Motores Estranhos Presos nas Margens do Progresso

O motor Wankel, o motor Stirling e vários tipos de unidades turboalimentadas nunca chegaram ao mainstream automóvel. Diversas empresas bem conhecidas — da Mazda à GM, da Mercedes à Volvo — trabalharam neles durante décadas. Pequenas empresas e inventores individuais também persistiram. No entanto, acabou por se verificar que cada projeto alternativo escondia muito mais armadilhas do que se esperava inicialmente. Isso não significa que o desenvolvimento de unidades motrizes não convencionais seja impossível. Os entusiastas continuam a avançar com ideias diferentes, e aqui exploramos alguns dos conceitos de motor mais exóticos alguma vez construídos.

Motores de Ciclo Dividido: Dois Cilindros, Um Tempo Motor

Alguns projetistas de motores concluíram que a combinação clássica de cilindro, êmbolo, biela e cambota se provou ao longo de mais de um século — e que melhorar os motores de combustão interna exige apenas ajustar certos aspetos, em vez de reinventar tudo do zero. O primeiro exemplo da nossa lista é o motor desenvolvido pela empresa americana Scuderi Group, que mantém os tempos clássicos de admissão, compressão, expansão e escape — mas distribui-os por dois cilindros separados:

• Cilindro frio (compressor) — responsável pela admissão e compressão
• Cilindro quente (de trabalho) — responsável pelo tempo motor e pelo escape

Enquanto o gás se expande no cilindro de trabalho, ocorre um tempo de admissão no cilindro frio compressor. Quando o cilindro de trabalho realiza o escape, o cilindro compressor comprime. No final do tempo de compressão, ambos os êmbolos aproximam-se dos seus pontos mortos superiores, a mistura percorre um canal de derivação do cilindro frio para o cilindro quente e é inflamada. Este ciclo dividido — essencialmente um ciclo Otto modificado — foi patenteado em 2006, e em 2009 o Scuderi Group construiu o protótipo do Scuderi Split Cycle Engine.

Os cilindros compressor e de trabalho podem ter diâmetros e cursos diferentes, permitindo ajustar os parâmetros do motor de forma flexível — funcionando como um análogo do ciclo Miller com expansão adicional de gás. Ao adicionar ao canal entre os cilindros uma derivação com válvulas e um reservatório de alta pressão, o motor pode recuperar energia durante a travagem e utilizá-la durante a aceleração. Porém, durante vários anos, a atividade do Scuderi Group ficou limitada a protótipos e participações em feiras. Os ganhos de eficiência no mundo real ainda não justificam a considerável complexidade do projeto.

A empresa croata Paut Motor também apostou no ciclo de trabalho dividido. O seu design espaçado atraiu atenção por diversas razões:

• Significativamente menos peças móveis do que os motores convencionais
• Menores perdas por atrito
• Redução do ruído de funcionamento
• Dimensões compactas: 500×440×440 mm para uma cilindrada de 7 litros
• Peso de aproximadamente 135 kg — cerca de metade do de um motor tradicional com a mesma cilindrada

A ausência de óleo no cárter exige um reservatório de lubrificação externo, mas os inventores consideraram este compromisso aceitável. Foram construídos vários protótipos, embora a potência final nunca tenha sido determinada oficialmente. O último protótipo foi montado em 2011, e o projeto ficou desde então parado.

O Motor de Dois Tempos Bonner: Complexidade Máxima, Objetivos Ambiciosos

O motor de dois tempos Bonner (nomeado em homenagem ao seu patrocinador, Bonner Motor) foi inventado em 2006 nos Estados Unidos por Walter Schmid e leva a complexidade mecânica ainda mais longe. À semelhança do Paut Motor, os seus cilindros estão dispostos em configuração X, e a cambota realiza um movimento planetário através de um sistema de engrenagens. As principais características incluem:

• Válvulas no fundo dos cilindros e válvulas de carretel rotativas no corpo do motor para a distribuição de gases
• Êmbolos externos que podem deslocar-se ligeiramente sob pressão de óleo para proporcionar uma taxa de compressão variável
• Elevada relação potência/peso como objetivo principal do projeto

Em teoria, o motor Bonner parece convincente. Na prática, porém, não surgiram notícias significativas sobre o projeto há anos — aparentemente, não correspondeu às expectativas.

