensão mínima, a rotação não é resultado da pressão contra as vedações.
Este motor corrige deficiências dos motores de pistões.
Recebeu este nome pelo fato de seu funcionamento ser quase igual ao de uma turbina.

Vantagens x desvantagens

Vantagens

• Menores níveis de vibrações e ruídos.
• Nas baixas rotações proporciona maior torque.
• Com menor número componentes móveis, reduz a possibilidade de quebras ou desgastes.
• Requer menor lubrificação.
• A possibilidade de operar em qualquer posição. Opera de cabeça para baixo e até submerso.
• Versátil. Funciona com vários tipos de combustíveis: vapor, hidrogênio, diesel e até mesmo ar comprimido. Pode ser usado como compressor.
• Ocupa menor espaço e é mais leve.
• Menor emissão de poluentes.
• Menor consumo de combustível.
• Maior potência.

Desvantagens

Pode apresentar problemas devido a dilatação térmica. O motor Quasiturbine, geralmente é construído em alumínio e ferro fundido. Quando expostas ao calor suas peças podem expandir-se e contrair-se de formas diferentes, o que tende a provocar algumas fugas.
Problema semelhante existia na primeira geração de motores Wankel, mas com a evolução técnica, foi possível controlar estas dificuldades em ambos os casos.

Uso prático

O motor Quasiturbine já teve alguns usos práticos. Desde 1997 vem sendo empregado em motosserras pneumáticas. Seu baixo nível de vibrações pode prevenir o surgimento da doença de Raynaud (ou Síndrome da vibração)  em seus operadores.
Motores movidos a ar comprimido impulsionaram um kart em Novembro de 2004 e um pequeno automóvel apresentado em uma feira de Montreal a 25 de setembro de 2005. Manifestações foram feitas na Universidade de Connecticut «Brash Steam Car» em 2010, e outros produtos (Chainsaw e gerador).

Quasiturbine e a descrição das quatro fases de seu ciclo:
1 (azul) - admissão.
2 (rosa) - compressão.
3 (vermelho) - combustão.
4 (preto) - escapamento.
Em verde: vela de ignição.
Este motor está na configuração mais recente: QT-SC (SC = sem "carruagens")