Funcionamento da máquina de Dois Tempos

Eng. Luiz Paracampo

O motor de dois tempos clássico não possui válvulas, (entretanto há outras versões que vermos em continuidade), portanto o controle de admissão e exaustão é realizado pelo próprio pistão através de sua própria abertura, e pelos dutos de transferência e janela de exaustão nos cilindros do bloco do motor, durante o curso dos mesmos.

Figura 1

No prmeiro estágio consideramos a ignição da vela que queima a mistura previamente introduzida na câmara. A sua exaustão, no momento em que a superfície superior do pistão encontra a abertura de saída, gera uma onda sonora que se propaga no cano de escape. Após viajar pela saída principal, os gases se descomprimem no cone difusor, viajam pela câmara neutra, e voltam a se comprimir no cone defletor. Antes de serem evacuados, pelo tubo de saída, estes gases geram uma pressão inversa,    

Figura 2

Chamada de 2ª onda sonora que impedem a evacuação plena dos gases gerada pela pressão negativa que ocorre na porta da câmara de explosão.

Este fenômeno é útil uma vez que impede o desperdício de mistura explosiva que alimenta a câmara de explosão e melhora  relação de aproveitamento energético para o movimento do motor, que graficamente são representados nas figuras 2 e 3.

Figura 3

A figura 3 representa o ponto “0” ou o ponto mais baixo do pistão durante o ciclo de rotação

Figura 4

A figura 4 representa o momento de fechamento da câmara de explosão logo após a admissão da mistura explosiva e imediatamente antes do instante de ignição representado na figura 1, quando todo o ciclo se reinicia.

Como especial característica, vamos aqui notar que a aspiração do motor se realiza através do carter seco no momento em que o cilindro encontra-se em seu ponto mais alto, e este encontra-se em sua mais baixa pressão. Este mesmo carter, que possui vedação entre cada cilindro, (lembre-se que um motor de dois tempos terá sempre apenas um cilindro, ao lidarmos com uma unidade de três cilindros, teremos verdadeiramente três motores de um cilindro defasados entre si em 120^o) produz uma pré-compressão imediatamente antes da coincidência da janela do cilindro ao momento da admissão da mistura explosiva para a câmara de ignição, quando o cilindro se encontra no ponto mais baixo de seu ciclo.

Figura 5

Demonstração do vácuo de Admissão e o processo de Injeção sob pressão na câmara de explosão. -Pistões respectivamente no máximo e mínimo de seu curso-. Na fase de Admissão há um vácuo que favorece a entrada da mistura explosiva; na fase da Injeção a redução de volume do carter favorece um estágio de pré-compressão que conduz a mistura à câmara de explosão.

Num balanço geral, poderemos citar as vantagens imediatas do motor de dois tempos:

1-     Menor quantidade de peças móveis.

2-     Simplicidade de montagem, desde que respeitados os necessários cuidados técnicos.

3-     Ausência do ciclo morto durante a exaustão.

4-     Melhor relação peso-potência.

5-     Rápido alcance de altas rotações.

6-     Menor consumo de combustível por km rodado.

7-     Melhores curvas de potência.

8-     Maior leveza e menores dimensões no produto final

9-     Menor custo total.

10- Superioridade absoluta dos itens anteriores quando o motor for de ciclo Diesel.

Processo da Ignição Geração de Energia Motriz:

A perfeita conversão de energia ocorre ao se obter uma mistura estequiométrica.

Isto é, quando a quantidade de ar e o combustível se encontram para uma reação de queima total, sem que haja resíduo gasoso. Este ponto ideal é conseguido através do ajuste do carburador, do injetor, e melhor ainda através da monitoração das quantidades dos elementos da mistura ar-combustível  geridas através da sonda lambda.

Lambda (l) é uma relação matemática referente ao quociente entre as partes Relação Real e Relação Ideal entre os elementos da reação química de explosão no motor. Quando volume de ar na mistura ar-combustível na Relação Real atinge a Relação Ideal  o valor será 1 e indica ausência de oxigênio na mistura queimada.

A sonda lambda mede, portanto a existência de resíduos existentes nos gases queimados, emitindo um sinal elétrico usado para corrigir a razão ar-combustível na queima. Por isto, os carros “flex” podem funcionar com qualquer proporção de álcool e gasolina no tanque.

A sonda lambda, também é chamada de sensor de oxigênio, sensor de O₂, e por vezes também chamado sensor EGO (do inglês exhaust gas oxygen), é um dispositivo que envia um sinal elétrico ao gerenciador eletrônico do automóvel indicando a presença  de oxigênio nos gases de escape, possibilitando o controle da quantidade de combustível a enviar para o motor.

Pesquisas Recentes em Motores de Dois Tempos

Durante os anos 50 e 60 do século anterior, houve um grande mercado para motores 2-tempos que hoje vem sendo encarados no mercado automobilístico como mera sombra do passado. O automóvel Auto Union DKW produzidos no Brasil pela extinta Vemag entre '56 e '67, e pela Industria Automotriz de Santa Fé na Argentina entre '60 e '69   possuíam um motor de 3 cilindros e 1.0L que prometiam desempenho equivalente a um motor 4-tempos de 6 cilindros com o dobro da cilindrada, a julgar pelos motes publicitários da época "3=6".

O pequeno motor tinha ampla possibilidade de modificação e os 50 Hp alardeados poderiam chegar aos 100, contudo, comprometendo a durabilidade da máquina.

Esta peculiaridade propiciava ao motor que fosse preparado para qualquer valor de potencia e torque o que o tornava admirado e apaixonante.

Seu irmão equivalente, o Wartburg, gozava das mesmas faculdades e ainda hoje são venerados por uma imensa quantidade de admiradores, tornando-se sem dúvida o maior time de indivíduos e colecionadores que preservam a marca nos dias atuais.  

Motores de 1.0L de 4 tempos só alcançaram desempenho semelhante nos anos 2000 com motores Turbo 16V usado pela Volkswagen no Gol até 2003 e na Parati até 2004, mas para isto, tiveram que contar com injeção eletrônica multiponto, ignição eletrônica, e com a complexidade do comando de válvulas variável.

