Como funcionam os motores a diesel

Autor: 
Marshall Brain

Um dos artigos mais populares do HowStuffWorks é Como funcionam os motores de carros, que explica os princípios básicos por trás da combustão interna, analisa o ciclo de quatro tempos e fala sobre todos os subsistemas que ajudam o motor do seu carro a fazer o seu trabalho. Por um longo tempo depois que publicamos aquele artigo, o que mais foi questionado (e uma das sugestões mais freqüentes) foi: "Qual é a diferença entre um motor a gasolina e um a diesel?"


Foto cortesia de DaimlerChrysler
Motor diesel CRD de injeção direta de 2,7 litros, Jeep Grand Cherokee 2003

Primeiro, veja Como funcionam os motores de carros para ter uma noção básica de combustão interna. Mas volte rápido, pois neste artigo desvendamos os segredos do diesel.

Rudolf Diesel desenvolveu a idéia do motor a diesel e obteve a sua patente alemã em 1892. Seu objetivo era criar um motor de alta eficiência. Motores a gasolina foram inventados em 1876 e, especialmente naquela época, não eram muito eficientes.


Foto cortesia de DaimlerChrysler
Atego seis cilindros
Motor a diesel

As principais diferenças entre o motor a gasolina e o a diesel são:

  • Um motor a gasolina aspira uma mistura de gasolina e ar, comprime-a e faz a ignição com uma centelha. Um motor a diesel puxa o ar, comprime-o e então injeta o combustível no ar comprimido, o calor do ar comprimido inflama o combustível espontaneamente.
  • Um motor a gasolina comprime a uma taxa de 8:1 a 12:1, enquanto um motor a diesel comprime de 14:1 a 25:1. A taxa de compressão mais alta do motor a diesel leva a uma eficiência maior.
  • Motores a gasolina geralmente usam carburação, na qual o ar e o combustível são misturados bem antes do ar entrar no cilindro, ou injeção de combustível no duto de admissão, no qual o combustível é injetado imediatamente antes do tempo de aspiração (fora do cilindro). Os motores a diesel usam injeção direta de combustível o óleo diesel é injetado diretamente no cilindro.

A animação a seguir mostra o ciclo do diesel em ação. Você pode comparar com a animação do motor a gasolina para ver as diferenças:

Foto cortesia de Baris Mengutay

Note que o motor a diesel não tem vela, ele aspira o ar e o comprime, e então injeta o combustível diretamente na câmara de combustão (injeção direta). É o calor do ar comprimido que inflama o combustível num motor a diesel.

Em um motor a diesel o injetor é o componente mais complexo, e tem sido objeto de um grande número de experimentos. Em um dado motor, ele pode ser colocado em diversos lugares. O injetor tem que ser capaz de suportar a temperatura e a pressão dentro do cilindro e ainda passar o combustível como uma fina névoa. Fazer a mistura circular no cilindro de maneira uniformemente distribuída também é um problema, de modo que alguns motores a diesel utilizam válvulas de admissão especiais, câmaras de pré-combustão ou outros dispositivos que produzam um turbilhão de ar na câmara de combustão ou, de alguma forma, melhorem o processo de ignição e combustão.

Potência do motor
Para uma explicação completa sobre o que é potência, leia Como funciona a potência do motor!

A grande diferença entre um motor a diesel e um a gasolina está no processo de injeção. A maioria dos motores de carros usa injeção antes da válvula de admissão ou um carburador, em vez de injeção direta. Portanto, em um motor de carro, todo o combustível é carregado para dentro do cilindro durante o tempo de aspiração e, então, comprimido. A compressão da mistura ar/combustível limita a taxa de compressão do motor - se ela comprime o ar demais, a mistura sofre ignição espontânea depois da ignição e provoca detonação. Um motor a diesel comprime apenas o ar, de modo que a taxa de compressão pode ser muito maior. Quanto maior a taxa de compressão, maior a potência gerada.

Alguns motores a diesel contêm algum tipo de vela de incandescência (não mostrado nesta figura). Quando um motor a diesel está frio, o processo de compressão pode não ser capaz de elevar a temperatura do ar 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 a câmara de combustão e aumenta a temperatura do ar quando o motor está frio, de modo que o motor possa funcionar. De acordo com Cley Brotherton, técnico de equipamentos pesados da Journeyman:

    Em um motor moderno, todas as funções são controladas pelo módulo de controle eletrônico, ou ECM, em comunicação com um sofisticado conjunto de sensores, medindo tudo, desde rpm até temperaturas do líquido refrigerante e do óleo, e até a posição do motor (isto é, o ponto-morto superior). Hoje é raro usar velas de incandescência em motores maiores. O ECM mede a temperatura do ar ambiente e retarda a injeção do motor em tempo frio, para que o injetor borrife o combustível um pouco mais tarde. O ar no cilindro é mais comprimido, criando mais calor, o que ajuda na partida.

Os motores menores e os motores que não têm esse avançado controle computadorizado usam velas de incandescência para resolver o problema da partida a frio.

Diesel
Se alguma vez você comparou o diesel e a gasolina, sabe que são diferentes, até no cheiro. O diesel é mais pesado e mais oleoso, evapora muito mais devagar do que a gasolina e o seu ponto de ebulição é mais alto que o da água. Freqüentemente referem-se a ele como "óleo diesel", por ser tão oleoso.


Foto cortesia de DaimlerChrysler
Mercedes-Benz Conecto H com motor a diesel Euro 3 OM 457 hLA de seis cilindros

O Diesel evapora mais devagar porque é mais pesado, ele contém mais átomos de carbono em cadeias mais longas do que as da gasolina (a gasolina é tipicamente C9H20, enquanto o diesel é tipicamente C14H30). É exigido menos refino para produzir diesel, sendo este o motivo do diesel ser mais barato que a gasolina.

O diesel tem uma densidade energética mais alta do que a gasolina. Em média, 1 galão (3,785 litros) de diesel contém aproximadamente 155 x 106 joules (147 mil BTU), enquanto 1 galão de gasolina contém 132 x 106 joules (125 mil BTU). Isto, combinado com a maior eficiência dos motores a diesel, explica por que eles obtêm uma melhor quilometragem por litro do que motores a gasolina equivalentes.

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