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Técnica

Como a relação entre diâmetro e curso define as características do motor


Algumas informações padronizadas se tornaram tão comuns que, muitas vezes, não nos damos conta da verdadeira necessidade de conhecê-las. A aceleração de zero a 100 km/h, por exemplo. Ela é necessária para uso prático ou apenas como base de comparação normatizada entre dois carros? Afinal, você depende mais das retomadas de velocidade (80-100 km/h, por exemplo) ou da arrancada?

Outra informação presente nas fichas técnicas, mas que é pouco compreendida são os dados de diâmetro e curso do motor. O que significa ter um curso de 86 mm e diâmetro de 92 mm? Evidentemente não é para saber o deslocamento do motor, já que esta informação já é divulgada sem que você precise puxar do fundo de uma gaveta da memória a fórmula do volume do cilindro.

Então para que esses dados servem?

Para um leigo eles não servem para nada. Assim como as relações de marcha, que quase nem são mais divulgadas pelos fabricantes nas fichas técnicas comerciais. Mas se você conhecer alguns conceitos básicos dos motores, estas medidas dão algumas pistas sobre o comportamento do motor, e até um pouco da “personalidade” do motor porque eles formam uma medida chamada “razão diâmetro x curso”, que dão origem a três conceitos de layout de motor chamados “subquadrado”, “superquadrado” e “quadrado”.

 

Subquadrado

Motores subquadrados são aqueles que têm diâmetro dos cilindros menor que o comprimento do curso dos pistões — ou seja: a relação diâmetro/curso é menor que 1:1.

As características deste tipo motor são o maior torque em baixa rotação devido à maior alavanca do virabrequim e à maior velocidade do pistão. Além disso, como o pistão tem uma menor superfície, ele tende a conservar melhor a temperatura, tornando-se mais eficiente termicamente — o que também resulta em uma melhor relação entre consumo e potência.

Ao mesmo tempo, isso resulta em maior atrito entre o pistão e as paredes do cilindro e também aumenta o potencial de desgaste do virabrequim, além de tornar a câmara de combustão mais estreita — o que limita o tamanho e o número de válvulas no cabeçote. O tamanho limitado das válvulas não é necessariamente algo negativo, pois o ar é acelerado nos dutos de menor diâmetro, o que auxilia na produção de torque em baixa velocidade.

Os motores subquadrados se tornaram mais comuns nos últimos anos devido à sua eficiência térmica e maior potencial de economia de combustível. Os motores TSI de três e quatro cilindros da Volkswagen, por exemplo, são todos subquadrados, assim como o K24 da Honda, ou o Gamma 1.6 da Hyundai/Kia.

 

Superquadrado

Motores superquadrados são aqueles que têm diâmetro dos cilindros maior que o comprimento do curso dos pistões — ou seja: a relação diâmetro/curso é maior que 1:1.

É uma configuração que permite um maior número de válvulas ou válvulas de maior diâmetro, limite de rotações mais elevado devido à menor velocidade máxima do pistão, e menor desgaste potencial do virabrequim devido à menor aceleração do pistão em uma mesma velocidade do motor comparado a um motor subquadrado.

Por outro lado o aumento demasiado do diâmetro do pistão leva à perda de calor, o que reduz sua eficiência térmica se comparado aos motores subquadrados e quadrados. Como estas características favorecem rotações elevadas os motores superquadrados geralmente são acertados para produzir torque máximo em rotações mais altas — é o caso dos motores de Fórmula 1, por exemplo. Além disso, a câmara de combustão será mais larga, o que pode afetar a homogeneidade da mistura ar-combustível, piorando as emissões do motor.

Por último, os motores de curso curto podem usar bielas mais curtas, o que pode reduzir a altura do bloco, apesar de isso aumentar sua largura, ou ainda usar bielas mais longas para reduzir o raio do virabrequim (esta relação chama-se r/l, leia mais sobre ela aqui), o que auxilia o ganho de velocidade do virabrequim e mantém a suavidade de funcionamento do motor, uma vez que o centro de gravidade do conjunto biela virabrequim percorrerá uma circunferência menor. Com isso, a energia é melhor aproveitada no ganho de velocidade do conjunto e permite que ele atinja rotações mais elevadas.

Aqui é importante mencionar a importância da velocidade do pistão — que é diferente de velocidade do virabrequim: uma menor velocidade máxima do pistão tende a resultar em uma velocidade média menor. A velocidade média do pistão é um indicador do desempenho da durabilidade de um motor. Quando sua velocidade média é elevada, a velocidade do ar no cilindro também é maior, o que resulta em mais torque e, consequentemente, maior potência. À medida em que a velocidade média aumenta, contudo, também aumenta o desgaste do motor, o atrito mecânico, o atrito do ar com os gases resultantes da queima dentro do cilindro, o ruído do motor e a carga sobre os componentes devido à maior aceleração e desaceleração.

Um bom exemplo de motores superquadrados são os motores da Fórmula 1, que usam esse layout por que eles favorecem a velocidade do ar no cilindro, usam blocos mais baixos, o que reduz o centro de gravidade do carro, além de terem baixa velocidade média do pistão. Os motores V10, por exemplo, giravam 19.000 vezes por minuto com uma velocidade média de 33 m/s. O motor diesel Volvo Penta de 12,8 litros, que é subquadrado, tem seu limite de rotações em 2.100 rpm, mas seus pistões têm velocidade média de 11 m/s — ou seja: o virabrequim do V10 gira 9 vezes mais rápido, mas seus pistões têm uma velocidade média apenas três vezes maior.

 

Quadrado

Por último, há os motores quadrados. Como você deve ter imaginado, eles são os motores em que o diâmetro dos cilindros é o mesmo do curso do pistão. Teoricamente eles são um equilíbrio dos outros dois tipos, mas podem acabar tendo características de um ou outro tipo dependendo do acerto e da finalidade.

Um bom exemplo é o GM Família II e o Honda K20. Ambos deslocam 1998 cm³, ambos têm 86 mm de curso e 86 mm de diâmetro, mas são motores completamente diferentes em termos de limite de rotações, produção de torque e potência, fluxo de ar nos cilindros. As preparações extremas do K20, por exemplo, usam bielas mais longas e pistões especiais com saias mais curtas e pino posicionado mais próximo da cabeça. Desta forma há um aumento expressivo na capacidade de aumentar a velocidade do virabrequim.

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