Como funciona um motor a 2 tempos

Os motores de dois tempos fizeram sucesso em automóveis como o DKW ou o robusto Trabant, nas Zundapp, Sachs e Casal que foram o meio de transporte de eleição de tantas famílias em Portugal, e ainda são detentores de vários recordes de velocidade nas classes até 1000cc.

A sua última aplicação relevante foi nas motos de Moto GP com 500cc de cilindrada e quatro cilindros (máquinas brutais equivalentes aos carros de rali de Grupo B, dos quais foram contemporâneas).

Mas, com as novas tecnologias, esta solução que não resistiu aos crescentes padrões de exigência em matéria de suavidade, ruído de funcionamento, consumos e emissões poluentes, tem espaço para ressurgir nos automóveis. E logo ao mais alto nível. “Muitos dos problemas com os velhos motores a 2 tempos já não são hoje relevantes. Injeção direta, sobrealimentação e novos sistemas de ignição estão a permitir que novas formas de motores a dois tempos sejam mais eficientes e muito amigas do ambiente. Eu penso que haverá um bom futuro para eles.”, referiu numa entrevista recente Pat Symonds, chefe técnico da F1.

Motor a 2 tempos: mecânica em funcionamento

Com o mesmo princípio básico de funcionamento (usam combustível com mistura de ar para gerar energia que transformam em movimento), os motores de combustão a gasolina podem dividir-se, basicamente, em dois grandes tipos: de ciclo a dois ou a quatro tempos. No primeiro grupo, o processo de combustão ocorre a cada volta completa da cambota, ao contrário dos motores a quatro tempos, que necessitam de duas revoluções para completar um ciclo de combustão. E a grande atração dos motores a dois tempos tem precisamente a ver com essa capacidade de ter um tempo motor (combustão) por cada rotação da cambota, contra um tempo motor por cada duas rotações da cambota de um quatro tempos, o que, em teoria, tudo o resto sendo igual (cilindrada, regime, alimentação, número de cilindros) lhes permite debitar o dobro da potência por uma fração do preço.

Para esse objetivo, os tempos são agrupados aos pares e executados em simultâneo, com a admissão/compressão e a combustão/escape. E a fórmula resulta com várias arquiteturas e soluções mecânicas. Não há válvulas na cabeça nem sistemas de distribuição, razão pela qual são muito mais simples do ponto de vista mecânico, mais leves e mais baratos de produzir.

O reverso da medalha da sua fórmula simplificada está, no entanto, nas dificuldades que este tipo de mecânica apresenta para manter consumos contidos ou emissões sequer aproximadas dos limites das referências atuais.

Como funcionam os motores a 2 tempos?

O cilindro de um desses dois tempos clássicos tem (pelo menos) duas aberturas (denominadas janelas) nas suas paredes, ao que se soma uma terceira abertura no cárter por onde se faz a pré admissão. De cima para baixo, a primeira é aquela por onde se realiza o escape, sendo que por baixo desta se encontra a janela de admissão; para que a lavagem seja mais efetiva e para que os gases frescos da admissão tenham mais facilidade em empurrar os gases queimados para fora do cilindro, as janelas costumam estar posicionadas uma em frente à outra.

A janela de escape conduz ao sistema de escape, enquanto a janela de admissão está ligada à parte baixa do motor, onde estão a cambota, o cárter e mistura pré admitida, vinda do carburador. A abertura e fecho destas janelas é feita tanto pela passagem/posição do êmbolo como por equilíbrio de pressões entre a atmosfera, o cilindro e o cárter.

Dois tempos, um ciclo

O ciclo começa com o êmbolo a caminho do ponto morto superior, em que a coroa (parte superior do êmbolo) já está acima das janelas. Estamos no tempo de admissão e compressão, sendo que o movimento ascendente do êmbolo cria uma depressão no cárter que “chupa” a mistura. É iniciada então a combustão e os gases extremamente quentes em expansão produzem o trabalho motor de empurrar o êmbolo para baixo. Ao longo deste curso descendente os gases queimados começam a evacuar o cilindro e a pressão interna reduz-se rapidamente, ao mesmo tempo que a descida do êmbolo aumenta a pressão dentro do cárter, até que seja aberta a janela de admissão e depois a janela de admissão/transferência.

Durante esta fase, em que as duas janelas estão abertas, acontecem os fenómenos de aspiração e lavagem. É nesta altura que o final da combustão/escape se mistura com o início da admissão/compressão, que se mantém enquanto o êmbolo vai até ao ponto morto inferior e volta a subir. É também nesta fase que a maior parte dos segredos e do rendimento de um motor a dois tempos acontecem, pois temos um intervalo de tempo muito reduzido para evacuar o máximo possível dos gases queimados e fazer a transferência da maior massa possível de mistura fresca do cárter para o interior do cilindro.

Com a subida do êmbolo, a primeira janela a fechar é a de admissão/transferência, permanecendo a de escape ainda aberta. O movimento ascendente do êmbolo reduz o volume dentro do cilindro e aumenta a pressão, usando esse diferencial para ajudar a expulsar o resto da mistura queimada para o escape, até que a respetiva janela seja fechada pela passagem do êmbolo, levando-nos ao início de novo ciclo.

Um regresso possível?

No processo, vários fatores contribuem para reduzir o rendimento volumétrico, a eficiência, mais principalmente para aumentar os consumos e emissões. Por exemplo, para cumprir a sua função de câmara de pré admissão/compressão, o cárter tem de estar seco de lubrificação, o que obriga a que a mistura admitida tenha de conter uma percentagem de óleo lubrificante, sendo essa névoa que lubrifica a cambota, as bielas, a base do êmbolo e o cilindro. Isto não só implica elevadas emissões de CO2, bem evidentes no cheiro a óleo queimado, como torna a lubrificação um ponto fraco dos motores a dois tempos.

Contudo, a tecnologia atual, com destaque para a gestão eletrónica do motor, o domínio da sobrealimentação por turbocompressor, a injeção direta e soluções protótipo ao nível da ignição (ignição por plasma e laser), podem permitir uma nova geração de motores a dois tempos limpos, extremamente eficientes, leves, compactos e muito potentes, sobretudo se ajudados por sistemas híbridos.

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