Motores Axiais: Cilindros Dispostos como um Revólver

Outros inventores mantiveram os ciclos de trabalho do motor de combustão interna intactos, mas reimaginaram a disposição física dos seus componentes. Os motores axiais, que existem há mais de um século, são um exemplo paradigmático. Variam nos detalhes, mas partilham um princípio comum: os cilindros estão dispostos como cartuchos no tambor de um revólver, coaxialmente com o veio de saída. Vários mecanismos — como pinos inclinados e anilhas cónicas — convertem o movimento alternado dos êmbolos em rotação do veio.

O projeto Duke Engines da Nova Zelândia é uma variante notável: um motor axial de quatro tempos com cinco cilindros e 3 litros de cilindrada. Em comparação com um motor convencional de mesma capacidade, a unidade Duke oferecia:

• 19% menos peso
• 36% mais compacto
• Potencial de aplicação versátil nos setores automóvel, naval e da aviação

Foram feitas promessas ambiciosas sobre a sua adoção generalizada — mas os sonhos de conquistar o mundo permaneceram sonhos.

O motor RadMax da empresa canadiana Reg Technologies leva o conceito axial ainda mais longe. Em vez de cilindros discretos, uma dúzia de compartimentos são formados no interior de um tambor comum através de lâminas finas. Placas montadas em ranhuras do rotor deslocam-se ao longo delas à medida que o rotor gira, e superfícies curvas nas extremidades do tambor definem as trajetórias das lâminas e controlam a troca de gases. Características notáveis:

• Compatível com múltiplos tipos de combustível, embora o diesel tenha sido o foco inicial
• Um protótipo de 2003 media apenas 152 mm tanto em diâmetro como em comprimento e produzia 42 cavalos — muito mais do que um motor convencional de tamanho equivalente
• Protótipos posteriores terão atingido 127 cv e 380 cv

Apesar destas cifras promissoras, toda a atividade do RadMax parece permanecer na fase experimental.

Motores Toroidais: Quando o Cilindro se Torna uma Rosca

O motor VGT (Variable Geometry Toroidal Engine) da extinta empresa canadiana VGT Technologies é outro caso de estudo em que a teoria supera a prática. Testado pela primeira vez em 2005, o motor substitui o cilindro convencional por um toroide — uma câmara em forma de rosca — no interior do qual gira um rotor com um par de êmbolos acoplados.

Um disco de distribuição fino com um recorte para os êmbolos gira através do toroide por meio de uma transmissão por correia, restringindo a mistura combustível-ar durante a compressão e o tempo motor. Em 2009, os empresários americanos Gary Kelley e Rick Ivas desenvolveram independentemente um motor toroidal que se assemelhava muito ao design canadiano. As suas estimativas sugeriam que um toroide de meio metro de diâmetro produziria:

• 230 cavalos
• Aproximadamente 1.000 N·m de binário
• Tudo isto a apenas 1.050 rpm

A empresa deles, Garric Engines, apresenta atualmente apenas uma mensagem residual no seu website: “Obrigado pelo seu interesse. A página poderá ser atualizada no futuro.”

O Motor Nutante: Discos Giratórios em Vez de Êmbolos

Um destino ligeiramente mais promissor poderá aguardar o motor nutante inventado pelo americano Leonard Meyer em 2006 — pelo menos foram construídas várias cópias funcionais. O nome deriva do latim nutatio (inclinar ou oscilar). O design de Meyer forma quatro câmaras de trabalho de volume variável entre o corpo do motor e um disco que nuta (oscila) de um lado para o outro, funcionando como êmbolo. O disco é cortado ao meio ao longo do seu diâmetro e enfiado num veio de saída em forma de Z, com canais e válvulas no corpo a gerir a troca de gases.

Os protótipos foram construídos pela Baker Engineering e pela sua empresa irmã Kinetic BEI, com resultados impressionantes:

• Disco único de 102 mm: 7 cv
• Dois discos de 203 mm: 120 cv
• Dimensões do motor de dois discos: 500 mm de comprimento, 300 mm de diâmetro, 3,8 litros de cilindrada
• Relação potência/peso: 2,5–3 cv/kg vs. 1–2 cv/kg para motores aspirados de produção em série

A potência específica por litro é menos impressionante, mas a densidade de potência é notável. A Baker e a Kinetic parecem estar a aperfeiçoar o design, embora a atividade nos seus websites permaneça limitada.

