Longa vida ao motor de combustão interna. A ironia é evidente: apesar do “fim anunciado” do motor de combustão interna, impulsionado por uma eletrificação cada vez mais agressiva, os últimos anos têm trazido avanços técnicos de peso - taxa de compressão variável (Nissan), ignição por compressão em motores a gasolina (Mazda) e, mais recentemente, a Koenigsegg a preparar a produção (ainda que muito limitada) do primeiro motor de ciclo Otto (4 tempos) sem árvore de cames.
É neste mesmo caminho de inovação que aparece o 1S ICE da INNengine, com a ambição de ir ainda mais longe.
À primeira vista é um motor pequeno; por dentro, é uma proposta disruptiva, com soluções de engenharia pouco comuns. Vamos a elas.
O que é o 1S ICE?
O 1S ICE da INNengine é um motor extremamente compacto, tanto em dimensões como em capacidade: tem apenas 500 cm³ e pesa só 43 kg - e o seu criador, Juan Garrido, afirma estar já a trabalhar numa evolução desta unidade com apenas 35 kg (!).
Segundo a INNengine, é precisamente esta combinação de baixo peso e volume que o coloca em vantagem face a motores de combustão interna convencionais (4 tempos), com promessas muito concretas:
- Até 70% de redução de volume total;
- Até 75% de redução de peso;
- Até 70% menos componentes;
- E até menos 75% de cilindrada, mas com a mesma densidade de potência de um motor convencional 4x maior. Por exemplo, o 1S ICE de 500 cm³ consegue a mesma potência que um motor de 2000 cm³ a 4 tempos.
Há ainda um detalhe que surpreende: apesar da cilindrada reduzida, o 1S ICE tem quatro cilindros e… oito pistões - não é erro, são mesmo oito pistões… Isto significa dois pistões por cilindro, ou seja, estamos perante um motor de pistões opostos.
E atenção ao termo: escrevi pistões opostos e não o mais conhecido cilindros opostos. Não são a mesma coisa.
Pistões opostos são mais antigos do que imaginas
Um motor de pistões opostos não deve ser confundido com um motor de cilindros opostos (como os que associamos à Porsche e à Subaru). A diferença essencial é simples: num motor de pistões opostos existem dois pistões por cilindro, a moverem-se um contra o outro e a partilharem a mesma câmara de combustão.
Apesar de ser uma solução pouco habitual, não é exatamente recente no universo dos motores de combustão interna.
Na verdade, o primeiro motor de pistões opostos remonta a 1882 e foi criado por James Atkinson (o mesmo Atkinson que deu nome ao ciclo de combustão homónimo, muito usado sobretudo em veículos híbridos por ser mais eficiente).
A grande vantagem desta arquitetura está na eficiência: deixa de existir cabeça do motor e árvores de cames - os motores de pistões opostos são a 2 tempos - o que tende a cortar peso e complexidade, reduzindo perdas por calor e atrito, além de baixar custos.
Na prática, porém, surge um problema: para que dois pistões no mesmo cilindro trabalhem em sincronização, têm de estar mecanicamente coordenados, o que acaba por reintroduzir parte da complexidade e do peso que se pretendia eliminar.
Por isso, historicamente, esta tecnologia tem aparecido mais em aplicações de grande porte - navios, veículos militares - ou como geradores eficientes. Em automóveis, continua a ser muito rara. Hoje, um dos projetos mais próximos de chegar a um automóvel (ou, no limite, a um veículo comercial) é o motor de pistões opostos da Achates Power. O pequeno vídeo referido no artigo ajuda a perceber a lógica de funcionamento.
Pistões opostos 2.0: adeus cambota
Então onde é que o 1S ICE da INNengine se separa do exemplo da Achates? No caso do motor da Achates, como se vê no filme, o controlo do movimento dos pistões exige duas cambotas ligadas por um sistema de engrenagens. Já o 1S ICE elimina por completo as cambotas - e, com isso, desaparecem também as bielas e todo o conjunto de engrenagens associado.
Ao reduzir de forma tão agressiva o número de peças necessárias para o motor funcionar, a INNengine diz conseguir as reduções já citadas de massa e de volume, e ainda abrir espaço para melhorias de eficiência.
Em vez das cambotas, surgem duas peças (algo semelhante a um disco que acopla ao eixo do motor), uma em cada extremidade, com uma superfície ondulada desenhada e calculada ao pormenor. São estas peças que sincronizam com precisão o movimento dos oito pistões - que, neste caso, passam a deslocar-se num eixo paralelo ao veio do motor.
Vejam-nas em funcionamento:
Parece absurdamente simples, não é? Graças à disposição equidistante e concêntrica de todas as (poucas) peças móveis, e ao movimento dos pistões alinhados com o veio principal, o equilíbrio deste motor é praticamente perfeito.
A ausência de vibrações é de tal ordem que, quando mostraram um filme de um protótipo do motor em banco de testes, foi acusado de ser falso, pois não era percetível a olho nu que o motor tivesse a funcionar…
Nesse mesmo vídeo é possível observar outras particularidades do 1S ICE, como a capacidade de avançar ligeiramente a posição de uma das “cambotas”. Essa possibilidade permite obter distribuição variável - não de válvulas (porque não existem), mas sim das portas (admissão e escape) que as substituem. E abre ainda a porta a uma taxa de compressão dinamicamente variável, ajustando-se conforme a necessidade, à semelhança do que acontece com o motor da Nissan.
