Concluindo...

Desde a invenção do primeiro motor no século XVIII até os dias atuais houve uma grande evolução em sua engenharia. Sempre buscando melhor desempenho e maior economia os motores foram se tornando menores, mais baratos, menos barulhentos, mais potentes e mais eficazes.
Com a crescente preocupação ambiental outro fator preocupou os engenheiros na fabricação de novos motores: a utilização de combustíveis menos poluentes.
A dificuldade de um motor totalmente elétrico é o fato de ter que recarrega-lo constantemente, como uma bateria de celular. O desenvolvimento de motores hibridos trouxe a solução para esse problema. Um carro híbrido tenta incorporar as forças de ambos os motores (combustão à gasolina e elétrico) enquanto elimina muitos dos problemas que afetam os carros. Para carros à gasolina, esses problemas incluem barulho, combustível caro e emissão de poluentes. Os carros elétricos, como já mencionamos, por funcionarem à bateria, têm sido evitados pelo mercado devido à curta duração das baterias e à necessidade constante de recarregá-las.
Um carro híbrido não precisa ser conectado para uma recarga - sempre que você pisa nos freios, uma parte dessa energia é armazenada nas baterias. Se as baterias realmente ficarem fracas, o carro pode funcionar à gasolina até que motor à combustão as recarregue.

Novas tecnologias ainda estão sendo testadas e há sempre a busca por melhores motores. Numa evolução de quase dois séculos chegamos aos motores hibridos, e atualmente, com a grande produção tecnológica, quem sabe daqui a alguns anos chegaremos nos tais carros voadores? Antes do que imaginamos...

Chegando no mercado...

A Ford já lançou um utilitário com o motor hibrido. O Ford Escape Hybrid.
Até 2005, a maioria dos carros híbridos eram pequenos e não tinham muita potência de motor ou espaço para carga. O Ford Escape Híbrido muda tudo isso.

O Escape Híbrido é um SUV (Veículo Utilitário Esportivo) que faz até 57 quilômetros por litro. Isso não o faz tão eficiente como alguns híbridos, mas faz com que uma família de quatro pessoas economize bastante na hora de abastecer.



Em um sistema híbrido completo, o motor à gasolina e o motor elétrico podem funcionar separadamente ou ao mesmo tempo. O sistema híbrido do Escape opera em quatro fases.

1. Iniciar/parar - quando você vira a chave de ignição do Escape Híbrido, o motor elétrico começa a funcionar. O motor elétrico, por sua vez, inicia o motor à gasolina. O carro então executa uma série de checagens para determinar se pode mudar para o modo apenas elétrico: ele checa se as baterias estão carregadas, se as temperaturas de operação estão normais e se as configurações de controle de clima interior estão dentro do limite apropriado (a configuração máxima do ar condicionado requer que o motor à gasolina esteja funcionando). Se tudo estiver funcionando, o motor será desligado deixando o carro funcionando apenas sob a energia elétrica. Este processo leva apenas um ou dois segundos.
Quando você vai parar o Escape Híbrido, o motor à gasolina desliga. O carro funciona apenas no modo elétrico enquanto você espera em um sinal fechado ou em um drive-thru. A Ford fez trabalhou bastante para fazer os ciclos de liga/desliga do motor à gasolina o mais suave possível, mas foi verificada uma pequena vibração no veículo quando o motor foi ligado ou desligado. Isto é comum em todos os carros híbridos.

2. Direção elétrica - quando o escape Híbrido acelera depois de uma parada, ele o faz sob energia elétrica. Motores elétricos são bons em gerar força em faixas baixas de rpm, então são perfeitos para esta finalidade. A cerca de 40 km/h, o motor à gasolina começa a voltar. Se você está dirigindo no tráfego pesado da cidade, poderia utilizar durante todo o dia apenas a energia elétrica. O motor elétrico e o motor à gasolina operam em paralelo em estradas de alta velocidade.

3. Freios regenerativos - sempre que você pisa no freio em um carro, a energia mecânica do movimento do carro é dissipada como calor. Em um carro híbrido, os freios pegam parte dessa energia e, usando o motor elétrico como um gerador, colocam essa energia nas baterias. É por isso que, atualmente, os híbridos obtêm melhor desempenho em iniciar/parar quando dirigidos na cidade do que quando dirigidos em estradas de alta velocidade. Toda luz vermelha recarrega as baterias.
Para maximizar a energia dos freios regenerativos, é importante parar gradualmente. Pisar com força nos freios ativa o sistema regular de freios anti-trava e a energia é desperdiçada.

