Você provavelmente conhece o motor diesel de quatro tempos. É o carro-chefe sob o capô da sua caminhonete ou o bloco do motor do seu sedã. Ele inspira, comprime, dispara e expira em uma dança rítmica de quatro partes. Depois, há o motor de dois tempos que você pode reconhecer pelo barulho estridente de uma serra elétrica ou pelo barulho de um jet ski. Esses pequenos motores são mais simples, mais leves e disparam a cada duas revoluções.
Mas o que acontece quando você aumenta a eficiência de dois tempos até o tamanho de uma casa?
Você obtém os gigantes que mantêm o comércio global em movimento. Os enormes motores diesel que alimentam locomotivas, navios porta-contentores e até mesmo instalações de geração de energia em grande escala não utilizam apenas combustível diesel. Freqüentemente, combinam a eficiência de combustão do diesel com o ciclo rápido de um motor de dois tempos. Esta abordagem híbrida cria alguns dos dispositivos mecânicos mais poderosos já construídos.
Vamos nos aprofundar em como esses gigantescos motores diesel de dois tempos realmente funcionam. Não é apenas uma versão ampliada do motor do seu carro. A física, a engenharia e a escala absoluta estão em um nível totalmente diferente.
A Mecânica do Ciclo Gigante
Para entender por que esses motores são diferentes, é preciso observar o ciclo em si. Em um diesel padrão de quatro tempos, o pistão se move para cima e para baixo duas vezes para cada curso de potência. Admissão, compressão, potência, escapamento. É confiável. Está maduro. Mas também é limitado pelo número de vezes que você pode mover o pistão em uma hora.
Um motor de dois tempos reduz isso pela metade. Um para cima, um para baixo. Poder em cada revolução.
Para uma motosserra, isso significa mais potência com menos peso. Para um motor de navio de 60 toneladas, isso significa torque contínuo e implacável, sem a complexidade das válvulas suspensas e dos eixos de comando no sentido tradicional. Mas há um problema. Como você entra e sai ar fresco se o pistão está fazendo todo o trabalho?
A resposta está na eliminação.
“A eliminação é o processo de remoção dos gases de escape do cilindro e sua substituição por ar fresco.”
Em dois tempos pequenos, isso geralmente é feito através de portas na parede do cilindro. O próprio pistão atua como válvula. À medida que desce, ele descobre a porta de exaustão. À medida que sobe, cobre a porta de entrada. É bruto. É uma bagunça. Desperdiça algum combustível. Mas para motores enormes, a simplicidade supera a ineficiência.
No entanto, estas não são apenas grandes motosserras. São instrumentos de precisão. O tamanho muda tudo. Um motor diesel de 9 cilindros e dois tempos pode ter a altura de uma casa de três andares. O pistão sozinho pode pesar várias toneladas. E eles operam em velocidades muito mais lentas que o motor do seu carro, geralmente girando a menos de 100 RPM.
Por que dois tempos? Por que agora?
Você pode estar se perguntando por que os fabricantes não optaram pelos motores de quatro tempos para tudo. Afinal, os quatro tempos são mais eficientes em termos de consumo de combustível por quilômetro em aplicações menores. Eles têm melhor controle de emissões. Eles são mais fáceis de ajustar.
Então, por que usar dois tempos para os gigantes?
Torque.
Os motores dos navios não precisam acelerar muito. Eles não precisam mudar de marcha. Eles precisam empurrar
Por que o diesel supera a gasolina em dois tempos
Se você já conhece o básico de como funcionam os motores de dois tempos, provavelmente conhece a estatística do título: eles disparam a vela de ignição duas vezes mais que os motores de quatro tempos. Uma vez por revolução do virabrequim. Este potencial teórico significa que um motor de dois tempos pode produzir o dobro da potência de um motor de quatro tempos comparável. Mas há um problema.
O tradicional motor a gasolina de dois tempos suga uma carga pré-misturada de ar e combustível. Esse ciclo é confuso. Um pedaço de combustível não queimado vaza toda vez que o cilindro é recarregado. Desperdiça combustível e polui.
