Pedeorelha | Como funcionam os motores a diesel

Rudolf Cole
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O V-8 Duramax de 4,5 litros melhora a eficiência em 25 por cento quando comparado com os motores a gasolina, enquanto reduz poluentes e emissões. Veja mais fotos de motores a diesel. 2008

-Um dos artigos mais populares é Como funcionam os motores de automóveis, que explica os princípios básicos por trás da combustão interna, discute o ciclo de quatro tempos e fala sobre todos os subsistemas que ajudam o motor do seu carro a fazer seu trabalho. Muito tempo depois de publicarmos aquele artigo, uma das perguntas mais frequentes (e uma das sugestões mais frequentes feitas na caixa de sugestões) era: "Qual é a diferença entre um motor a gasolina e um motor diesel?"

A história de Diesel realmente começa com a invenção do motor a gasolina. Nikolaus August Otto havia inventado e patenteado o motor a gasolina em 1876. Essa invenção usava o princípio da combustão de quatro tempos, também conhecido como "Ciclo Otto", e é a premissa básica para a maioria dos motores de automóveis hoje. Em seu estágio inicial, o motor a gasolina não era muito eficiente, e outros métodos importantes de transporte, como o motor a vapor também se saiu mal. Apenas cerca de 10% do combustível usado nesses tipos de motores realmente movia um veículo. O resto do combustível simplesmente produzia calor inútil.

-Em 1878, Rudolf Diesel estava cursando a Escola Superior Politécnica da Alemanha (o equivalente a uma faculdade de engenharia) quando aprendeu sobre a baixa eficiência dos motores a gasolina e a vapor. Esta informação perturbadora o inspirou a criar um motor com um maior eficiência, e ele dedicou muito de seu tempo ao desenvolvimento de um "Motor de Força de Combustão". Em 1892, a Diesel obteve uma patente para o que hoje chamamos de motor diesel.

-Se os motores a diesel são tão eficientes, por que não os usamos com mais frequência? Você pode ver as palavras "motor diesel" e pensar em caminhões de carga grandes e robustos expelindo fumaça negra e fuliginosa e criando um barulho alto e barulhento. Essa imagem negativa de caminhões e motores a diesel tornou o diesel menos atraente para os motoristas casuais nos Estados Unidos - embora o diesel seja ótimo para transportar grandes remessas em longas distâncias, não tem sido a melhor escolha para os passageiros diários. Isso está começando a mudar, no entanto, à medida que as pessoas estão melhorando o motor a diesel para torná-lo mais limpo e menos barulhento.

Se você ainda não fez isso, provavelmente vai querer ler primeiro Como funcionam os motores de carros, para ter uma ideia dos fundamentos da combustão interna. Mas volte logo - neste artigo, vamos desvendar os segredos do motor diesel e aprender sobre alguns novos avanços.

-Em teoria, os motores a diesel e os motores a gasolina são bastante semelhantes. Eles são ambos motores de combustão interna projetado para converter a energia química disponível no combustível em energia mecânica. Essa energia mecânica move os pistões para cima e para baixo dentro dos cilindros. Os pistões são conectados a um virabrequim, e o movimento para cima e para baixo dos pistões, conhecido como movimento linear, cria o movimento rotativo necessário para girar as rodas de um carro para a frente.

Tanto os motores a diesel quanto os a gasolina convertem o combustível em energia por meio de uma série de pequenas explosões ou combustões. A principal diferença entre o diesel e a gasolina é a forma como essas explosões acontecem. Em um motor a gasolina, o combustível é misturado ao ar, comprimido por pistões e inflamado por faíscas de velas de ignição. Em um motor diesel, entretanto, o ar é comprimido primeiro e, em seguida, o combustível é injetado. Porque o ar aquece quando é comprimido, o combustível inflama.

A animação a seguir mostra o ciclo diesel em ação. Você pode compará-lo à animação do motor a gasolina para ver as diferenças.

Motor diesel © .com 2019

O motor diesel usa um ciclo de combustão de quatro tempos, assim como um motor a gasolina. Os quatro golpes são:

AVC de admissão - A válvula de admissão abre, deixando o ar entrar e movendo o pistão para baixo. -
Curso de compressão - O pistão se move de volta para cima e comprime o ar.
Curso de combustão - Quando o pistão atinge o topo, o combustível é injetado no momento certo e aceso, forçando o pistão de volta para baixo.
Curso de exaustão - O pistão se move de volta para o topo, empurrando o escapamento criado a partir da combustão para fora da válvula de escapamento.