A simplicidade construtiva imediatamente chama a atenção; uma vez que não há válvulas acionadas mecanicamente para admissão e escape, o que além de reduzir peso morto já elimina uma parte considerável da inércia e atritos internos, favorecendo a eficiência geral. O atrito é praticamente eliminado por usar rolamentos em todos os pontos móveis ou oscilantes, e a menor quantidade de componentes móveis proporciona redução nos custos de produção, com usinagens especiais, direcionando o motor à uma manutenção mais barata. O emprego de óleo novo permanentemente em todas as partes do motor proporciona uma lubrificação mais uniforme, fazendo com que até hoje sejam padrão em motores de alta responsabilidade e uso profissional.

-A pré-ignição e problemas inerentes à vedação de válvulas, correias dentadas e catástrofes mecânicas são desta forma eliminados. Perdas de potencia internas por atrito ou acionamento de elementos internos são também eliminados, como também os "pontos mortos" (superior entre compressão e expansão, e inferior entre expansão e escape) que se observam num motor 4-tempos convencional (ciclo Otto), enquanto também reduzem as "perdas por bombeamento" que hoje são uma pedra no sapato dos engenheiros...

-Atualmente, os motores de combustão interna (ICE) – são tecnicamente mais importantes que os movidos a bateria, os híbridos, e do que qualquer outra coisa no mercado. Particularmente nos novos motores movidos de ciclo diesel.

1-Motor de Cesare Bossaglia

Apesar dos grandes investimentos dos grandes fabricantes em máquinas de quatro tempos, e por isso mantendo longe do mercado o potencial de clientes para o motor de dois tempos através da estigmatização da técnica empregada nestes últimos, através das “fake news” amplamente disseminadas, Vários grupos de cientistas e inclusive grandes fabricantes investem em pesquisas em máquinas de dois tempos, com o objetivo de poderem entrar no mercado tão logo caiam por terra hoje mitos muitos comuns.

Ainda nos tempos de retração de mercado para motores de dois tempos Cesare Bossaglia, engenheiro italiano projetista de motores 2T de alto desempenho, trabalhou na fábrica de motocicletas Parilla onde desenvolveu um motor de dois tempos inspirado no motor da MZ, pioneiro na utilização de válvula rotativa para controle da admissão. Também projetou motores de dois tempos automobilísticos, como o DRB, que não saiu do estágio de protótipo.

Escreveu o livro “Il motore a due tempi di alte prestazioni”, publicado em 1968 na Itália. O livro é repleto de fotos e desenhos e abrange não apenas motores 2T de motocicletas, mas também motores de automóveis. Traduzido para a língua inglesa, foi publicado em 1972 sob o título “Two-Stroke High Performance Engine – Design & Tunning” com fotografias do motor DRB boxer de 6 cilindros na capa.

DRB era uma marca formada pelas iniciais do conde Nicolò Donna delle Rose e do técnico Cesare Bossaglia para um automóvel que não chegou a ser terminado.

Em 1966 eles decidiram projetar e construir um pequeno modelo grã-turismo, com motor de dois tempos de 1000 cc, para apresentar no Salão de Turim do ano seguinte.

O motor passou por testes práticos, depois de montado experimentalmente num Simca 1000. Era um seis cilindros boxer (cilindros contrapostos), projetado pelo próprio Cesare Bossaglia. Funcionava segundo o ciclo de dois tempos (numa volta ocorriam seis explosões, simultâneas duas a duas) e tinha 996,29 cc (62 x 55 mm) de cilindrada total. Três válvulas rotativas  no carter, solidaria com o virabrequim, faziam a distribuição da mistura ar-combustivel aos cilindros. Era alimentado por um carburador Solex triplo corpo, e o motor desenvolvia 75 cv a 6800 rpm, com a possibilidade de girar sem inconvenientes até o limite de 8000 rpm. Na versão "brava" chegava a 115 cv a 9000 rpm. A refrigeração era a água e a lubrificação das articulações das bielas e dos cilindros fazia-se por meio de oleo misturado à gasolina na proporção de 3%. Realizou-se uma outra versão do motor que produzia 115 cv a 9000 rpm.

2-Motor Orbital de Injeção Direta.

A partir de 1983 resolveu adotar a concepção de três cilindros com base nos motores Suzuki série R e adotou a injeção direta pós compressão fazendo que o motor atingisse uma taxa de 31.5:1 capaz de fazer inveja a qualquer motor diesel e chegando próximo ao Elko de taxa 40:1

Motor Orbital de três cilindros

A arquitetura seguia o mesmo lay-out dos DKW, mas introduzia o virabrequim integrado (não desmontável) e um sistema de lubrificação em alta pressão com extrema economia.

3-Motor Chyrsler Neon

Apesar da pouca divulgação, a Chrysler vem se envolvendo com motores de 2 tempos a partir de 1936. A General Motors foi pioneira na produção seriada de motores 2T com suas versões Detroit Diesel  a partir de 1938, para o exército americano. A partir de 1949, passou a vendê-los e equipar seus próprios caminhes e veículos  após êxito nos produtos militares de sua fabricação.

A Chrysler iniciou suas pesquisas e motores 2T a partir de uma solicitação da Texaco para produção de caminhões especiais aerodinâmicos para distribuição de petróleo. Estes caminhões tinham origem nos veículos “Air-Flow” que foram postos no mercado em 1933.

Caminhão aerodinâmico “Airf low” projetado pela Chrysler para Texaco com motor de 2 tempos para estudo de desempenho. Abaixo fotografias de época.

Em 1936 a Chrysler construiu dois protótipos de automóveis um com 4 portas e outro com duas portas, em dimensões reduzidas para os padrões americanos, utilizando motores radiais de 5 cilindros em dois tempos, tração dianteira e molas semi elípticas transversais com refrigeração a ar. Como curiosidade, o novo motor de 5 cilindros inspirou o símbolo “Pentastar” que a Chrysler passou a usar anos depois.

