Motor de combustão interna

Pequenas explosões, potência constante

Data
1876
Época
Era elétrica
Etapa
V Era elétrica
Dificuldade

Prancha

Legenda
  1. 1Válvula de admissão
  2. 2Válvula de escape
  3. 3Vela de ignição
  4. 4Êmbolo
  5. 5Biela
  6. 6Cambota
  7. 7Volante do motor

Anatomia

Êmbolo, em corte, com os seus três segmentosCarreto da cambota 20 dentes, carretos das cames 40: uma volta de came por duas da cambotaMistura fresca e gases queimados no cilindroAdmissão, compressão, explosão, escape: duas voltas da cambota por ciclo e uma só faísca. Diâmetro e curso (60 × 42 mm, 118 cm³), taxa de compressão 8,5:1 e desempenho (2,6 kW a 3600 rpm, 7,3 N·m a 2500 rpm) são os do Honda GX120; as suas válvulas à cabeça são desenhadas aqui uma de cada lado do cilindro, para que todo o ciclo caiba num só corte. O movimento está sessenta vezes mais lento.

Um motor de combustão interna queima o combustível dentro de um cilindro fechado; o gás quente empurra um êmbolo que faz girar uma cambota. O motor a gás de quatro tempos de Nicolaus Otto, de 1876, fixou o esquema que a maioria dos motores de automóveis, barcos e geradores ainda segue.

O que é

Um motor de combustão interna produz o calor dentro da própria máquina. A máquina a vapor queima o combustível debaixo de uma caldeira separada e envia o vapor para o cilindro. Aqui, uma pequena carga de ar e combustível arde no cilindro, e o gás produzido empurra diretamente um êmbolo.

O motor desta prancha é um monocilíndrico vertical, como os que se construíam nas décadas de 1880 e 1890: um cilindro de ferro fundido com alhetas de arrefecimento, um êmbolo que desliza no seu interior, uma cambota por baixo e um volante pesado que mantém o veio a rodar entre duas combustões. Os motores de automóvel atuais têm vários cilindros e ligas mais leves, mas continuam a transformar o impulso sobre um êmbolo em rotação por meio de uma biela e de uma cambota.

Como funciona

O êmbolo é uma espécie de tampão bem ajustado que sobe e desce no cilindro. Uma biela liga-o a um moente da cambota, e assim o vaivém do êmbolo transforma-se em rotação, tal como os joelhos de um ciclista fazem girar os pedais.

Um êmbolo com os segmentos e a biela, com a tampa da cabeça da biela desmontada Anéis elásticos alojados em ranhuras à volta do êmbolo vedam-no contra a parede do cilindro.

A maioria dos motores segue o ciclo de quatro tempos que Otto tornou prático. Num motor de ignição por faísca como o desenhado aqui, decorre assim. No primeiro tempo, o êmbolo desce com a válvula de admissão aberta e aspira uma mistura de ar e combustível. No segundo, as duas válvulas estão fechadas e o êmbolo sobe, comprimindo a mistura num pequeno espaço no topo do cilindro. Perto do ponto mais alto, uma faísca inflama-a (nos primeiros motores era uma chama ou um tubo incandescente). O gás aquece muito depressa e empurra o êmbolo para baixo: este terceiro tempo é o único que produz trabalho. No quarto, abre-se a válvula de escape e o êmbolo, ao subir, expulsa os gases queimados.

A cambota dá duas voltas por cada tempo motor, e o volante armazena energia suficiente para atravessar os outros três. Uma árvore de cames, que roda a metade da velocidade da cambota, abre cada válvula no momento certo.

Foi a compressão que deu vantagem ao motor de Otto. Uma mistura comprimida antes de arder liberta o seu calor a uma pressão mais alta, e uma parte maior desse calor transforma-se em trabalho. Na década de 1890, Rudolf Diesel levou a ideia mais longe: comprimia apenas ar até este ficar quente o bastante para inflamar o combustível nele injetado, sem qualquer faísca.

Como construir

Um motor que funcione é trabalho de precisão. São precisos uma fundição, um torno e uma mandriladora, instrumentos de medida ao centésimo de milímetro e um combustível fiável. O que se segue descreve como as peças eram fabricadas historicamente; não é um plano de construção.