Entre na abordagem diesel.
Os motores diesel comprimem primeiro o ar puro. Em seguida, eles injetam combustível diretamente no ar comprimido quente. Este método é muito mais adequado para o ciclo de dois tempos. Como você não está bombeando combustível bruto pelo escapamento, a eficiência dispara. As emissões caem. É por isso que os principais fabricantes de grandes motores diesel usam esse layout para construir monstros de alta potência.
A anatomia de um diesel de dois tempos
Observe o layout de um típico motor diesel de dois tempos. Não se parece em nada com o que você encontraria sob o capô de um carro.
No topo do cilindro ficam duas ou quatro válvulas de escape. Todos eles se abrem simultaneamente. Ali também está o injetor de combustível diesel (destacado em amarelo nos diagramas). O pistão é alongado. Esse comprimento extra permite que o próprio pistão atue como válvula de admissão. Na parte inferior do seu curso, o pistão descobre portas para entrada de ar.
O ar de admissão é pressurizado por um turboalimentador ou superalimentador. O cárter é vedado e retém óleo, assim como um motor de quatro tempos padrão.
Aqui está o ciclo diesel de dois tempos em ação:
- O pistão fica no topo de seu curso. O cilindro contém ar altamente comprimido. O injetor de combustível diesel pulveriza combustível na câmara. Calor e pressão acendem-no instantaneamente. Mesma física de ignição de um diesel padrão.
- A pressão de combustão empurra o pistão para baixo. Este é o golpe de força.
- Perto do final do curso, todas as válvulas de escape abrem. Os gases de escape saem, aliviando a pressão.
- Na parte inferior, o pistão descobre as portas de entrada de ar. O ar pressurizado entra, forçando a saída dos gases de escape restantes.
- As válvulas de escape fecham. O pistão volta para cima, cobrindo as portas de admissão e comprimindo o ar fresco. Este é o curso de compressão.
- Perto do topo, o ciclo se repete.
A diferença de um motor a gasolina de dois tempos é gritante. Apenas ar enche o cilindro. Não há vazamento de combustível não queimado. Sem pesadelos ambientais. Mas há uma compensação. Um motor diesel de dois tempos precisa de um turbo ou superalimentador. Isso adiciona custo e complexidade. Você nunca encontrará um diesel dois tempos em uma motosserra. Seria um exagero. E muito caro.
Motores EMD da General Motors
A linha de motores General Motors EMD define a raça diesel de dois tempos. Introduzidos na década de 1930, esses gigantes alimentam uma grande parte das locomotivas a diesel que circulam nos trilhos dos EUA.
Houve três séries sucessivas: o 567, o 645 e o 710. Os números referem-se a polegadas cúbicas por cilindro. Uma configuração típica possui 16 cilindros. Deslocamento total? Cerca de 10.000 polegadas cúbicas. Considere que um motor de 5 litros (305 polegadas cúbicas) é considerado enorme em um carro. Um motor EMD é uma espécie totalmente diferente.
Pegue o EMD 645E3. Aqui estão as especificações:
Diâmetro do cilindro: 9 1/16 polegadas
– Curso do pistão: 10 polegadas
– Deslocamento por cilindro: 654 polegadas cúbicas
– Cilindros: 16 ou 20
** Taxa de compressão: ** 14,5: 1
– Válvulas de escape por cilindro: 4
Peso (16 cilindros): 34.526 libras (15.661 kg)
Peso (20 cilindros): 40.144 libras (18.209 kg). Nota: Só o cárter pesa mais de uma tonelada.
– Velocidade de marcha lenta: 315 rpm
– Velocidade total: 900 rpm
– Cavalos de potência: ~4.300 cv
Isso não é um carro. Essa é uma usina em movimento.
Para mais informações sobre diesel dois tempos e outras arquiteturas de motores, verifique os links na próxima página.