O Chrysler dois tempos de 1936 é uma clara concepção das novas idéias comuns à época invocando nitidamente soluções encontradas nos protótipos dos Volkswagen e DKW, que eram então publicadas. A mais importante conquista da Chrysler na época foi que o novo motor podia trabalhar com vários tipos de combustíveis no mercado.

Montagem da suspensão frontal e tração dianteira

https://www.hemmings.com/blog/index.php/2007/07/29/sia-flashback-mopars-star-cars/

Durante os anos da Segunda Guerra Mundial a Chrysler produziu provavelmente o maior motor de dois tempos para uso em veículos. Tratava-se do motor em W de 30 cilindros diesel empregado no Tanque Sherman de fabricação americana.

Motor Chrysler em W de 30 cilindros diesel	Tanque Sherman de fabrico americano para a Segunda Guerra Mundial

O mesmo tanque vinha opcionalmente com motores V 12 da FORD e com motor GM V8 à gasolina.

FORD V-12 diesel	Motor V-8 GM à gasolina.

Com toda esta experiência, a Chrysler resolveu produzir um novo motor de 2 tempos a partir de 1989, para ser usado no modelo Neon (e no PT Cruiser). O novo motor era projetado para ter injeção direta e não teria cabeçote nem junta  uma vez que o bloco seria  inteiriço onde toda a unidade seria construída em uma só peça. O cárter permanece em banho de óleo como tradicionalmente. O novo motor seria construido em conjunto com a Mercury Marine, mas houve contratempos sérios pois Joe Goulart responsável pelos estudos faleceu durante o desenvolvimento do projeto em 1995. A Aliança Chrysler - Mercury seria útil para ambos e a Mercury já produzia de longas datas motores marítimos  de dois tempos.

Chrysler Neon e PT Cruiser

De uma forma interessante, os motores de dois tempos foram também usados em veículos projetados para serem baratos e de grande aceitação pelo público. À mesma época (1933) a GM por sua vez, apresentou suas pesquisas num veículo popular com motorização e tração traseira usando também um motor radial de quatro cilindros duplos, alimentação pelo bloco do motor e compressor tipo Rootes.

Cada unidade da estrela de quatro pontas possuía dois cilindros e usavam a geometria das motos DKW que ao invés de usarem o terceiro cilindro compressor possuíam um compressor externo servindo às quatro unidades de dois cilindros. Sistema semelhante será utilizado no projeto da Toyota quase 80 anos depois.

Unidade de cilindros duplos nos motores GM, mostrando a diferença de tempos nas aberturas entre as janelas de admissão e exaustão.

Compare com a unidade utilizada nas motos DKW – figuras abaixo.

DKW Ladepump 250 (bomba de carga- o terceiro cilindro horizontal).  À direita unidade real.

4-Willys Jeep

Sem sombra de dúvidas a maior surpresa é encontrada em uma das séries do Jeep Willys de 1944. O motor não emplacou, tendo sido substituído logo em seguida pelo quatro cilindros a quatro tempos. Esta rara versão de três cilindros de 1944 reproduz à perfeição o motor dos DKW agora com 2,3 litros. O emprego de motores 2 tempos na 2ª Guerra era devido à facilidade construtiva. Apesar do conflito na Europa e que os americanos se preparavam para a Guerra desde 1942, a história mostra que eles mantiveram relações comerciais com os alemães até quase o momento de definição do conflito.

Motor Willys Jeep 3 cilindros 1944 com 2300 cm3

5-Motor Lotus - Omnivore.

A Lotus aproveitou idéias da Orbital empregando-as em seu motor de compressão variável multicombustível.

6-Motor Norton Villiers - FITS.
Estudado por oito anos, o motor FITS e 2 tempos  - Forced Injection Two Stroke  possui agregado características de alta tecnologia.
Trabalha com combustíveis sem aditivos e rolamentos cerâmicos que não necessitam lubrificação, superfícies internas em Teflon e outros materiais. Baixas emissões e pouco peso estão entre os pontos fortes do projeto. Versões com bio-diesel e combustíveis renováveis. O nível de emissão de poluentes está abaixo dos níveis californianos de emissões, comparando-se ao OPOC. Mas a Norton Villiers proclama que seu motor é mais compacto e mais leve que os OPOC que assim tem aplicações mais limitadas.

7-Ecomotors – OPOC.

A principal vantage dos motores OPOC- Opposed Piston Opposed Cylinder engine é a alta potência e eficiência de combustível que proporciona 50% a mais que motores com ignição por centelha. Os Ecomotors possuem dois cilindros com dois pistões em seu interior e são ligados à um virabrequim comum. Cada par e pistões a oscilar na câmara comum expõem apenas as aberturas de admissão e de exaustão sem que haja sobreposição.

8-Motor Maritmo Nissan - TLDI.

Nissan Marine é uma divisão da Nissan Motor Company Ltd e produz vários motores de dois tempos de Injeção direta.

9-Honda

Apesar de possuir vários projetos em dois tempos a Honda os mantém em segredo dado o sucesso de  seus motores de quarto tempos. De acordo com Dave Blundell da Lotus:

"Há muitos engenheiros favoráveis ao dois tempos na Honda, e eles fizeram um trabalho incrível no campo, mas dentro da empresa é considerado desleal apoiar o dois tempos. A influência deles é tão grande que distorce a verdade sobre a engenharia”.  Mike Ambler da Aprilia diz- ”A verdade é que até a Honda sabe - Os dois tempos podem ser pelo menos tão limpos e mais eficientes que os quatro tempos - os  próprios testes com dois tempos contra seus melhores quatro tempos provaram isso”.

10-Aprilia

Vencedoras de 33 troféus com máquinas de dois tempos está desde o ano 2000 a reviver a versão do icônico RS250 da Orbtal. Ultimamente tem produzido motores médios de quatro tempos. “Enquanto houver demanda nos motores de dois tempos na categoria 250, Aprilia continuará a produzi-los. Isto é paixão ao desempenho”.

