Por que os motores dos Honda sofrem da pecha de serem “sem torque”? Por que o motor AP aguenta preparações mais pesadas? O que todos os motores turbinados têm em comum?

A resposta mora neste importante parâmetro de projeto de um motor: a relação diâmetro x curso.

Este artigo trata da influência deste importante parâmetro no projeto de um motor a combustão interna e como a proporção entre diâmetro e curso influencia no funcionamento das unidades motrizes dos veículo, para todos os combustíveis e ciclos.

MOMENTO DE INÉRCIA

O projeto básico de um propulsor passa pela definição das características de suas partes móveis, especialmente pistões e bielas. Eles exercem influência no desempenho, consumo, peso, nível de ruído e vibração, disponibilidade de torque e potência, rotação média, tipo de transmissão utilizado, durabilidade, manutenção e todo o funcionamento do conjunto motriz.

O conceito de momento de inércia se traduz na maior ou menor facilidade em fazer os componentes do motor se movimentarem. Quanto menor ele for, menos energia térmica o motor despende para transformá-la em energia mecânica, entregando maior torque e potência.

A desvantagem reside na menor resistência e durabilidade de componentes de baixa inércia, devido ao desenho mais delgado. Por outro lado, pode-se empregar materiais mais nobres, com bom compromisso entre leveza e resistência. A preços mais elevados, naturalmente.

No lado oposto, unidades com foco na alta durabilidade recebem componentes robustos e “pesados” – com alto momento de inércia -, a fim de assegurar vida útil mais longa. O preço pago reside em desempenho e consumo ligeiramente mais elevados, caso não se empreguem materiais de alta resistência.

Em linhas gerais, os engenheiros buscam o equilíbrio entre peças “leves” e “pesadas” para obter um bom equilíbrio entre desempenho, consumo e durabilidade.

PROPORÇÃO DIÂMETRO X CURSO

A escolha dos materiais dos componentes depende das dimensões escolhidas como parâmetro. A proporção entre o diâmetro e curso dos pistões está no centro da maioria dos projetos de motores de combustão interna, pois as especificações do restante do conjunto derivam deste quociente.

Os motores superquadrados, quadrados e subquadrados possuem características muito distintas e suas aplicações ocorrem em tipos de veículos muito variados. O foco em força ou velocidade é uma determinante da escolha de diâmetro e curso, assim como a presença de turbocompressores, o combustível utilizado e a vida útil esperada.

Os itens abaixo detalham os prós e contras de cada configuração, com exemplos de veículos que as utilizam.

MOTOR SUPERQUADRADO

Apelidado de motor de “biela curta”, os motores superquadrados possuem o diâmetro do pistão maior em proporção ao curso. Como as bielas são mais “leves” devido ao menor comprimento, esta configuração é ideal para propulsores que operam em altas rotações. São chamados de motores “giradores” pelos gearheads.

Exemplos de veículos que utilizam motores superquadrados são os monopostos de Fórmula 1, motocicletas esportivas (speed) e propulsores de preparação aspirada, com corte de giro em altas rotações, como os que equipam os esportivos da Alfa Romeo e Honda.

Os motores superquadrados se destacam pela alta potência entregue em motores de baixo deslocamento volumétrico (“cilindrada”), obtido em altas rotações. Sua potência específica supera os 120 cv/litro com frequência. Leia mais sobre potência específica neste artigo.

Motores superquadrados entregam bom desempenho com consumo moderado quando conduzidos em seu regime de trabalho ideal e se mostram ideais para preparação aspirada e aplicação em veículos leves e esportivos, com prioridade para o desempenho em altas velocidades.

As desvantagens desta configuração consiste no baixo torque gerado e desempenho acanhado em baixas rotações, tornando a condução destes modelos pouco prazerosa em ciclos urbanos, com retomadas lentas em subidas e perda de desempenho ao rodar com o veículo carregado.

A necessidade de altas rotações para o correto funcionamento do motor superquadrado reduz sua vida útil. A menor vida útil também advém do menor peso dos componentes móveis, os quais são mais delgados para reduzir a inércia em altos giros.

Exemplo de modelo que utiliza motor superquadrado

Honda Civic VTi 1.6 16V 1993

Diâmetro X Curso: 81 mm X 77,4 mm

MOTOR QUADRADO

O motor quadrado possui, a rigor, diâmetro dos pistões de medida igual ao de seu curso. Na prática, considera-se quadrado o motor cujas dimensões apresentem diferença máxima de 10 milímetros.

O equilíbrio entre torque e potência busca um compromisso entre todos os parâmetros. Desempenho, consumo, peso, custo de produção e manutenção, durabilidade, tudo na média.

Na maioria das aplicações convencionais, aspiradas, o motor quadrado se mostra comum em carros de alto volume de vendas.

Não necessita de materiais nobres (e caros), entrega performance e eficiência condizentes com a proposta dos modelos de massa, facilita a oferta de peças e a execução de serviços e oferece boa flexibilidade na criação de variantes da mesma linha de motores.

