O que há de diferente nos motores de ciclo Atkinson e Miller?

Motor a combustão dos híbridos adota ciclo próprio para melhorar rendimento e tirar mais partido da força elétrica

Nos carros híbridos, não basta colocar um motor elétrico para aliviar a barra do motor a combustão. Este também precisa trabalhar de forma mais eficiente para alcançar bons números de consumo e emissões mesmo em estradas, quando o motor elétrico entra menos em ação. É aí que entram motores ciclo termodinâmico alternativos ao Otto, como o Atkinson e o Miller.

Um motor de ciclo Otto (o mais comum entre os motores a gasolina e flex) trabalha com quatro tempos iguais: admissão, compressão, expansão e exaustão. Em linguagem técnica, no ciclo Otto o ponto-morto inferior (ponto mais afastado do pistão em relação ao cabeçote) é quase o mesmo tanto no início da compressão da mistura ar-combustível quanto no fim da expansão dos gases. Isso gera um desperdício de energia na compressão.

Já no ciclo Atkinson clássico (criado em 1982), o pistão se desloca mais até chegar ao ponto-morto inferior na expansão que na compressão, ou seja, o pistão vai mais longe depois da queima. Como o tempo de expansão dos gases é maior que o da compressão, o motor tem de fazer menos força na compressão, o que aproveita melhor a energia liberada, reduzindo as perdas por bombeamento.

Um motor de ciclo "Atkinson" moderno é fisicamente igual a um de ciclo Otto. A diferença está no tempo de abertura da válvula de admissão (1). Ao ficar aberta por mais tempo, ela diminui a fase da compressão (2), que começa acima do PMI (ponto-morto inferior), e aumenta o curso da de expansão, permitindo aproveitar melhor a energia da queima do combustível (3).

Um motor de ciclo “Atkinson” moderno é fisicamente igual a um de ciclo Otto. A diferença está no tempo de abertura da válvula de admissão (1). Ao ficar aberta por mais tempo, ela diminui a fase da compressão (2), que começa acima do PMI (ponto-morto inferior), e aumenta o curso da de expansão, permitindo aproveitar melhor a energia da queima do combustível (3).

O fechamento da válvula de admissão (4), que se dá quando o pistão acabou de passar pelo PMI (ponto-morto inferior) (5), no ciclo Otto, inicia o curso de compressão (6). Com isso, quase todo o curso de subida do pistão é de compressão (7) e esse curso é muito próximo do de expansão. Isso aumenta as chamadas perdas por bombeamento.

O fechamento da válvula de admissão (4), que se dá quando o pistão acabou de passar pelo PMI (ponto-morto inferior) (5), no ciclo Otto, inicia o curso de compressão (6). Com isso, quase todo o curso de subida do pistão é de compressão (7) e esse curso é muito próximo do de expansão. Isso aumenta as chamadas perdas por bombeamento.

O segredo de James Atkinson, inventor desse ciclo, estava em uma conexão diferente do pistão com o virabrequim, o que tornava o motor mais complexo, caro e sujeito a quebras. Não é o que acontece nos motores de Fusion Hybrid, Toyota Prius e Lexus CT200h, em tudo iguais a um de ciclo Otto. “Na verdade, esses motores estão mais para o ciclo Miller do que para o Atkinson”, afirma Clayton Zabeu, da Comissão de Motores Ciclo Otto da SAE Brasil.

O ciclo Miller consegue efeito parecido mudando o tempo de acionamento das válvulas de admissão. Em vez de se fecharem quando o pistão chega ao ponto-morto inferior, como no ciclo Otto, elas só o fazem quando ele já está voltando em direção ao cabeçote.

Com isso, parte da mistura volta ao coletor de admissão e a expansão fica maior que a compressão. Só não são chamados de Miller por não trabalharem com turbo ou compressor mecânico, que compensam a queda de potência em relação aos Otto nos carros que não são híbridos.

Apesar da maior economia de combustível, a redução de potência nestes motores é grande. O motor a gasolina do Toyota Prius e do Lexus é um 1.8 que rende modestos 98 cv e 14,2 mkgf de torque, números que seriam poucos até mesmo para um 1.4. No caso do Fusion Hybrid, seu 2.0 gera 143 cv e 18 mkgf de torque, enquando o antigo 2.0 Duratec tinha 148 cv e 19,5 mkgf com ciclo Otto. Em ambos os exemplos, a potência inferior do motor à combustão é equilibrada pela força do motor elétrico.

Mas há exceções. Graças ao variador de fase no comando de válvulas, os novos motores 1.0 e 1.3 Firefly da Fiat conseguem trabalhar momentaneamente em ciclo Miller apenas quando não se exige muita potência, melhorando o consumo sem a necessidade de uma fonte de energia extra. Já o motor 2.0 TFSI do novo Audi A4 trabalha em ciclo B.

Motor Ciclo B da Audi

Desenhos exemplificam o motor ciclo B da Audi. Note que a quantidade de ar admitida é menor (Divulgação)

Os motores de ciclo B da Audi são muito parecidos com os Miller. A diferença está em reduzir o tempo de admissão em vez de aumentar o tempo de expansão, sem abrir mão do turbocompressor. Ao reduzir a quantidade de ar admitida, torna-se necessário menos combustível para se obter a queima perfeita, enquanto o turbo ajuda a reduzir a perda de potência decorrente da menor massa da mistura ar-combustível.

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