AGRUPAMENTO DE CILINDROS NOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA DE MOVIMENTO ALTERNATIVO

Motor de 16 cilindros em V do Bugatti Veyron - Fonte: Blog "The Garage"

O motores de movimento alternativo são, ainda, os motores de combustão interna mais difundidos. Como falado no post anterior, atendem um amplo leque de aplicações, ciclos térmicos de funcionamento, faixa de potência, entre outros. Isso resulta em outra grande diversidade de concepções construtivas e arquiteturas.  Um dos pontos que chama a atenção na arquitetura dos motores alternativos é o agrupamento de cilindros, em geral idênticos, formando uma única unidade motriz.  Encontramos motores desde um - os monocilíndricos - até os de dezesseis cilindros ou mais - os multicilíndricos

Motores de um só cilindro apresentam maior simplicidade de construção e de manutenção, além de maior fiabilidade. Pois, quanto mais cilindros possui um motor proporcionalmente maior é sua complexidade construtiva e de manutenção. Outra consequência da multiplicidade de cilindros é o incremento direto do risco de falhas.  Entretanto existem diversas razões para produção de motores multicilíndricos. Entre as principais razões para se ter motores multicilíndricos podemos destacar os seguintes objetivos:

• Adequação de dimensões e formato ao espaço de instalação
• Existência para motores Otto de valor de deslocamento volumétrico por cilindro ideal
• Melhor relação peso/potência
• Menor nível de ruído e vibrações

TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - CONCEPÇÃO MECÂNICA E CICLOS TÉRMICOS

Os motores de combustão interna podem ser de vários tipos. As variações passam por concepção, arranjo mecânico, arquitetura da unidade e ciclo térmico, entre outros. A coexistência de tantos tipos se justifica por haver um imenso leque de aplicações existentes, com requisitos preponderantes  bastante diferenciados, incluindo fatores críticos para algumas aplicações. De maneira que, na escolha de um motor, a relevância comparativa para cada componente do desempenho característico dependerá do tipo de aplicação pretendida. Como bem dizem; se as necessidades são diversas, as soluções tendem a serem múltiplas.

Atualmente, a variedade de tipos de motores de combustão interna conhecidos é imensa, e o número de variantes tipológicas é igualmente abundante. Pois, desde o surgimento dos primeiros motores de combustão interna práticos, que começaram a ser comercializados na década de 1860 por Lenoir, a quantidade de tipos que se afirmaram e continuam em produção é considerável. Há também os que não conseguiram obter êxito comercial, mas que por algum motivo continuam a serem considerados como uma possibilidade futura. E noutra ponta, há aqueles que chegaram a se afirmar, mas, que depois de  algum tempo foram suplantados pela concorrência, tendo sua concepção se tornado obsoleta, e devido a sua por sua importância histórica não merece ser esquecido, sendo o exemplo mais significativo os motores de dois tempos sem fase de compressão de Lenoir e os atmosféricos de Nikolas Otto - também sem ciclo de compressão.

MOTOR DIESEL - INVENÇÃO MOTIVADA PELA ECONOMIA

Moderno motor diesel - Fonte: Portal Um Como

PANORAMA NA ÉPOCA DO SURGIMENTO

O Motor Diesel foi o terceiro tipo de motor de combustão interna quanto ao ciclo de funcionamento.

Quando Rudolph Diesel conseguiu sua patente, em 1897, a Máquina a Vapor ainda imperava como principal força motriz. Entretanto, os motores a explosão já eram produzidos comercialmente há mais três décadas e haviam se tornado razoavelmente populares em alguns nichos, principalmente depois do motor de quatro tempos de Otto, a partir do qual os demais passaram a incluir uma fase de compressão, tornando-se muito mais econômicos, bem mais compactos e leves.

O principal combustível empregado nos motores a explosão era o gás de iluminação e de altos fornos. Porém, a nafta ou gasolina, até então considerada um indesejado subproduto da obtenção do querosene e que era descartado por falta de valor comercial,  começava a ser adotada como combustível nos motores a explosão, graças ao incentivo da indústria petrolífera e ao desenvolvimento do carburador.

Após refinamentos sucessivos, Diesel apresentou seu motor funcional em 1897 - Fonte: Wikipedia

IGNIÇÃO NOS MOTORES A EXPLOSÃO - O DOMÍNIO DA CENTELHA SOBRE A CHAMA

Motor  a gasolina de Gottlieb Daimler de 1883 com ignição por tubo quente - Fonte: Mercedes-Benz Blog

IGNIÇÃO ELÉTRICA JÁ NOS PRIMEIROS MOTORES COMERCIAIS

Os primeiros motores de combustão interna foram os motores a "explosão". Um dos grandes desafios que os inventores tiveram que resolver foi o de como inflamar a mistura ar-combustível confinada dentro do cilindro fechado e de forma controlada. Os dois  primeiros motores a obterem sucesso prático - primeiramente o dos italianos Barsanti e Matteucci e depois o de Lenoir - utilizavam a mesma solução: centelha elétrica.  Entretanto, em motores experimentais o sistema de ignição por centelha já havia sido utilizado pelo menos quase meio século antes. Um dos registros de pioneiros é o do motor movido a hidrogênio de Isaac de Rivaz, desenvolvido a partir de de 1804. Rivaz utilizou uma pilha de Volta para alimentar o circuito elétrico.