Lembre-se que o motor a diesel não possui vela, que ele adquire o ar e o comprime, para então injetar o combustível diretamente na câmara de combustão (injeção direta). É o calor do ar comprimido que ilumina o combustível em um motor a diesel. Na próxima seção, examinaremos o processo de injeção de diesel.

Compressão

Ao trabalhar em seus cálculos, Rudolf Diesel teorizou que maior compressão leva a maior eficiência e mais potência. Isso acontece porque quando o pistão espreme o ar com o cilindro, o ar fica concentrado. O óleo diesel tem um alto conteúdo de energia, então a probabilidade de o diesel reagir com o ar concentrado é maior. Outra maneira de pensar nisso é quando as moléculas de ar estão tão próximas umas das outras, o combustível tem uma chance melhor de reagir com o maior número possível de moléculas de oxigênio. Rudolf acabou por estar certo - um motor a gasolina comprime a uma proporção de 8: 1 a 12: 1, enquanto um motor a diesel comprime a uma proporção de 14: 1 a 25: 1.

Foto cedida pela DaimlerChrysler Atego Motor diesel de seis cilindros

Uma grande diferença entre um motor diesel e um motor a gás está no processo de injeção. A maioria dos motores de automóveis usa injeção de porta ou um carburador. Um sistema de injeção de porta injeta combustível um pouco antes do curso de admissão (fora do cilindro). Um carburador mistura ar e combustível muito antes de o ar entrar no cilindro. Em um motor de carro, portanto, todo o combustível é carregado no cilindro durante o curso de admissão e, em seguida, comprimido. A compressão da mistura de combustível / ar limita a razão de compressão do motor - se comprime muito o ar, a mistura de combustível / ar se inflama espontaneamente e causa batendo. Por causar calor excessivo, bater pode danificar o motor.

Os motores a diesel usam injeção direta de combustível - o combustível diesel é injetado diretamente no cilindro.

O injetor em um motor a diesel é seu componente mais complexo e tem sido objeto de muitas experimentações - em qualquer motor em particular, ele pode estar localizado em vários lugares. O injetor deve ser capaz de suportar a temperatura e a pressão dentro do cilindro e ainda fornecer o combustível em uma névoa fina. Fazer com que a névoa circule no cilindro de modo que seja uniformemente distribuída também é um problema, então alguns motores a diesel empregam válvulas de indução especiais, câmaras de pré-combustão ou outros dispositivos para agitar o ar na câmara de combustão ou de outra forma melhorar o processo de ignição e combustão.

Alguns motores a diesel contêm um plugue de fulgor. Quando um motor diesel está frio, o processo de compressão pode não elevar o ar a uma temperatura alta o suficiente para inflamar o combustível. A vela de incandescência é um fio aquecido eletricamente (pense nos fios quentes que você vê em uma torradeira) que aquece as câmaras de combustão e aumenta a temperatura do ar quando o motor está frio para que o motor possa dar partida. De acordo com Cley Brotherton, um técnico de equipamento pesado Journeyman:

Todas as funções em um motor moderno são controladas pelo ECM que se comunica com um elaborado conjunto de sensores que medem tudo desde R.P.M. às temperaturas do líquido de arrefecimento do motor e do óleo e até a posição do motor (ou seja, T.D.C.). Hoje em dia, as velas de incandescência raramente são utilizadas em motores maiores. O ECM detecta a temperatura do ar ambiente e retarda a sincronização do motor em climas frios, para que o injetor borrife o combustível posteriormente. O ar no cilindro é mais comprimido, gerando mais calor, o que auxilia na partida.

Motores menores e motores que não têm esse controle avançado de computador usam velas de incandescência para resolver o problema de partida a frio.

É claro que a mecânica não é a única diferença entre os motores a diesel e os a gasolina. Há também a questão do próprio combustível.

Uma amostra de óleo diesel Staff / Getty Images

-O combustível de petróleo começa como óleo cru que é encontrado naturalmente na Terra. Quando o petróleo bruto é processado em refinarias, ele pode ser separado em vários tipos de combustíveis, incluindo gasolina, combustível de aviação, querosene e, é claro, diesel.

Se você já comparou o óleo diesel com a gasolina, sabe que eles são diferentes. Eles certamente têm um cheiro diferente. O óleo diesel é mais pesado e mais oleoso. Ele evapora muito mais lentamente do que a gasolina - seu ponto de ebulição é na verdade mais alto que o ponto de ebulição da água. Muitas vezes você vai ouvir o combustível diesel referido como "óleo diesel" porque é muito oleoso.