4. Cruzamento elétrico assistido - em estradas de velocidades moderadas (de aproximadamente 80 a 110 km/h), o motor à gasolina faz a maior parte do trabalho. Ele é mais eficiente nessa faixa de velocidade. Porém, devido ao Escape Híbrido ter um pequeno motor quatro-cilindros, ele necessita de uma pequena ajuda para fazer a passagem do motor elétrico para o motor à gasolina. Quando é necessario acelerar mais o carro, o motor elétrico contribui e adiciona a sua potência ao motor à gasolina.

Novo motor de ciclo híbrido economiza 50% de combustível

O Dr. Nikolay Shkolnik já havia feito história ao desenvolver o conceito de um motor a combustão com um pistão líquido. Agora, juntando elementos de vários tipos de motores - Otto, Diesel, Atkinson e Rankine - o Dr. Shkolnik inovou mais uma vez e inventou um novo tipo híbrido de motor que é muito mais eficiente do que os motores utilizados pelos automóveis atuais.

O novo motor a combustão é baseado em um Ciclo Híbrido de Alta Eficiência (HEHC: High Efficiency Hybrid Cycle), que faz com que ele atinja uma economia de combustível de até 50% em relação aos motores atuais

Além dos 50% de economia de combustível, o novo motor HEHC também tem apenas a metade do tamanho de um motor convencional de mesma potência e emite 70% menos gases nitrogenados (NOx). Seu ciclo híbrido mais simples permite que a quantidade de partes móveis seja 85% menor, o que deverá baixar seu custo de produção e exigir menos manutenção.

Os motores a combustão dos automóveis atuais não são nenhum exemplo de alta eficiência: apenas 30% da energia química contida no combustível é transformada em potência para movimentar o carro. 40% é perdido na forma de calor e outros 30% são exauridos na forma de gases pelo cano de escapamento.

No novo motor, o ar puro, sem combustível, é inicialmente comprimido a uma taxa bastante alta (> 18) em um cilindro compressor no interior do motor. A seguir esse ar é dirigido para uma câmara de combustão isolada, onde o combustível é também injetado e entra em ignição.
A combustão ocorre sob condições verdadeiramente isocóricas - o volume se mantém mesmo quando a temperatura se eleva, - o que faz com que a combustão continue até que todo o combustível tenha sido queimado.
Os gases resultantes da combustão se expandem rumo a um cilindro de expansão, que possui um volume maior. Como opcional, uma pequena quantidade de água pode ser utilizada para facilitar o resfriamento, a lubrificação e o fechamento da câmara de combustão e dos pistões.

Veículos Elétricos Híbridos e a Evolução dos Motores Térmicos

No final do século passado começou uma revolução na tecnologia de acionamento com a entrada no mercado do Veículo Elétrico Híbrido (VEH).
No VEH, o acionamento das rodas é feito por um motor elétrico. Na versão mais simples, um motor de combustão interna (MCI) aciona um gerador, que gera a energia elétrica necessária. Quando a necessidade de energia do motor elétrico é inferior à capacidade do gerador, o excedente é estocado em baterias. Ao contrário, quando a demanda por potência supera a capacidade do gerador, as baterias suprem a energia necessária. Um computador controla as operações, desligando ou ligando o MCI em função do estoque de energia das baterias. Gerencia, ainda, o freio regenerativo, que transforma o motor elétrico em gerador criando uma força que freia o carro ao mesmo tempo que produz energia elétrica que é estocada nas baterias para uso futuro.
Neste arranjo o MCI ou está desligado ou opera com rotação bem definida e atendendo à carga do gerador que não varia. Ou seja, trabalha na condição ótima para um MCI, quando é mais eficiente, emite menos poluentes e tem a vida prolongada. As necessidades de torque e rotação das rodas, que variam o tempo todo, são bem atendidas pelo motor elétrico que apresenta uma eficiência elevada nas diversas rotações, inclusive nas arrancadas do carro parado.

Embora ainda seja mais caro que o veículo convencional equivalente, o VEH tem grande aceitação por ser mais confortável, menos poluente e bem mais econômico. Estas são características importantes considerando os preços do petróleo e as pressões crescentes para reduzir as emissões veiculares razão pela qual seu uso vem crescendo muito.

