O que torna os motores a diesel mais eficientes? Por que eles produzem mais torque que os motores a gasolina? Por que eles são mais robustos e indicados para veículos de carga? Em essência, tais características de um motor a diesel vêm de uma combinação de fatores: taxa de compressão, poder calorífico, velocidade dos pistões e o próprio princípio de funcionamento dos motores a diesel. E todos estes fatores são interligados.
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Para entender as diferenças entre um motor a diesel, uma boa ideia é começar pelo funcionamento básico de um motor quatro-tempos. A diferença fundamental entre um motor a gasolina (ou a álcool) e um motor a diesel está na ignição: diferentemente de um motor a gasolina, que usa a centelha de uma vela para a ignição da mistura, em um motor a diesel a combustão ocorre pela compressão da mistura, que é formada dentro da câmara. Quando o ar admitido é comprimido, sua temperatura aumenta, o diesel é misturado a ela e, devido à temperatura, a mistura se inflama, gerando a combustão.
Por esta razão, os motores diesel trabalham com taxas de compressão elevadas — o desenho das câmaras de combustão e dos pistões de um motor a diesel é diferente, daí a impossibilidade de usar motores diesel com outros tipos de combustíveis. Neles a taxa varia entre 16:1 até 25:1, enquanto nos motores de ciclo Otto, ela varia entre 6:1 e 14:1.
Quando a combustão da mistura ar-diesel ocorre dentro da câmara de combustão, o fato de ter uma compressão muito elevada resulta em uma expansão igualmente intensa — mais que em um motor de baixa compressão. É daí que vem parte do torque elevado: em palavras simples o torque é uma força aplicada a uma alavanca que produz rotação. A alavanca é o moente do virabrequim, onde a biela é afixada.
Somado a isto está o fato de os motores a diesel geralmente terem curso mais longo. Considerando que o a fórmula do torque é “força × comprimento”, ao aumentar a força e o comprimento da alavanca (o moente do virabrequim), o que se tem é um aumento no torque produzido pelo motor.
Para entender melhor, imagine que você está andando de bicicleta. O torque, colocado de forma simples, é a força aplicada sobre uma alavanca que gera um movimento de rotação – como o pedal de uma bike. Ao pedalar sentado, você está usando apenas a força dos músculos da sua perna. Mas, para subir uma ladeira, você pedala em pé, aplicando o peso e a força do corpo todo. E, assim, consegue vencer a subida. Você conseguiria um efeito semelhante alongando a pedivela.
Este último fator, o comprimento da alavanca, está relacionado também à velocidade de rotação. Um motor superquadrado (ou seja, com maior diâmetro dos cilindros e menor curso) tende a girar mais, enquanto um subquadrado (que, inversamente, tem mais curso que diâmetro) gira menos por conta da distância percorrida pelo pistão.
Por fim, há a questão do combustível em si. Além de ter uma temperatura de autoignição mais baixa, o diesel possui melhor rendimento térmico, sendo 10% mais eficiente que a gasolina.
E por que os motores a diesel são mais robustos? Em resumo, a maior robustez de um motor a diesel é necessária justamente porque ele tem a taxa de compressão mais elevada e, consequentemente, gera mais torque. Para que os componentes internos do motor – pistões, bielas e virabrequim, por exemplo – suportem a maior quantidade de energia que incide sobre eles, é crucial que eles sejam mais resistentes.
A partir daí, é como um efeito dominó: o motor com maior torque exige que o câmbio também seja mais resistente, bem como a embreagem e o eixo cardã, por exemplo. E, quase como um efeito colateral, é por esta razão que os motores a diesel são bem receptivos à sobrealimentação: eles já são naturalmente mais robustos que os motores a gasolina.