O óleo diesel evapora mais lentamente porque é mais pesado. Ele contém mais átomos de carbono em cadeias mais longas do que a gasolina (a gasolina é normalmente C9H20, enquanto o combustível diesel é normalmente C14H30). É preciso menos refino para criar o óleo diesel, por isso costumava ser mais barato que a gasolina. Desde 2004, no entanto, a demanda por diesel aumentou por vários motivos, incluindo o aumento da industrialização e da construção na China e nos EUA [fonte: Energy Information Administration].

O combustível diesel tem um maior densidade de energia do que a gasolina. Em média, 1 galão (3,8 L) de combustível diesel contém aproximadamente 155x10⁶ joules (147.000 BTU), enquanto 1 galão de gasolina contém 132x10⁶ joules (125.000 BTU). Isso, combinado com a eficiência aprimorada dos motores a diesel, explica por que os motores a diesel obtêm melhor quilometragem do que os motores a gasolina equivalentes.

O óleo diesel é usado para alimentar uma ampla variedade de veículos e operações. É claro que abastece os caminhões a diesel que você vê andando pesadamente na estrada, mas também ajuda a mover barcos, ônibus escolares, ônibus urbanos, trens, guindastes, equipamentos agrícolas e vários veículos de resposta a emergências e geradores de energia. Pense na importância do diesel para a economia - sem sua alta eficiência, tanto a indústria da construção quanto os negócios agrícolas sofreriam imensamente com os investimentos em combustíveis com baixa potência e eficiência. Cerca de 94 por cento do frete - seja em caminhões, trens ou barcos - depende de diesel.

Em termos ambientais, o diesel tem alguns prós e contras. O prós - o diesel emite quantidades muito pequenas de monóxido de carbono, hidrocarbonetos e dióxido de carbono, emissões que levam ao aquecimento global. Os contras - grandes quantidades de compostos de nitrogênio e partículas (fuligem) são liberadas da queima de óleo diesel, o que leva à chuva ácida, poluição e más condições de saúde. Na próxima página, veremos algumas melhorias recentes feitas nessas áreas.

Combustíveis mais limpos e níveis de emissões mais rígidos devem reduzir o número de mortes prematuras devido à poluição do motor a diesel. Foto cedida por Mario Tama / Getty Images

-Durante a grande crise do petróleo na década de 1970, as montadoras europeias começaram a anunciar motores a diesel para uso comercial como alternativa à gasolina. Aqueles que experimentaram ficaram um pouco desapontados - os motores estavam muito barulhentos, e eles chegavam em casa e encontravam seus carros cobertos de fuligem preta da frente para trás - a mesma fuligem responsável pela poluição nas grandes cidades.

Nos últimos 30 a 40 anos, entretanto, grandes melhorias foram feitas no desempenho do motor e na limpeza do combustível. Os dispositivos de injeção direta agora são controlados por computadores avançados que monitoram a combustão do combustível, aumentando a eficiência e reduzindo as emissões. Combustíveis diesel mais refinados, como o diesel com teor de enxofre ultrabaixo (ULSD), reduzirão a quantidade de emissões prejudiciais e atualizar os motores para torná-los compatíveis com combustíveis mais limpos está se tornando um processo mais simples. Outras tecnologias, como filtros de partículas CRT e conversores catalíticos, queimam fuligem e reduzem as partículas, monóxido de carbono e hidrocarbonetos em até 90%. [fonte: Fórum de tecnologia diesel]. A melhoria contínua dos padrões para combustíveis mais limpos da União Europeia também levará as indústrias automotivas a trabalharem mais para reduzir as emissões - até setembro de 2009, a UE espera reduzir as emissões de partículas de 25 mg / quilômetro para 5 mg / quilômetro [fonte: EUROPA].

Você também pode ter ouvido falar de algo chamado biodiesel. É o mesmo que diesel? O biodiesel é uma alternativa ou aditivo ao combustível diesel que pode ser usado em motores a diesel com poucas ou nenhuma modificação nos próprios motores. Não é feito de petróleo - em vez disso, vem de óleos vegetais ou gorduras animais que foram quimicamente alterados. (Fato interessante: Rudolf Diesel considerou originalmente o óleo de semente vegetal como combustível para sua invenção.) O biodiesel pode ser combinado com o diesel comum ou usado sozinho. Você pode ler mais sobre o biodiesel em Como funciona o biodiesel.

Para mais informações sobre motores diesel e tópicos relacionados, confira os links na próxima página.

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