A intenção é a mesma que encontramos em alguns motores a 4 tempos atuais: melhorar eficiência e rendimento. No caso do 1S ICE, isto serve para dar uma flexibilidade que os motores a 2 tempos - como os de pistões opostos - normalmente não oferecem, por serem mais “rígidos” nos seus parâmetros.
E é precisamente aqui que entramos noutra ideia central do projeto: o facto de a INNengine o descrever como um motor a 1 tempo, algo tão importante que até dá nome ao conjunto: 1 Stroke ou 1 Tempo.
Apenas 1 tempo?! Como assim?
Estamos habituados a falar em motores a 4 tempos (os mais comuns nos automóveis com motor de combustão interna) e em motores a 2 tempos (muitas vezes associados a motorizadas). Ainda assim, a INNengine afirma que o seu é um motor a 1 tempo, o que traduz a seguinte lógica:
- 4 tempos: uma explosão por duas voltas de cambota;
- 2 tempos: uma explosão por cada volta de cambota;
- 1 tempo: duas explosões por cada volta de cambota.
Ou seja: embora o princípio de base se aproxime do funcionamento de um 2 tempos, o 1S ICE consegue duplicar o número de explosões por cada rotação da cambota - e, comparando com um 4 tempos, chega a quadruplicar. E fá-lo, segundo a empresa, com menos componentes.
Este é apontado como um dos “segredos” da eficiência prometida e também do rendimento específico: de acordo com a INNengine, um 500 cm³ poderá entregar valores equivalentes aos de um motor 2000 cm³ a 4 tempos.
Os números… possíveis
O projeto ainda está em desenvolvimento, por isso não há especificações finais fechadas. Mesmo assim, nos vídeos em que Juan Garrido explica o conceito e os detalhes do motor (há referência a um vídeo no fim do artigo), existe um número que se destaca: 155 Nm às 800 rpm!
É um valor muito chamativo. Para enquadrar: no nosso mercado, os pequenos motores 1.0 turbo conseguem binários semelhantes, mas tipicamente só 1000 rpm mais tarde e… com sobrealimentação.
Quanto a consumos e emissões, é necessário esperar por mais dados - o que conduz à questão essencial.
Chegará a equipar um automóvel?
Talvez, mas provavelmente não como estás a imaginar. Apesar de existir uma conversão de um Mazda MX-5 (NB) para servir de protótipo de testes, a orientação principal do desenvolvimento parece estar noutro destino: funcionar como extensor de autonomia para veículos elétricos.
A lógica é direta: sendo tão compacto, leve e eficiente, e apresentando números elevados a regimes tão baixos, pode encaixar bem nesse papel. Para esse cenário de extensor de autonomia, a meta indicada é produzir 30 kW (41 cv) às 2500 rpm.
No papel, isso pode significar menos custos (dispensa uma bateria tão grande), menos poluição (um motor de combustão mais eficiente) e maior refinamento a bordo (graças à ausência de vibrações).
Ainda assim, não é a única via possível. A INNengine está também a trabalhar numa versão para competição e a aviação (ligeira) já demonstrou um interesse elevado neste motor.
Mundo real
Tal como acontece com o motor da Achates Power, é difícil negar o potencial do 1S ICE da INNengine. Mas para o vermos a sério no mercado é preciso muito apoio financeiro. E, mesmo com ambas as empresas a beneficiarem do suporte da Saudi Aramco (gigante petrolífera saudita), o cenário ideal passaria por garantir o envolvimento de um ou vários construtores automóveis.
A Achates Power já conseguiu parte disso, graças ao apoio da Cummins (produtora de motores) e da ARPA-E (agência governamental dos EUA para projetos avançados ligados à energia). A INNengine, por enquanto, ainda não encontrou um parceiro desse calibre.
Após 10 anos de desenvolvimento, já existem protótipos em bancos de ensaio. O interesse deverá crescer - até pelas promessas associadas a este propulsor -, mas nem assim há garantias de sucesso. O contexto atual pesa: a indústria automóvel está forçosamente concentrada, quase em exclusivo, na eletrificação. Para um construtor, será difícil desviar investimento para um motor de combustão interna totalmente novo, ainda por cima com tantas soluções inéditas.
Daí não surpreender que a INNengine esteja a posicionar o 1S ICE como extensor de autonomia - poderá ser a forma mais realista de singrar no futuro próximo e, ao mesmo tempo, captar atenção dentro da indústria.
A relevância do motor de combustão interna no futuro não é importante apenas para o automóvel, mas para todos os veículos que dele dependem, sejam terrestres, marítimos ou aéreos. Os números são claros.
Todos os anos são produzidos à volta de 200 milhões de motores de combustão interna (à volta de 90 milhões pertencem a automóveis). Por isso, não é expectável que, no curto/médio prazo, desapareçam simplesmente agora que “descobrimos” a eletricidade.
É fundamental que se continue a apostar na sua evolução, pois também fazem parte da solução.
Para quem quiser aprofundar este motor de combustão interna, fica a referência ao vídeo (em espanhol, com legendas em inglês) de Juan Francisco Calero, jornalista, que visitou as instalações da INNengine e falou com Juan Garrido, da INNengine.
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