Prós e contras dos principais formatos de motor
Ouvimos falar muito sobre diâmetro/curso ao descrever as características de um motor de moto. Vamos perceber por que é que a relação diâmetro/curso é tão importante.
A cilindrada é um dos dados mais importantes quando se discutem motores. No entanto, podemos chamar-lhe a ponta de um “icebergue técnico” muito mais complexo. Para além da disposição dos cilindros, do fracionamento dos cilindros, dos ângulos da cambota e assim por diante, entre os fatores de projeto que influenciam significativamente o caráter de um motor está a relação diâmetro/curso.
O primeiro fator representa o diâmetro da secção interior do cilindro (a largura do pistão, se quiserem), enquanto o segundo é a distância entre o PMI (Ponto Morto Inferior) e o PMS (Ponto Morto Superior), o “curso” que o pistão faz entre estes dois extremos dentro do cilindro.
Dependendo da relação entre estas duas medidas, um motor é definido de três formas diferentes: Superquadrado ou de Curso Curto, quando o curso é inferior ao diâmetro do cilindro.
Subquadrado ou de Curso Longo, quando o curso é superior ao diâmetro do cilindro. E finalmente, Quadrado, quando o curso e o diâmetro do cilindro são iguais.
Vejamos as vantagens e desvantagens destas configurações.
Motor de curso curto
Este é, sem dúvida, o projeto de motor mais desportivo, com vantagens mecânicas que se traduzem em: Maior rotação (com a mesma velocidade linear do pistão). Maior diâmetro das válvulas (maior tamanho da cabeça do motor). Menor atrito devido ao reduzido contacto entre as superfícies (saia do pistão e camisa). Menor inércia das peças móveis. Menor vibração (como resultado do ponto anterior). Picos semelhantes de binário e potência.
O novo motor monocilíndrico da Ducati é de curso curto. Mas vejamos agora as desvantagens, que o motor superquadrado também apresenta, tendo em conta o seu maior diâmetro. Maior tensão na cambota e nas bielas devido aos gases que pressionam a maior superfície do pistão. Maior probabilidade de “abaulamento” do pistão, relacionado com o ponto anterior. O “abaulamento” é o movimento provocado pela folga excessiva entre o pistão e o cilindro, resultante do impulso lateral exercido alternadamente pelo movimento da biela. Vedação reduzida dos anéis do pistão e do anel raspador de óleo, que necessitam de trabalhar sobre uma maior área de superfície. Menor eficiência térmica devido a uma câmara de combustão maior e com um formato desfavorável. Esta solução é comum em motores que — como se costuma dizer — “atingem elevadas rotações”, como as motos superdesportivas ou, mais recentemente, o monocilíndrico de 659 cc da Ducati.
Motor de curso longo
Comparativamente ao sistema anterior, este sistema, usado tipicamente nas Harley-Davidson, é certamente penalizado em termos de atrito e inércia, que necessita de ultrapassar. Por outro lado, oferece vantagens fluidodinâmicas e mecânicas que o tornam preferível em determinadas condições. Eis as suas vantagens: Melhor eficiência mecânica, resultando num maior binário gerado mesmo a baixas a médias rotações. Melhor eficiência térmica devido a uma câmara de combustão mais compacta, resultando numa melhor combustão. À primeira vista, estas vantagens podem torná-lo preferível a um motor superquadrado, ainda que com algumas desvantagens: Válvulas mais pequenas, embora beneficiem de uma abertura maior, limitam o enchimento da câmara de combustão e, portanto, a eficiência do motor à medida que a rotação aumenta. Maior atrito devido às maiores superfícies de contacto significa também maior perda de energia. É o caso, por exemplo, do atrito gerado entre a saia do pistão (superfície lateral) e a camisa do cilindro durante o deslizamento (maior no motor subquadrado). Maior tensão lateral no braço de alavanca, ou seja, maior impulso (lateral) gerado pela biela e exercido sobre o fulcro/pino de articulação que liga o pistão. Esta condição leva a um aumento do atrito, com consequências diretas para o desgaste dos componentes envolvidos. Menor velocidade de rotação para a mesma velocidade média do pistão; Como este factor está diretamente ligado ao curso/movimento do pistão, impõe um limite (ou melhor, um dos limites…) à rotação máxima alcançável. Um maior peso da biela traduz-se numa maior inércia a vencer, devido à utilização de bielas mais compridas – ou cambotas com mais desfasamento. Os motores de curso longo, devido ao seu design e movimento interno, estão entre os menos compactos e “pagam” pela sua maior altura, factor que limita a sua utilização quando o espaço é limitado. O motor bicilíndrico da família Evo da Harley-Davidson é um exemplo clássico de curso longo. Em síntese, é uma solução ideal para reduzir o consumo de combustível e desenvolver motores “flexíveis” que tendem a operar a “baixas rotações”; no entanto, as vantagens da dinâmica de fluidos não compensam as limitações mecânicas igualmente significativas inerentes à necessidade de rotações (e desempenho) mais elevadas nestes motores. Uma das soluções de curso longo mais representativas é, sem dúvida, a famosa Harley Davidson Evo (Big Twin).
Motor Quadrado – Um exemplo clássico: o Rotax-Aprilia a 2 tempos das décadas de 1980 e 1990
Esta é uma solução de compromisso raramente utilizada — pelo menos entre os motores a quatro tempos — apesar de representar um equilíbrio entre as duas anteriores. Normalmente, os fabricantes tendem a priorizar requisitos específicos em detrimento de outros, aperfeiçoando o produto para uma aplicação específica. Existem algumas exceções no mundo automóvel, como o excelente Toyota GT86; enquanto que, para os motociclos, devemos concentrar-nos nos motores a dois tempos, especialmente os de 125 cc, para encontrar dimensões “quadradas”. Um exemplo pertinente é a lendária Aprilia RS 125, equipada com um motor Rotax de 54 x 54,5 mm.
Considerando estes fatores, é quase obrigatório analisar os motores a 2 tempos para apreciar as vantagens concretas da configuração quadrada. A ausência de válvulas elimina o problema do formato subóptimo da câmara de combustão e o problema da interferência entre as válvulas e a cambota. Este sistema garante uma melhor admissão da mistura ar-combustível no cilindro e a sua expulsão após a combustão, que ocorre através das chamadas janelas de admissão/escape. A velocidade do pistão, para a mesma rotação em comparação com uma configuração mais extrema, como a superquadrada, é menor, reduzindo o risco de problemas de fiabilidade.