O primeiro motor de combustão interna a ser produzido comercialmente foi o de Lenoir, que utilizava ignição por centelha. Mas, durante as primeiras décadas de vida dos motores a "explosão", já como produto comercial, outros sistemas foram propostos com relativo sucesso até que a centelha viesse a se tornar o sistema padrão.

MOTORES SEMI-DIESEL - OS POPULARES CABEÇA QUENTE

Motor de bulbo quente monocilíndrico a quatro tempos marca alemã Hornsby-Akroyd  - Fonte: Wikipedia

 

HISTÓRICO

Os Motores de Bulbo Quente, que ficaram conhecidos no Brasil como Cabeça Quente, surgiram na Inglaterra, poucos anos após o registro da patente dos motores Otto, sendo sua patente anterior a do motor Diesel em mais de uma década.  Sua proposta era utilizar combustíveis derivados do petróleo mais pesados que a gasolina, os quais não se prestavam para utilização no motor de ciclo Otto por não serem vaporizados por dispositivos como o carburador. Vale salientar que os motores de bulbo quente se mostraram multicombustíveis, pois podiam consumir gás, gasolina, querosene e diversos tipos de óleos vegetais ou derivados de petróleo, até mesmo banha de porco e alcatrão vegetal (creosoto de madeira) são citados na literatura.

MOTORES DE DOIS TEMPOS - DIVERSIDADE DE TIPOS SOB UM MESMO NOME

*Adaptação do post  "Blue Cloud 2011- Os créditos pelo destacado 3=6", publicado no blog Carruagem sem Cavalo

Motor de dois tempos fabricado em 1905 - Fonte: Wikipedia

Os motores de dois tempos são motores de combustão interna a pistão que têm seu ciclo térmico efetivado em dois tempos mecânicos, onde tempo mecânico corresponde ao deslocamento completo de avanço ou recuo do pistão. O ciclo de dois tempos pode estar associado tanto aos motores de explosão como aos do tipo diesel. Também é importante destacar que na história existem dois tipos de motores de dois tempos a explosão, os sem compressão, anteriores aos motores de quatro tempos, e os com compressão, posteriores aos motores do ciclo Otto.

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - HISTÓRICO DO DESENVOLVIMENTO - DOS PRECURSORES AOS DIAS ATUAIS

SURGIMENTO EM PLENO DOMÍNIO DA MÁQUINA A VAPOR

Moderno motor de combustão interna veicular - Fonte: Spiegel online

        O surgimento da máquina a vapor abriu novas possibilidades de produção industrial gerando forte auto demanda. O conhecimento adquirido e o aperfeiçoamento técnico que seu sucesso comercial trouxe aos meios de produção e manufatura mecânica passou a viabilizar a materialização de ideias e inventos com muito mais facilidade. Contrariamente, a eficiência alcançada pela máquina a vapor, principalmente depois de Watt, dificultava a introdução de novas forças motrizes distintas que não tivessem eficiência comparável ou outras vantagens globais. Parece ser esse o motivo que mais contribuiu para que o aparecimento do motor de combustão interna demorasse tanto desde as primeiras ideias até seu desenvolvimento pleno, apesar de possuir a maior parte de seus componentes básicos conceitualmente comuns a sua antecessora, a máquina a vapor.

O motor de Samuel Brown, um dos precursores dos motores de combustão interna - Fonte: Wikipedia

Certo é que o motor de combustão interna como conhecemos é fruto de muitos inventores e teóricos que aos poucos foram idealizando conceitos e concebendo os diversos sistemas auxiliares que formam um motor de combustão interna. Provavelmente muitas contribuições importantes ficaram sem registro. Por outro lado, muitas receberam descrições pouco consistentes dificultando seu reconhecimento. 

PRECURSORES

Alguns autores consideram Christiam Huygens e Denis Papin os precursores dos motores de combustão interna. Apesar de ter se limitado a experimentos, o engenho dotado de cilindro e pistão construído por Huygens, por volta de 1680, e depois refeito por  Papin, em 1690, para demonstrar o poder da pressão atmosférica usava pólvora, que era inflamada dentro do cilindro para produzir massa de ar quente. Essa massa de ar no cilindro produzia trabalho não por expansão, pois a pressão no cilindro nunca era maior que a atmosférica, mas, por depressão provocada pelo posterior esfriamento externo do cilindro com a válvula fechada.

Os aparatos não produziam trabalho prático, nem tinham funcionamento cíclico. Foram substituídos nas experiências dos inventores por outros que utilizavam água para produzir vapor no cilindro através do aquecimento externo e que inspirou as primeiras máquinas a vapor de uso geral. Os experimentos de Huygens e Papin não eram ainda a proposta de um motor propriamente dito, mas, certamente os conceitos básicos ganharam registro prático e devem ter servido de aporte e inspiração para muitos inventos posteriores que resultaram no motor de combustão interna.