Motor 16 válvulas

Este tipo de motor a explosão é idêntico ao ciclo otto, sua principal diferença é a adoção de mais duas válvulas por cilindro, que trabalham simultaneamente as duas ja existentes, cada cilindro possui 4 válvulas (4cilindros x4válvulas = 16válvulas), aumentando o fluxo de gases do motor, assim desenvolvendo maior potência.
Por se tratar de um motor de alta tecnologia são necessários cuidados especiais. O proprietário de um automóvel equipado com um motor 16 V. deve ficar atento ao tipo de óleo lubrificante que está usando, bem como o profissional que presta manutenção. Um motor 16 V. requer um profissional experiente neste tipo de Motor, é comum Mecânicos sem conhecimento alegarem que o motor é problemático, o que não é verdade, a verdade é que o motor devido a sua tecnologia exige conhecimento da parte do profissional. O prazo para troca do óleo e a troca da correia dentada, estes indicados no manual do proprietário do automóvel, devem ser rigorosamente obedecidos para evitar uma quebra do motor e um gasto muito maior do que se teria realizando a manutenção correta do motor.

Motor de ciclo Rankine

Com o objetivo de aumentar o rendimento dos seus veículos híbridos, a Honda decidiu aproveitar até mesmo o calor gerado pelo motor. A solução adotada é chamada de motor de ciclo Rankine. O motor Rankine é um sistema de ciclo termodinâmico que converte uma fonte de calor - neste caso o calor exaurido pelo motor - em trabalho.
A empresa Cummins já utiliza um ciclo Rankine para aumentar a eficiência dos seus motores diesel.
A unidade de co-geração aumenta a eficiência total do veículo híbrido recapturando o calor dissipado pelo motor de combustão interna e transformando-o em eletricidade para recarregar as baterias, usadas para acionar os motores elétricos.
A empresa afirmou ter escolhido o ciclo Rankine como a melhor opção técnica, depois de ter avaliado a incorporação de uma turbina a gás e de um motor Stirling. Segundo os engenheiros, a faixa de temperatura em que um motor a combustão opera combina de forma mais eficiente com o motor Rankine.

Outros tipos de Motor

Está certo que os motores baseados nos ciclos Otto e ciclo Diesel estão entre os mais usados nos veiculos automotores atuais. Mas a crescente busca por novas tecnologias, que aumentem o desempenho do motor com menor consumo de combustível e o uso de combustíveis alternativos, levou ao desenvolvimentos de novos tipos de motores que vêm se tornando mais populares entre as grandes montadoras.
Vamos falar sobre alguns deles...

MOTOR ATKINSON

O Atkinson é basicamente um motor de ciclo Otto com um motor de diferentes meios de ligação entre o pistão à cambota. Ele foi originalmente desenhado para competir com os motores Otto, mas sem infringir a qualquer das patentes da Otto.
Foi inventado por James Atkinson, em 1882, para proporcionar eficiência, à custa da potência e começa a ter em aplicações modernas em motores eletricos hibridos.

O ciclo de Atkinson consiste nas seguintes operações:

1 Compressão adiabática
2 Adição de calor a volume constante.
3 Expansão adiabática.
4 Rejeição de calor a pressão constante.

Tipos de motores de acordo com sua configuração

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.

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.

Motor boxer: utiliza duas fileiras de pistões horizontais e contrapostas, ficou popularmente conhecido por equipar o modelo Fusca da marca Volkswagen.

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

Esquema do ciclo de Otto - 4 tempos

O inventor do Motor Otto e a patente do motor Diesel

Primeiros Carros...

Carro Benz, de 1910

Ao longo de mais de um século, a evolução dos Motores de combustão interna para uso automotivo nos legou, de uma dezena de ciclos possíveis, apenas os motores dos tipos Otto e Diesel. Como são vendidos dezenas de milhões de veículos por ano em um mercado muito competitivo, é interessante analisar como se deu esta “seleção de espécies” que resultou também no uso da gasolina e óleo diesel como principais combustíveis, o que também reforçou a opção por aqueles ciclos. Acredito que um dos principais fatores foi a capacidade destes motores se adaptarem ao tipo de acionamento dos veículos que ao longo de todos estes anos, se caracterizou pela existência de uma conexão mecânica direta entre os Motores de combustão interna e as rodas.


Motor Otto


Foi definido por Beau de Rochas e implementado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876
Motores baseados neste ciclo equipam a maioria dos automoveis de passeio atualmente. O ciclo a quatro tempos é mais eficiente e com combustão menos poluente que o ciclo a dois tempos, mas requer consideravelmente mais partes móveis e mais habilidade do construtor e resulta em um motor maior e mais pesado que um motor de dois tempos com a mesma potência.