Fundir o cilindro e a base. Os primeiros fabricantes fundiam o cilindro e a base em ferro fundido cinzento, fácil de maquinar e resistente ao desgaste. Depois, o cilindro era mandrilado perfeitamente redondo e direito. A camisa de água ou as alhetas faziam parte da mesma peça.

Fazer o êmbolo e os segmentos. O êmbolo, de ferro fundido e mais tarde de alumínio, era torneado um pouco mais pequeno do que o diâmetro do cilindro. Anéis abertos de ferro elástico ficam em ranhuras à sua volta e fazem pressão para fora contra a parede, para que o gás não passe.

Forjar a cambota e a biela. São as peças mais esforçadas. Forjavam-se em aço, eram depois torneadas e montadas em chumaceiras de bronze ou metal branco.

Afinar a distribuição e a ignição. As cames e, mais tarde, o magneto ou a bobina que produz a faísca têm de atuar no ponto certo do ciclo. Um erro faz o motor trabalhar mal ou dar um contragolpe.

Alimentar e arrefecer. Os motores de Otto funcionavam a gás de iluminação. Os motores a gasolina precisaram de um carburador para misturar ar e combustível na proporção certa. Qualquer motor precisa de arrefecimento a água ou a ar, e de óleo para que as peças móveis não gripem.

Segurança. O combustível e os seus vapores inflamam-se facilmente e podem explodir num espaço fechado. Os gases de escape contêm monóxido de carbono, que mata sem cheiro nem aviso: nunca ponha um motor a trabalhar no interior nem num espaço parcialmente fechado, mesmo com portas e janelas abertas. O volante, as correias e a manivela de arranque podem partir ossos, e um contragolpe ao arrancar à mão pode causar lesões graves. As peças quentes e a água de arrefecimento sob pressão provocam queimaduras.

História e evolução

Um motor a gás horizontal da década de 1880, com dois volantes e uma polia de correia Motores a gás fixos como este acionavam as máquinas das oficinas antes de os veículos a motor se generalizarem.

Havia dois séculos que se tentava mover um êmbolo com uma explosão. Christiaan Huygens fez experiências com pólvora na década de 1670, e em 1807 o suíço François Isaac de Rivaz patenteou um motor a hidrogénio, que mais tarde montou numa pequena carroça. O primeiro motor vendido em quantidade foi o motor a gás de Étienne Lenoir, de 1860. Parecia uma máquina a vapor de duplo efeito, mas queimava a mistura sem a comprimir e desperdiçava a maior parte do combustível.

Nicolaus Otto, caixeiro-viajante de Colónia, encomendou em 1861 a um mecânico local, Michael Zons, um motor segundo o modelo de Lenoir, para o estudar. Com o engenheiro Eugen Langen construiu um motor «atmosférico» que ganhou uma medalha de ouro na Exposição Universal de Paris de 1867; foram construídos vários milhares. Em 1876 Otto construiu o seu motor de quatro tempos com compressão. O francês Alphonse Beau de Rochas tinha descrito o mesmo ciclo num folheto de 1862 e, por esse motivo, a patente alemã de Otto foi anulada em 1886, deixando outras empresas livres para fabricar o motor.

O Benz Patent-Motorwagen de 1886, com o seu monocilíndrico e o volante horizontal debaixo do banco O carro de Benz tinha um monocilíndrico de quatro tempos com menos de um litro.

Gottlieb Daimler e Wilhelm Maybach, que tinham ambos trabalhado na empresa de Otto, construíram em 1885 um motor pequeno e rápido que girava a várias centenas de rotações por minuto. Os motores ficaram assim leves o bastante para um veículo. No mesmo ano, Carl Benz concluiu o seu automóvel de três rodas e pediu a patente em janeiro de 1886.

Em 1897, em Augsburgo, o motor de Diesel atingiu num ensaio um rendimento de 26,2 %, mais do dobro das máquinas a vapor da época. No século XX, os motores de combustão interna dominaram o transporte rodoviário, a agricultura, a navegação e os primeiros aviões. Os motores elétricos estão a substituí-los em muitos automóveis, mas a maioria dos motores de combustão construídos hoje ainda segue a sequência de quatro tempos que Otto pôs a funcionar em 1876.


Escreva um nome, uma data, um material, um domínio…