Via de regra, motores quadrados possuem baixo custo de projeto, fabricação e maior versatilidade na diversificação de opções de motores de uma mesma linha. Em muitos casos, o fabricante utiliza os mesmos pistões e altera o deslocamento volumétrico pela simples substituição de bielas.

Por exemplo, uma família de propulsores disponibiliza versões 1.4, 1.6 e 1.8 mantém os pistões e demais componentes móveis com poucas alterações, variando apenas o raio do virabrequim e novo mapeamento de injeção, específico para cada versão. Versões para outros mercados e combustíveis também ganham economia de tempo e custos em seu desenvolvimento.

Grosso modo, estas variantes costumam ganhar os apelidos de “biela curta” e “biela longa”. Em algumas preparações, especialmente os projetos que recebem turbo, a troca de componentes que alteram o curso do pistão proporciona melhores torque e resistência.

Tais qualidades são destaque dos motores subquadrados, assunto do próximo item.

Pouquíssimos modelos são equipados com motores quadrados, com as mesmas dimensões de diâmetro e curso dos pistões. Um deles é o GM Vectra B 2.0 8V 1997 da imagem abaixo.

Para a linha 1999, o deslocamento da unidade da Família II foi aumentado de 2.0 para 2.2, mantendo o diâmetro do pistão e aplicando novas bielas e virabrequim, aumentando o curso de 86 mm para 94,6 mm, tornando-o subquadrado.

Exemplo de modelo que utiliza motor quadrado

GM Vectra B 2.0 8V

Diâmetro X Curso: 86 mm X 86 mm

Motor subquadrado

Apelidado de “biela longa”, o motor subquadrado possui diâmetro do pistão menor que seu curso. Sua construção se baseia em partes móveis de alto momento de inércia, ou seja, “pesados”.

Para movimentar essa maior massa móvel por um curso mais longo, o propulsor despende maior energia térmica, resultando em alto torque. A contrapartida reside no maior consumo e menor potência entregue, posto que motores subquadrados operam com menor rotação média.

Outro trunfo dos motores subquadrados reside em sua grande robustez resistência. As partes móveis “pesadas” suportam altas cargas na cabeça dos pistões e gera torque. generoso. Os componentes “parrudos” se mostram ideais para aplicação em motores sobrealimentados (turbo), gasolina ou diesel, e veículos de trabalho.

A esmagadora maioria dos propulsores turbocomprimidos, originais ou preparados, são do tipo subquadrado. A enorme quantidade de forças mecânicas que os pistões recebem, devido à pressão e volume que a admissão forçada gera na cabeça dos pistões, demanda componentes muito resistentes.

Motores turbinados entregam torque máximo em baixas rotações, criando um platô a partir das 1500-2000 rpm até a região do regime de potência máxima, em grande parte dos casos. Esta abundância de força permite que o conjunto opere em rotações médias inferiores ao de suas variantes aspiradas, assim como sua potência máxima aparece em giros mais baixos.

Esta é a combinação ideal para o uso de um motor subquadrado. Historicamente, esta configuração aparece em mais da metade dos automóveis oferecidos, na quase totalidade de veículos pesados e até mesmo em uma boa parcela de motocicletas, especialmente as do tipo custom, tais como as Harley-Davidson, Indian e congêneres.

As partes móveis robustas prolongam a vida útil das unidades, proporcionando grande durabilidade. Motores projetados para rodar mais de 300 mil quilômetros sem retífica, a exemplo da linha AP, da Volkswagen (foto abaixo), também são da configuração subquadrado.

Exemplo de modelo com motor subquadrado

Volkswagen Santana GLS 2.0

Diâmetro X Curso: 82,5 mm X 92,8 mm

QUADRO-RESUMO

FORÇA OU VELOCIDADE?

As duas fórmulas elementares da engenharia de motores afirmam que:

1. Potência é igual ao produto da força pela velocidade (Potência = Força * Velocidade);
2. Potência é igual ao produto do torque pela rotação (Potência = Torque * Rotação).

A partir daí, ambos os parâmetros devem ser escolhidos para orientar o tipo de motor. Então, a dedução sobre a utilização de motores superquadrados, quadrados ou subquadrados será:

1. Foco na velocidade: Menor torque e maior rotação => Motor superquadrado;
2. Foco na força: Maior torque e menor rotação => Motor subquadrado;
3. Foco no bom desempenho geral: Equilíbrio entre torque e rotação => Motor quadrado;
4. Foco na durabilidade: Baixa rotação média => Motor subquadrado.

Ao final, conclui-se que a escolha da proporção entre o diâmetro e curso dos pistões depende inteiramente do tipo de aplicação do veículo e características de uso. Não é possível afirmar que o motor subquadrado funciona melhor que o superquadrado sem conhecer o veículo, pois a resposta deve ser dada caso a caso.

Da mesma forma como um arquiteto decide projetar a fachada de um prédio de escritórios com pele de vidro e a de uma churrascaria com tijolos aparentes, não um tipo de motor certo ou errado, melhor ou pior. Existe apenas a configuração mais adequada a proposta de cada veículo.

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