Motor a diesel


Ou motor de ignição por compressão é um motor de combustão interna inventado pelo engenheiro alemão Rudolf Diesel (1858-1913), em que a inflamação do combustível se faz pelo aumento na temperatura provocado pela compressão da mistura inflamável. A principal diferença entre o motor a gasolina e o motor diesel é o seguinte: enquanto que no motor a gasolina funciona com a taxa de compressão que varia de 8:1 a 12:1, no motor diesel, a taxa de compressão é alta, e varia de 14:1 a 25:1. Na câmara de combustão, cheia de ar comprimido, injecta-se óleo no momento de máxima compressão e a alta temperatura faz com que o óleo se inflame, sem a necessidade de velas de ignição. Ele desenvolveu esse metódo quando aperfeiçoava motores para substituir as máquinas a vapor.
Não existe propriamente uma invenção para um motor a óleo diesel; o que existe é a adequação de um motor convencional, de quatro tempos ou dois tempos, para um sistema de alimentação por injecção, em vez de aspirado e ausência completa do Sistema de ignição eléctrica, o que permite que funcione totalmente imerso em água, desde que não entre água pela admissão. O ar é admitido e comprimido no cilindro, atingindo temperaturas que variam de 700 a 900°C ao mesmo tempo em que se forma uma alta taxa de oxigénio, então no momento em que seria criada a centelha "no ponto morto superior" em um motor a gasolina, no diesel é injectado o combustível directamente na câmara de combustão, criando a combustão.
Quando o tempo está frio, o ar ao ser comprimido poderá não atingir a temperatura suficiente para a primeira ignição, mas esses obstáculos têm vindo a desaparecer em virtude das injeções electrônicas diretas e a maior rotação do motor de partida. Nos modelos antigos ou lugares muito frios costuma-se usar velas de incandescência no tubo de admissão para minimizar esse efeito sendo que alguns motores estacionários ainda usam buchas de fogo e a partida é feita com manivelas.
Tradicionalmente o ciclo diesel utilizava-se em motores grandes e de poucas rotações por minuto que utilizavam um ciclo de dois tempos (principalmente em navios e caminhões), embora no seu uso em automóveis usasse um ciclo de quatro tempos.
Os quatro tempos do ciclo diesel são:

1.Admissão de ar
2.Compressão de ar
3.Expansão da mistura ar combustível
4.Escape

O combustível utilizado atualmente pelos motores diesel é o gasóleo (O invento original rodou com óleo vegetal ), um hidrocarboneto obtido a partir da destilação do petróleo a temperaturas de 250°C e 350°C. Recentemente, o diesel de petróleo vem sendo substituído pelo biodiesel e por óleo vegetal a partir da tecnologias de conversão, que são fontes de energia renovável.

Desde o ínicio...

A invenção do motor a vapor, por Thomas Savery, no séc. XVIII, deu início à Revolução Industrial, facilitando a produção em massa nas fábricas e os transportes. Ele foi aperfeiçoado por James Watt, que tinha o costume de comparar seus motores à cavalos, que eram o único meio de transporte anterior à sua invenção. Por isso a potência dos motores é medida em “cavalos” ou HP (horse power).
No final do séc. XIX, a invenção dos motores a explosão marcariam o maior avanço no setor de transportes, pois viabilizaria a produção de automóveis e aviões que, com o motor a jato tornariam corriqueiras as longas viagens.
O primeiro motor de combustão interna, construído em 1860 pelo belga Étienne Lenoir , era movido a gás de carvão, tinha um único cilindro e consumia muito combustível. Um motor melhor foi construído em 1876 por um engenheiro alemão, Nikolaus August Otto, que reinventou o princípio do motor de quatro tempos (ciclo Otto), proposto pela primeira vez em 1862 e em seguida esquecido. O motor de quatro tempos é utilizado na maior parte dos automóveis atuais.
A partir dai, 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. Portanto, os motores a combustão interna continuarão sendo nos próximos anos a principal forma de propulsão dos veículos, justificando as intensas atividades de pesquisa e desenvolvimento que estão sendo feitas, a nível mundial, no sentido de atender aos desafios de redução das emissões de poluentes e de adequação ao uso de combustíveis alternativos.
Nosso objetivo com esse trabalho é entender a evolução tecnológica que estes motores sofreram até hoje, e para isto vamos discorrer sobre os diversos tipos e seus mecanismos de funcionamento. O conhecimento amplo sobre a mecânica dos motores é primordial para a base de novas pesquisas sobre o tema e desenvolvimento de melhores tecnologias no futuro.

A pesquisa...

Esse blog tem por finalidade publicar os resultados de uma revisão bibliográfica sobre o tema "tecnologia dos motores".
Aos poucos vamos postar aqui sobre a evolução dos motores e seus principios termodinâmicos.
A pesquisa está sendo realizado por um grupo de alunos do curso de graduação do curso de Engenharia Mecatrônica da PUC-MG.

Bem vindos!