11-KTM

Em 2008 vendeu 25,000 motos de dois tempos e Stefan Pierer, CEO da KTM nos diz: “A pesquisa em dois tempos esta longe de ser exaurida e não vemos fim em seu desenvolvimento é clara a possibilidade de termos motores bem menos poluentes que os quatro tempos.

12-Mira

Empresa Chinesa parte do conglomerado da Jialing Motorcycles traalha em conjunto com a Savice, da Nova Zelandia, firma de pesquisa e desenvolvimento no sentido de produzir sub-250cc de dois tempos com injeção direta atualmente foram conseguidos motores de 1000cm³ dois tempos em V com 220bhp alcançando níveis Euro-3 e um 125 com 62bhp 125, com entrada dividida que alcança até 11.000rpm, e mais há de vir.

13-Peugeot

A montadora francesa Peugeot e seu conceito de motor de dois tempos incorpora uma válvula de assento que veda uma câmara de pré-combustão até que o combustível seja entregue. Em vez de usar uma bomba de ar separada para fornecer o auxílio de ar para injeção, a Peugeot colocou uma segunda válvula tipo flauta no cárter que permite que o ar escape para uma câmara, que é então usada para auxiliar o ar para injeção.

14-Subaru

Subaru desenvolveu versões de dois tempos que se afastam dos conceitos tradicionais. Em vez de usar o cárter como a bomba de limpeza, ambos usam um soprador acionado por correia ou um compressor externo para exaurir os gases queimados dos cilindros. O cárter permanece como reservatório de óleo de lubrificação, como na maioria dos motores de automóveis.

Os pórticos de transferência transportam o ar para o cilindro e o pistão opera como válvula. No projeto da Subaru, o pórtico de escape no cilindro é aberto e fechado pelo pistão, mas logo em seguida há uma válvula rotativa que aumenta a carga do cilindro para mais do que a pressão atmosférica. O controle de admissão de ar não é necessário porque a pressão de combustível de 1.000 a 1.200 psi atomiza automaticamente o combustível quando sai do bico do injetor.

15-Ferrari

16-Toyota

Até o final do século 20, a maioria dos veículos de produção eram equipados com um motor de combustão interna de ignição por faísca adotando o tradicional ciclo de quatro tempos do tipo Otto. Como o nome sugere, esses motores de quatro tempos têm quatro fases separadas dentro de um único ciclo - entrada, compressão, combustão e exaustão - e cada fase corresponde a um curso completo do pistão dentro do cilindro. O ciclo começa com um golpe de pistão para baixo, que aspira uma mistura de ar e combustível vaporizado através da abertura da válvula de admissão para a câmara de combustão. O curso ascendente do pistão de retorno comprime esta mistura para cerca de um décimo do seu volume, altura em que é inflamada pela vela de ignição. Esta explosão leva o pistão para baixo em um golpe que dá ao motor o impulso. O ciclo de retorno final do ciclo evacua os gases gastos através da válvula de escape para que o processo possa recomeçar. Este ciclo termodinâmico relativamente simples tem taxas de compressão e expansão iguais em cada cilindro. Mas enquanto produz uma saída satisfatória de qualquer deslocamento, o ciclo Otto não é a maneira mais eficiente de gerar energia. Em 1882, um engenheiro britânico chamado James Atkinson desenvolveu e patenteou um ciclo de quatro tempos modificado que usava um curso de pistão de comprimento variável e atrasava o fechamento da válvula de admissão para aumentar a eficiência. Embora eficaz e incrivelmente inteligente, esse projeto não conseguiu de firmar financeiramente para a produção em massa. Ligações mecânicas complexas foram necessárias para alcançar diferentes comprimentos de curso a partir de uma única revolução do virabrequim, enquanto os benefícios em eficiência só poderiam ser alcançados ao custo de alguma potência. Por causa dessas questões, o engenhoso design de Atkinson foi engavetado nos últimos 100 anos No entanto, com a introdução da tecnologia de distribuição variável de válvulas, os engenheiros da Toyota perceberam que poderiam obter mais economia de combustível no ciclo de Atkinson - o fechamento controlado da válvula de admissão durante o curso de compressão - por meios não mecânicos; precisamente pela atuação hidráulica do avanço ou retardo da posição da árvore de cames.

Essa materialização permitiu que a Toyota construísse o primeiro motor de ciclo Otto do mundo com uma ação de válvula tipo Atkinson simulada para melhorar significativamente a eficiência de combustível. Conhecido internamente como o 1NR-FXE, o motor 1.5 litros de quatro cilindros a gasolina foi instalado no Toyota Prius 1997 e adaptado para emprego no fantástico novo Sistema Híbrido da Toyota (agora conhecido como Hybrid Synergy.

O uso de um motor elétrico como auxiliar ao motor a gasolina solucionou o déficit de energia característica do ciclo de Atkinson, e também forneceu uma fonte independente de torque para que o motor pudesse ser desligado quando possível. Afinal, o método mais eficaz de economia de combustível é não ter o motor funcionando com o veículo parado.

 Este bem-sucedido esse casamento de um motor com simulação do ciclo Atkinson com um trem de força híbrido foi adotado em todos os modelos híbridos a gasolina e a gasolina Lexus produzidos desde a primeira geração do Prius empregando a mesma eficiente arquitetura em termos de combustível.

17-Renault

A Renault por sua vez tem trabalhado na contribuição de novas técnicas em dois tempos principalmente visando a economia em carros comerciais. Para tanto passaram a desenvolver motores diesel de pequeno porte para utilitários em geral. Seus projetos giram em torno de um pequeno motor de dois cilindros com apenas 40 quilos, extremamente e econômico e tão potente quanto um de quatro cilindros com técnica de quatro tempos. O desempenho proposto é entre 35 kW / 48 hp e 50 kW / 68 hp, o máximo torque  entre 112 e 145 Newton por metro a 1.500 rpm. Evita-se a alta rotação para conter o consumo limitando-a a 4000 rpm. 