LiquidPiston: O Motor Wankel Virado do Avesso

Os conceitos de motor rotativo continuam a cativar os inovadores, como se o afastamento do familiar conjunto êmbolo-cilindro prometesse intrinsecamente melhor desempenho. Nikolay Shkolnik, um antigo engenheiro soviético que se mudou para os Estados Unidos, e o seu filho Alexander desenvolveram um motor que se assemelha ao motor Wankel virado do avesso. Um rotor em forma de amendoim gira no interior de uma câmara triangular — a mesma geometria básica do Wankel — mas, de forma decisiva, as vedações estão fixas às paredes da câmara e não ao rotor.

Os Shkolnik fundaram a LiquidPiston para desenvolver o conceito, atraindo cofinanciamento da DARPA para potencial utilização em:

• Aeronaves ligeiras e drones
• Geradores portáteis de energia
• Sistemas de propulsão de veículos híbridos

Um protótipo de 23 cm³ já alcança 20% de eficiência térmica — impressionante para essa classe de cilindrada. A equipa visa agora um protótipo a diesel pesando cerca de 13 kg e produzindo 40 cv, com uma eficiência térmica projetada a subir para 45%.

O Motor de Êmbolo Oscilante: A Forma Quadrada

O último motor da nossa análise prova que o apelo de uma unidade plana e compacta é real — e que os rotores não são o único caminho para o alcançar. O motor de êmbolo oscilante da Pivotal Engineering simplesmente torna o êmbolo tradicional quadrado, tornando o cilindro retangular em vista de cima. Este design de dois tempos existe há vários anos, durante os quais vários protótipos alimentaram tanto motociclos como aeronaves.

A empresa tem como alvo principal as aplicações na aviação, e o design oferece algumas vantagens genuínas:

• Elevadas relações potência/peso e potência/volume
• Excelente potencial de sobrealimentação, possibilitado por um canal de arrefecimento líquido que passa pelo eixo fixo do êmbolo — uma façanha difícil nas arquiteturas de motor convencionais
• Formato plano, uma vez que o rotor quadrado pode ser feito muito fino

Outros Conceitos de Motores Exóticos que Vale a Pena Conhecer

Existem muitos designs notáveis de motores exóticos para além dos aqui abordados. Algumas menções honrosas:

• Motor Wankel de 12 rotores — levando o conceito rotativo da Mazda ao extremo
• Motor de válvulas de manga Knight — um design com um século de história que brevemente rivalizou com a válvula de cogumelo
• Motores de êmbolos opostos — dois êmbolos partilhando um único cilindro, sem cabeça de cilindro
• Motores de taxa de compressão variável — permitindo o ajuste em tempo real da compressão para otimizar a eficiência em diferentes condições de carga
• Motores de cinco tempos — adicionando um cilindro de expansão dedicado para extrair mais trabalho dos gases de combustão
• Motores de lâminas rotativas — onde os componentes do rotor se movem como lâminas de tesoura que convergem e divergem

Por que Razão os Motores Alternativos Não Chegam à Produção em Massa?

Mesmo uma breve análise de designs não convencionais de motores de combustão interna revela um padrão marcante: dezenas de ideias inteligentes, muito poucos veículos de produção. Os obstáculos recorrentes são consistentes:

• Desgaste das vedações — os designs rotativos falham frequentemente devido à degradação das vedações de ápice ao longo do tempo
• Cargas mecânicas alternadas — os conceitos de lâminas rotativas sofrem de fadiga na ligação lâmina-veio
• Complexidade de fabrico — as geometrias exóticas são dispendiosas e difíceis de produzir em escala
• Fiabilidade e longevidade — os motores não convencionais raramente igualam o historial de durabilidade dos motores de êmbolo tradicionais, aperfeiçoados ao longo de mais de 100 anos

A segunda razão pela qual os motores alternativos têm dificuldade em afirmar-se é que a tecnologia dos motores de combustão interna convencionais não ficou parada. Os mais recentes motores a gasolina que utilizam o ciclo Miller atingem uma eficiência térmica de até 40%, mesmo sem sobrealimentação — um valor notável, dado que a maioria dos motores a gasolina consegue apenas 20–30%, e os motores diesel 30–40% (com os grandes motores diesel marítimos a atingir até 50%).

Mais importante ainda, a alternativa global ao motor de combustão interna já chegou: os motores elétricos e as unidades de pilha de combustível. Se os inventores por detrás destas curiosidades exóticas não resolverem os seus desafios técnicos muito em breve, poderão descobrir que já não há mercado à sua espera — os veículos elétricos já terão tomado conta das estradas.

Este é uma tradução. Pode ler o original aqui: https://www.drive.ru/technic/57769ed4ec05c4745f00009b.html