Como funciona o motor de ciclo Atkinson

Os motores de ciclo Atkinson são motores de combustão interna com ciclos de quatro tempos praticamente iguais aos do ciclo Otto, embora tenham como desvantagem a obtenção de uma potência inferior. Como aspeto positivo, aproveitam melhor o combustível, podendo assim obter melhores valores de consumo.

Originalmente e ao contrário do funcionamento atual, o motor de ciclo Atkinson realizava os quatro tempos (admissão, compressão, expansão e escape) numa única volta do virabrequim. Os motores de ciclo Otto necessitam de duas voltas do virabrequim para realizar os mesmos tempos.

Atualmente, este conceito foi modificado e a principal diferença entre um motor de ciclo Otto e um de ciclo Atkinson é que, durante uma parte do curso de compressão (aproximadamente metade), as válvulas de admissão permanecem abertas. Isto consegue-se através da modificação das cames de admissão do árvore de cames, oferecendo a vantagem de que as perdas do motor devidas à compressão da mistura são drasticamente reduzidas.

Funcionamento de um motor de ciclo Atkinson

Num motor de ciclo Atkinson existem igualmente os quatro tempos de um motor a gasolina, com admissão, compressão, explosão e escape. No entanto, neste tipo de motores a válvula de admissão fecha-se tarde durante o processo de compressão, o que diminui a compressão real, pois a compressão real só começa efetivamente quando a válvula de admissão se fecha, fazendo com que esta relação de compressão possa chegar a ser metade da que existiria se a válvula fechasse antes, tal como acontece num ciclo Otto de quatro tempos tradicional.

Com esta modificação, durante o curso de compressão (momento em que se comprime a mistura de ar e combustível previamente aspirada) e devido a que as válvulas de admissão permanecem abertas, parte da mistura é devolvida ao coletor de admissão.

A taxa de compressão de um motor é o volume de ar do curso de compressão mais o volume de ar da câmara de combustão, dividido pelo volume de ar da câmara de combustão.

Durante o curso de compressão, esta taxa situa-se em 8:1, pois começa a contar no momento em que a válvula de admissão fecha, enquanto no curso de expansão é de 13:1, correspondente ao percurso do pistão para baixo com as válvulas fechadas (único curso em que se realiza trabalho).

Devido a esta assimetria, quando termina o ciclo de trabalho e as válvulas de escape se preparam para abrir, a pressão interna do cilindro é aproximadamente a pressão atmosférica, enquanto num motor a gasolina convencional é ligeiramente superior, ou seja, não se aproveitou toda a força que empurrava o pistão para baixo.

Por sua vez, o percurso do pistão no seu curso ascendente enche o coletor de admissão (recordamos que as válvulas de admissão permanecem abertas até aproximadamente metade do percurso), resultando num aumento da pressão no seu interior (pois esta é sempre inferior à atmosférica), o que favorece o enchimento dos outros cilindros e minimiza as perdas produzidas pelo refluxo dos gases.

O esforço mecânico dos motores de ciclo Atkinson é inferior ao dos motores de ciclo Otto, devido a que a sua taxa de compressão é inferior, o que proporciona uma maior durabilidade da mecânica.

Por sua vez, o seu custo de produção é semelhante ao de um motor a gasolina convencional. Também o seu peso, ruído e emissão de gases poluentes, ficando afastado do elevado custo, peso e ruído dos motores diesel.

Desvantagens dos motores Atkinson

Até agora só foram destacados os pontos fortes destes motores. É altura de explicar por que razão estes motores não são montados em modelos que não sejam híbridos.

A principal desvantagem é que, ao comprimir uma menor quantidade de mistura, a força de empurrão sobre a cabeça do pistão no momento em que salta a faísca é inferior à de um motor convencional, dando origem a motores menos potentes. Um exemplo é o motor de 1.800 cm§h40Fordh41§ do Toyota Prius de terceira geração, que só desenvolve uma potência de 100 CV.

Devido à configuração dos tempos, as rotações máximas destes motores ficam limitadas a aproximadamente 5.000 rpm, e a potência específica (potência obtida a partir da cilindrada) é baixa, o que implica que estes motores entreguem a mesma potência que um motor de cilindrada inferior, dando ao condutor a sensação de que o carro não tem potência.

No entanto, num veículo híbrido, esta sensação não se produz, pois a sensação de potência provém do motor elétrico e de uma caixa de velocidades do tipo CVT (Transmissão por Variador Contínuo), que se encarrega de manter o motor nas suas rotações ótimas.

Para nos entendermos, a função de um motor de combustão num veículo híbrido é apenas manter a sua inércia depois de deixar de acelerar; do resto encarrega-se o motor elétrico.

Porque é que o ciclo Atkinson

O motor de ciclo Atkinson popularizou-se após a introdução e comercialização dos veículos híbridos, que trabalham com um motor de combustão interna associado a um motor elétrico.

O ciclo Atkinson, baseado no ciclo Otto, é muito utilizado em carros híbridos, porque consegue aumentar a eficiência global e obter assim um baixo consumo de combustível. Mas com a chegada de tecnologia mais avançada modificou-se o tempo das válvulas para que o mecanismo funcionasse da mesma forma que o desenvolvido em 1882 por James Atkinson.

Assim, temos taxas de compressão mais altas, o que faz com que a explosão da mistura ocorra muito antes do que no Otto, aumentando o rendimento termodinâmico. Como comentámos anteriormente, isto consegue-se atrasando o fecho das válvulas de admissão, o que permite que os gases voltem a fluir para dentro da câmara, possibilitando uma taxa de compressão superior.

Na lista dos carros que atualmente utilizam esta configuração de grupo motopropulsor, temos o Toyota Prius, o Ford Escape, o Lexus RX 450h, o Hyundai Sonata, o Chevrolet Volt, o KIA Niro, o Hyundai Elantra e o KIA Forte, entre outros, onde os coreanos apostam de forma decidida na inclusão destes motores em cada vez mais veículos da sua gama.