O motor usa um  poderoso misturador e  turbocompressor com pré-aquecimento. A capacidade volumétrica é de cerca de 730 cm³ suficiente para veículos comerciais do tipo do Renault Twizy, com capacidade de carga para até 1,2 m³. A técnica de pré aquecimento da mistura combustível pode elevar a eficiência a quase 50 %, e ao mesmo tempo torná-lo flexível para uso com gás liquefeito de petróleo, (GLP) que na França encontra largo uso nos ônibus para transporte público.  Se usados com gasolina convencional sua eficiência gira em torno dos 35%. O novo motor poderá também equipar veículos híbridos elétricos e combustão desmistificando o limite de autonomia de tais veículos.

A indústria de veículos automotores investiu muito no desenvolvimento de motores de dois tempos no entanto eles não apareceram comercialmente. O sucesso alcançado nos motores de dois tempos de baixa emissão atuais sugere o que virá amanhã. O atual estágio da industria automobilística demonstra nitidamente um conceito uniforme entre os diversos fabricantes quanto ao uso da tecnologia. Entre os grandes fabricantes, a adoção de motores de dois tempos implicará numa alteração conceitual tecnológica diferenciada para cada fabricante, o que parece não lhes apetecer.

Há uma tendência generalizada ao emprego de motores elétricos e motores híbridos. Ao nosso ver, o carro elétrico ainda está muito distante de ser um veículo de amplo uso mormente devido às fontes de energia necessárias; além do mais, em última instância, as baterias são carregadas pelos geradores que distribuem energia de eletrificação para indústrias e residências, e a geração local de energia nas usinas em todo o mundo encontra-se em posição de estrangulamento, o que automaticamente limita a frota de veículos elétricos, e isto sem contar com a baixa autonomia, e com os custos realmente proibitivos tanto na geração como utilização desta energia em veículos automotivos. A máquina de dois tempos parece ser o caminho mais lógico, uma vez que já temos superados os inconvenientes tradicionais. Além do mais, a matriz energética em combustíveis fósseis ou renováveis é sem dúvida o maior lobby do planeta.Menores e mais econômicos e eficientes os motores de dois tempos mostram como serão os motores do amanhã e a se antecipam do futuro que agora apresentamos.

A Renault se mobiliza em torno dos pequenos motores de dois e três cilindros. Os passos seguintes são os procedimentos para a adaptação do sistema de dois tempos diesel uma vez que estes tem-se demonstrado como a formula ideal da economia e de baixas emissões, O atual panorama de estudo coloca a Renault à frente dos concorrentes com soluções já viabilizadas para a esfera comercial.

Os novos motores diesel de pequenas dimensões porém chegarão inicialmente com dois cilindros e funcionamento não poluente e sem cheiro. O projeto promete uma unidade de cerca de 40 quilos de peso, com desempenho entre 35 kW / 48 hp e 50 kW / 68 hp, com máximo torque entre 112 e 145 Newton por metro a 1.500 rpm.

Especificações Engine: Renault "Powerful" two-stroke diesel Displacement: 730cc (45ci) Layout: Inline two-cylinder Bore X stroke: 2.99 x 3.17 inches (76 x 80.5 mm) Valvetrain: SOHC four valves per cylinder Induction: Supercharger and turbocharger Power: 67 hp Torque: 107 lb-ft Block material: Cast iron Head material: Aluminum alloy Weight: 232 pounds
	Motor de 730cc "Powerful" de dois tempos dois cilindros e 67 hp com torque de 107 lb-ft com possibilidades a estender a potencia.

O NOVO MOTOR RENAULT TURBO DIESEL

O novo motor Renault de dois tempos e dois cilindros é chamado de  "POWERFUL" (POWERtrain for FUture Light-duty vehicles) e se destina para veículos de passageiros.

O projeto deste novo motor diesel de dois tempos possui uma grande densidade de potência e é inerentemente mais limpo que qualquer motor a gasolina. Seu maior obstáculo à comercialização é a faixa de potencia relativamente limitada.

 “Limpo” é uma afirmação relativa pois motores deste tipo, atingem as metas atuais da legislação sem a necessidade de periféricos destinados á melhoria de seus níveis.

O motor POWERFUL tem metade do tamanho do menor motor da Renault turbo diesel atualmente usado pela companhia, o  basico 1.5-litros, pesando 88 lbs a menos e com 48–68 hp de potência em apenas 0.73 litros. O POWERFUL pode funcionar com supercharger e/ou turbocharger, da mesma forma que outros  motores duplamente carregados . Os motores de 1.5 litros dCi podem alcançar 64–110 hp, mas o motor POWERFUL não é um meio 1.5 dCi cortado pela metade pois este é um motor de ciclo de quatro tempos.

A Renault continua trabalhando no POWERFUL, e apesar da empresa estar declinando de seus motores diesel de pequena cilindrada, o estudo do POWERFUL sem dúvida irá continuar e sem dúvida estarão no mercado num futuro próximo.

Encontra futuro em veículos compactos comerciais e vans, reduzindo assim os custos operacionais de Empresas de logística.  Por exemplo, emum Renault Twizy , montado como trailer com um só lugar. O protótipo criado tem três eixos e espaço de carga de 1,2 m³.

A técnica do moderno diesel de dois tempos tem origem em motores de navios, porta-containers e outros do tipo transatlântico onde a eficiência alcança quase 50%. Ao compararmos com o motor normal de quatro tempos -diesel em automóveis de passageiros, alcançamos apenas uma eficiência de cerca de 35%.

Se usarmos gás liquefeito de petróleo, GLP, alcançamos em motores de três cilindros mais de 20%, de eficiência em comparação aos motores de GLP de quatro cilindros.

Estudam-se também motores híbridos associados a motores elétricos. Operando a 48 volts o motor elétrico solidário ao virabrequim serve concomitantemente como motor de arranque e gerador trabalhando em sistema start-stop. Com grande economia no transito de cidades.

