Como vimos no primeiro artigo sobre
a física do automóvel, duas equações simples e conhecidas nos ajudam a entender como os motores a explosão convertem a energia química do combustível em
trabalho.
Nesta segunda parte vamos observar como a geometria é o principal fator determinante da potência de um motor a explosão.
Um modelo de automóvel é, em geral, caracterizado principalmente pelo volume de seu motor. Assim, geralmente, associamos os números 1.0 ou 1.000 a motores de baixa potência e menor preço. O volume e a potência do motor aumentam na proporção que avançamos numericamente para as classificações convencionais de 1.6, 1.8 ou 2.0 (quando expressas em litros) ou em seus correspondentes 1000, 1600, 1800 ou 2000 (quando expressos em centímetros cúbicos ou cilindradas).
O cálculo do volume do motor é função direta de sua geometria, conforme figura abaixo.
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| Figura 1 |
O trabalho produzido por um motor a explosão provém do deslocamento do pistão entre o ponto morto superior e o inferior do cilindro. A distância percorrida pelo pistão entre estes dois extremos do cilindro é chamada de curso.
Assim, o volume do motor é o volume dos cilindros definidos pelo curso do pistão, ou, em termos matemáticos:
Volume do motor = 
x curso x número de pistões.
onde d= diâmetro do pistão
Um conhecido motor de quatro cilindros fabricado no Brasil tem como diâmetro dos cilindros (ou curso) 86mm ou 8,6cm.
O volume desse motor pode então ser facilmente calculado a partir destes dados:
Volume do motor = 
x 8,6cm x 4 = 1998,22 cm3.
Após um pequeno arredondamento, constatamos a origem da designação 2.0 (litros) dada a este motor específico.
Como vimos na primeira parte, o trabalho produzido e, conseqüentemente, a potência do motor, são determinados pela sua geometria e pressão interna ao longo do ciclo Otto.
Isso fica bem claro quando acompanhamos em um gráfico de pressão (P) x volume (V) as variações dos quatro tempos do ciclo:
Os quatro tempos do ciclo Otto
Primeiro tempo: admissão
O pistão se desloca do ponto morto superior para o inferior com a válvula de admissão aberta, logo a pressão interna praticamente não varia, ficando próxima da pressão atmosférica.
Segundo tempo: compressão
Com as válvulas fechadas, o pistão sobe do ponto morto inferior para o superior, comprimindo a mistura combustível-ar, ou seja, a pressão interna aumenta conforme equação geral dos gases, aproximadamente.
Terceiro tempo: explosão-ignição
Quando a mistura combustível-ar explode, com as válvulas fechadas, tem-se um brusco e instantâneo aumento da pressão dentro do cilindro.
Terceiro tempo: explosão-expansão
O aumento da pressão interna no cilindro provoca o deslocamento do pistão no único tempo efetivamente motor do ciclo.
Quarto tempo: escape
A válvula de escape abre, os gases de combustão são expelidos, a pressão interna cai para próximo da atmosférica e o pistão segue para o ponto morto superior, quando se reinicia o ciclo.
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| Figura 2: Representação esquemática do ciclo Otto |
O trabalho teórico total produzido por um ciclo de quatro tempos do ciclo Otto corresponde à área do gráfico descrita pelo ciclo, conforme a figura 2.
Os fundamentos dos motores a explosão mudaram muito pouco desde sua invenção no século retrasado. Composições mecânicas mais precisas e comandos eletrônicos diversos tornaram os carros mais eficientes e tecnicamente mais sofisticados. Mas seus princípios básicos ainda podem ser abarcados por um único olhar para um gráfico simples e capaz de resumi-los.
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