18-Fiat

O motor diesel de dois tempos Fiat atinge as mesmas metas do Renault. O problema básico em ambos, é mantê-lo suficientemente compacto para acomodá-lo sob o capo, o que limita seu emprego em automóveis de passageiros.    Desenvolvido em conjunto com a Renault, mas com arquitetura diversa, engloba uma associação de 18 entidades industriais, científicas e centros acadêmicos na França, Repúblca Checa e Espanha, o projeto recebe fundos da União Européia.   Os motores diesel de dois tempos têm elevado fator de eficiência térmica, próximo a 50%.

19-Lotus and Ricardo

Hoje se dedicam aos dois tempos. A injeção assistida de ar permite que façamos motores absolutamente limpos. O motor experimental de Ricardo de 2100cc 2/4SIGHT opera a um simples toque de 2 tempos para 4 tempos. Usa o 2-tempos para alto torque e o 4-tempos para aceleração constante. Em testes obtiveram-se 165lb-pé por litro na posição 2 tempos.

20-Bombardier Inc

E sua associada Envirude oferecem motores de dois tempos de 25-300bhp tendo desistido da manufatura dos de quatro tempos ao atingirem níveis de emissão para Euro 2010. Hoje todos os motores marítimos da marca são de dois tempos em função dos custos produtivos, baixo peso e melhor desempenho. Infelizmente, diz o manager da empresa, temos que conviver com a propaganda negativa dos concorrentes.

21-Outros Sistemas de injeção direta.

A australiana Orbital  demonstrou publicamente que um motor de dois tempos pode cumprir as mais rigorosas metas anti poluição excedendo o quatro tempos em economia de combustível, pesando menos e custando bem menos no processo produtivo.
A Ford Motor Company, General Motors, Mercury Marine, Outboard Marine Corporation, Polaris Industries, Bombardier e muitas outras compraram as licenças dos conceitos da Orbital para seus programas em dois tempos com motores limpos.

O conceito da injeção direta tornou-se uma lei e torna-se realmente estranho nos das de hoje que a maioria das pessoas no potencial mercado consumidor não percebem as vantagens de baixas emissões e economia de combustível que são oferecidas pelos dois tempos.

A Mercury Marine usa a tecnologia  Orbital em injetores diretos de dois estágios.

A Polaris tem licenças da Orbital e prepara motores limpos.

A Arctic Cat as usa em seus motores para veículos de neve.

A Yamaha usa Injeção Direta em Alta Pressão (HPDI). Em até 1,000 psi, após o fechamento da exaustão de maneira similar aos motores diesel.

A GM, Ford  e outras preparam seus próprios projetos. A maioria usa o virabrequim para pré compressão e readmissão de parte dos gases queimados, e desenvolvem processos de lubrificação com perda total de óleo. Os desenhos modernos alimentam as câmara apenas com ar, variando o ponto de exaustão. A Peugeot usa uma válvula reguladora de pressão que veda a câmara de pre-combustão até a alimentação de combustível. Ao invés de usar uma bomba de ar separada para a injeção, estes utilizam uma segunda válvula de laminas no cárter que permite que o ar flua em uma única direção até a câmara de combustão.

Oito Empresas Pesquisam Motores Diesel de Dois Tempos

É um processo de reinvenção da máquina Diesel Os motores de ciclo Diesel além de possuírem elevado torque em baixas rotações são extremamente econômicos em termos de “Trabalho/Quilômetro”,  Quando em versão dois tempos aumentam sua eficiência beirando o limite teórico de 50%, diminuem o peso e aumentam a durabilidade e confiabilidade, com tendência natural a menores índice de poluição se comparados  aos mais complexos motores com combustão por ignição (a gasolina).

Sem dúvida, em termos de pesquisas efetivas ultrapassa todos os demais sistemas propulsores conhecidos, elétricos, de combustíveis alternativos ou híbridos.

Seguramente o motor alternativo do furo próximo.

Jason Thompson –

Mar 1, 2012

Este protótipo Tour Engine, baseado em dois grandes motores Briggs & Stratton, mostra o cilindro do compressor na posição de 9 horas. A came mecânica da válvula de cruzamento é às 12 horas (desde que a atuação da válvula abre e fecha dentro de 40 a 50 graus, ajuda a ter uma grande). Na posição de 3 horas, está o cilindro de combustão e, às 6 horas, a bomba hidráulica usada para carregar o motor durante o teste.  Tradicionalmente, os motores a diesel têm sido simples e robustos. Eles mudaram muito pouco e apenas em pequenos detalhes desde sua criação em 1893. Essa tendência lenta e estável parece estar mudando no mercado atual. Engenheiros em Detroit estão buscando novos conceitos de ignição por compressão, a Navistar está investindo em inovações, a Cummins está trabalhando em novas arquiteturas de motores, e as montadoras japonesas estão chegando ao mercado com motores diesel pequenos e leves. Acontece que a transição idealizada para as frotas de veículos elétricos movidos a bateria não é tão rápida quanto alguns meios de comunicação querem que você acredite. Confie na premissa ao afirmarmos que a combustão interna está aqui para ficar por muito tempo.

1. Motores Tour de Estágios:

Dr. Oded Tour, CEO da Tour Engines, compartilhou sua filosofia de máquina conosco: "Poderíamos desenvolver um único aparelho que funcionasse como freezer e fogão ao mesmo tempo, mas funciona muito melhor mantê-los separados". A analogia foi usada para descrever a configuração atual do motor diesel. Basicamente, temos duas coisas contraditórias (um compressor frio e um combustor quente) forçadas a comprometerem-se, compartilhando o mesmo pistão e cilindro. O motor Tour primeiramente experimentou ignição por compressão diminuindo o desvio de fase entre os dois pistões. Este procedimento aumentou a relação de compressão. Nesta configuração o motor girava sem necessidade da vela de ignição.

Ao separar os ciclos de combustão tradicionais, o design do Tour Engine significa que o cilindro do compressor não precisa mais ser resfriado para produzir ar comprimido. Uma válvula cruzada única e direta regula o ar que vai do compressor para o combustor. Além disso, o volume do cilindro do compressor é cerca de um terço menor que o do cilindro de combustão. Isso significa menos trabalho para comprimir o ar e mais espaço para expandir os gases queimados - isso permite mais trabalho no pistão. Isso também significa que o cilindro de combustão é resfriado como resultado do aumento da expansão - exatamente como Rudolf Diesel pretendia. Oded e seu pai, tenente-coronel Hugo Tour, fundaram a empresa The Tour Engine. Ele foi um ex-pesquisador no laboratório de Roger Tsien, ganhador do Prêmio Nobel de 2008 em Química, e seu pai era responsável por todos os aspectos técnicos da maior Base Aérea Israelense e tem 20 anos de experiência no desenvolvimento de novos motores. Seu primeiro protótipo foi construído a partir de dois pequenos motores Honda colocados juntos com seus pistões opostos um ao outro. Você pode ver este mecanismo de ciclo dividido executando pela primeira vez em:  http://www.youtube.com/watch?v=ExAO .

Esquema do motor Tour de estágios

2. Niama-Reisser

Mesmo que o impulso para veículos elétricos a bateria se torne mais forte, Niama-Reisser quer que você resista e adie a compra daquele Volt, Leaf ou Prius. Permaneça desconectado um pouco mais e, em um ano, você poderá chegar ao volante de um veículo capaz de obter 200 mpg. Com sede em Coshocton, Ohio, esta nova empresa automobilística utiliza materiais de motor em cerâmica, sistemas de suspensão ultra-leves (que exibimos em http://blogs.dieselpowermag.com/6762484/diesel-engines/niama-reisser-200-mpg-diesel -car / index.html) e excelente aerodinâmica para alcançar sua incrível economia de combustível. O carro-conceito Niama-Reisser NR-1 comporta quatro passageiros, pesa 1.200 libras e conta com 200 mpg a 70 mph. O motor Centrifugal Heinz Boxer (CHB) 1.0L do carro representa uma "quebra limpa", isto é, uma combustão não poluente em relação aos motores de combustão tradicionais. O motor CHB usa um par de pistões opostos em forma de toróide (eles se parecem com uma seção de um donut) que oscilam em um movimento rotativo. O torque é aplicado ao virabrequim com um mecanismo que também pode variar a taxa de compressão (além de 25: 1). Diz-se que o seu motor CHB tem uma redução de 60% na contagem de peças em comparação com os atuais motores a diesel. Também não precisa de óleo para lubrificação. Além disso, pode ser transformado em um motor a vapor - a única modificação necessária é uma válvula de vapor, controlada mecanicamente ou hidraulicamente. Com uma pressão de vapor de 1.600 psi, o momento em que a reação no virabrequim é de pico a 2.052 lb-ft - nada mal para um motor de 1.0L. O motor deve suportar 2.610 psi. Niama-Reisser acaba de anunciar que vai iniciar em pequena escala a produção no motor no segundo trimestre de 2012 e o carro NR-1 no quarto trimestre de 2012.

3. Motor Achates Power

Embora atualmente os motores de pistão opostos (OPE) sejam radicais para o mundo consumidor, seu conceito é antigo. Os primeiros OPEs estavam em operação há mais de um século. Primeiro eles foram usados em aplicações de energia estacionária, depois em aplicações marítimas, depois em aeronaves e, finalmente, em caminhões e tanques (vejam em vários lugares destas descrições). Os motores de pistão opostos usam dois pistões em um cilindro e a câmara de combustão é formada no meio dos pistões.

Motor Achates	Montagem do motor Achates

Esse aumento de desempenho é devido à arquitetura de pistão oposto que usa dois pistões em um cilindro. De acordo com a Achates Power, o motor de pistão oposto cria um maior deslocamento do cilindro para um determinado diâmetro da câmara do cilindro, levando a uma redução do número de cilindros. Um número menor de cilindros reduz a área de superfície disponível para transferência de calor no cilindro - o que significa mais trabalho no pistão. Além disso, um pistão substitui a cabeça do cilindro, portanto temperaturas mais altas do metal são possíveis.
O projeto de dois tempos, acionado a diesel e de ignição por compressão do Achates Power, usa portas na parede do cilindro em vez de válvulas para controlar o fluxo de admissão e exaustão. A Achates Power começou em 2004, quando John Walton, filho de Sam Walton (fundador do Walmart), financiou o Dr. James U. Lemke.

O melhor sobre os motores de pistões opostos é que eles nunca falharão por causa de um problema no cabeçote - porque eles não precisam deles. Este é o motor Achates Power totalmente equipado com supercharger e turbocompressor.

4. Rivian

Já percebeu como os líderes da maioria das empresas de automóveis são velhos e aparentemente contra novas idéias? Esse não é o caso de Rivian. Seu CEO, R.J. Scaringe, está na casa dos 20 anos. Tivemos algumas conversas com a R.J. e ele é um grande apoiador do diesel e da Diesel Power. Segundo os comunicados de imprensa da Rivian. Disseram-nos para esperar um carro radicalmente diferente do Rivian. Ele terá um motor diesel-elétrico e um corpo ultraleve, que deve ser igualmente interessante à economia de combustível e ao mesmo tempo um carro realmente divertido de dirigir. O que é melhor é que isso tudo terá um preço que a maioria das pessoas pode pagar. A cereja no topo do bolo é Rivian é uma empresa americana com sede em Rockledge, Flórida. O motor diesel-elétrico Rivian tem três cilindros, injeção common-rail, uma única árvore de cames à cabeça e um motor elétrico integrado à frente do motor. As opções de transmissão serão uma caixa manual ou manual automatizada. A grosso modo  temos aqui a ressurreição do antigo motor DKW de dois cilindros com seu Bosch Dynastart.

Motor Rivian

5. EcoMotors

O professor Peter Hofbauer começou a trabalhar em motores de pistão opostos com cilindros opostos (OPOC) que produziam mais de 1 cv por libra em 2003. Ele tem muitas realizações no passado desenvolvendo motores de alta densidade de potência para a Volkswagen. As primeiras aplicações de seus novos motores foram helicópteros não tripulados, seguidos por geradores portáteis do tamanho de uma mala para os militares dos Estados Unidos. Depois de oito anos de pesquisas, esses motores OPOC de alta potência são projetados para aparecer em todos os tipos de veículos, incluindo carros de passeio e caminhões. Neste momento, os engenheiros da Navistar e da EcoMotors estão ocupados testando e desenvolvendo uma nova versão do motor de pistão oposto (OPOC) para seus caminhões pesados. Este design do motor pode ser produzido em diferentes cilindradas de acordo com o uso a que se destinam; vários motores podem ser empilhados juntos como brinquedo Lego para construir plantas motrizes modulares.

Motor EcoMotors

EcoMotors está localizado em Allen Park, Michigan. O EM100 é um turbodiesel de dois tempos, de pistões opostos e cilindros opostos. O diâmetro do cilindro é de 3.937 polegadas e o motor pesa 296 libras. O motor mede 22.8x41.3x18.5 polegadas e é avaliado para 325 cv a 3.500 rpm, enquanto o torque é de 664 lb-ft a 2.100 rpm.
Embora houvesse outros motores de pistão opostos, no passado, este projeto se beneficiou do apoio financeiro de Bill Gates e Vinod Khosla - sem mencionar os avanços no poder de cálculo dos computadores modernos e nos materiais e processos usados em sua construção. O OPOC da Navistar-EcoMotors é um dos primeiros líderes em um segmento em crescimento, o que é improvável que desapareça com os preços voláteis dos combustíveis atuais e as crescentes preocupações ambientais.

Esquema do EcoMotors

O diesel de dois tempos e pistão opostos da EcoMotors tem dois pistões, dois cilindros e um virabrequim. Os pistões externos (A) possuem, cada um, duas bielas (B) que exercem uma força de tração no virabrequim. Os pistões internos (C) têm, cada um, uma biela que empurra o virabrequim (D). Existe uma câmara de combustão para dois cilindros. As portas da esquerda para a direita são: (1) admissão, (2) exaustão, (3) admissão e (4) exaustão. Esta configuração é relatada como sendo naturalmente balanceada, e todas as forças são direcionadas para o virabrequim em vez de para o bloco de magnésio.

6. HCPC

O motor HCPC de Combustão Progressiva de Carga Homogênea (HCPC) é uma maneira inovadora de controlar a ignição por compressão de carga homogênea (HCCI) em motores a diesel. O HCCI é o Santo Graal para fabricantes de motores e acontece quando todos os fatores de combustão são perfeitos. Praticamente não há emissões quando o motor está neste modo. Nos atuais motores diesel, esse tipo de combustão é teoricamente possível, mas é como tentar equilibrar um elefante em uma pilha de bolas de sinuca. Rolf Reitz, da Universidade de Madison, e Ettore Musu, Riccardo Rossi e Roberto Gentili, da Universitá di Pisa, desenvolveram o motor HCPC. Ele usa o princípio do ciclo dividido e uma válvula que controla o fluxo do cilindro de compressão para o cilindro de combustão

Esquema de entrada e saída dos gases	Esquema de funcionamento do motor de Combustão Progressiva de Carga Homogênea

7. Scuderi Engine

Com sede em West Springfield, Massachusetts, a Scuderi Engine é uma criação do inventor Carmelo Scuderi. Em 1992, ele inventou uma tecnologia de compressor sem óleo que impedia a liberação de clorofluorcarbonos. Seu design capturou 70% do mercado de recuperação de refrigerantes em 6 meses. Outras conquistas incluem trabalho em torpedos, trajes espaciais da NASA e equipamentos de porta-aviões. Sua família se encarrega dos  trabalhos. O motor Scuderi funciona sem as limitações de pressão máxima do cilindro de um diesel. Essa estrutura abre o caminho para que o turbo compressor ajude o virabrequim a realizar o trabalho de compressão, pois o fechamento antecipado da válvula não é necessário. O ar comprimido passa por uma passagem na velocidade do som - isso reduz a fuligem. Como este motor dispara após o ponto morto superior (TDC) e tem um cilindro de combustão maior que o cilindro de compressão, mais da força de combustão atua no pistão. Como o evento de combustão acontece quando o volume no cilindro está se expandindo, a temperatura é resfriada rapidamente e o NOx é reduzido no cilindro. Tivemos uma entrevista por telefone com Sal Scuderi, que nos explicou os diferentes aspectos do motor e quando poderíamos vê-lo entrar em produção. Em cerca de 1 ano e meio, devemos ver o primeiro motor Scuderi em uma aplicação de energia marítima ou estacionária. Em três anos, a Scuderi espera ver um em um automóvel - um protótipo pode sair mais cedo. O cronograma depende da demanda do público. Um recente estudo de simulação de computador realizado pelo Southwest Research Institute mostrou que o motor Scuderi poderia alcançar 65 mpg quando modelado contra os veículos de classe alta da classe européia. Para ouvir este motor funcionando sem um silenciador, acesse: http://www.scuderigroup.com/media-gallery/#Videol

Motor Scuderi

8. Sturman Industries (ADAPT)

Esta profusão de projetos que aqui apresentamos, o que sem duvida bem demonstra o potencial dos motores de dois tempos, por outro lado confunde e retarda o lançamento pelos fabricantes por não saber qual o tipo a utilizar e incorrer num programa de auto obsolescência automática e impossibilidade de reparo, como aconteceu no caso do motor Wankel. Some-se a isto, a metalurgia especial dos componentes a serem empregados e a difusão, preparo e presente desconhecimento dos futuros reparadores das novas maquinas.

Nossa proposta é ressuscitar o convencional e formar técnicos que possam mantê-los, aperfeiçoando as maquinas de 2T através da correta informação, com a maior abrangência, aos interessados, visando alcançar os níveis e padrões dos modernos motores e ate superá-los através do aperfeiçoamento e da divulgação publica do conhecimento.

Fontes

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