Como é a compressão de gás

No verão de 2017, a Mazda fez um anúncio: a montadora encontrou uma maneira de fabricar motores a gasolina de ignição por compressão para automóveis de passageiros. A Mazda afirmou que o seu novo motor poderia melhorar a economia de combustível em 20 a 30 por cento, o que é uma conquista considerável para um motor a gasolina.

Antes de mergulhar nesta tecnologia, é importante notar que o motor de ignição por compressão não é um conceito novo. Os carros de Fórmula 1 usam motores de ignição por compressão, e vários outros fabricantes de automóveis tentaram desenvolver uma versão comercialmente viável para automóveis de passageiros. Mas o motor da Mazda, apelidado de Skyactiv-X, será o primeiro motor deste tipo produzido em massa e disponível comercialmente. Graças a Jay Chen, engenheiro de motores da Mazda, o HowStuffWorks pôde aprender como esse avanço foi alcançado. Primeiro, porém, temos que dar uma olhada nas funções básicas de um motor.

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Um motor funciona acendendo o combustível de duas maneiras: calor e compressão. Os motores de ignição por centelha são encontrados na maioria dos carros a gasolina. Nestes tipos de motores, as velas disparam para acender o combustível na câmara de combustão, enquanto a mistura combustível e ar também é comprimida. Esta é uma versão muito simplificada do processo, é claro, apenas para ilustrar a principal diferença entre os dois tipos de motores. Os motores de ignição por centelha seguem um ciclo e exigem um tempo preciso para funcionar, mas geralmente são confiáveis ​​sob uma variedade de condições [fonte: Knight].

Os motores de ignição por compressão funcionam mais como motores diesel. Os motores diesel são projetados para uma compressão muito mais alta (o que requer componentes mais pesados ​​e uma construção mais resistente) e usam velas incandescentes como fonte de calor em vez de velas de ignição. As velas incandescentes aquecem a câmara de compressão, o que por sua vez aumenta a compressão dentro da câmara. Quando o combustível é adicionado à câmara, ele é pulverizado na ponta da vela incandescente, mas o processo depende mais da compressão do que do contato do combustível e da vela. A falta de "faísca" ajuda os motores a diesel a atingirem classificações EPA mais altas do que os motores a gasolina com especificações semelhantes [fonte: Stewart].

Se estamos nos concentrando no gás, você deve estar se perguntando: qual é o sentido de explicar como funciona um motor diesel? Simplesmente, para ilustrar a importância da compressão. A melhor maneira de melhorar o motor a gasolina é descobrir como aumentar a compressão, o que permite ao motor utilizar o seu fornecimento de combustível de forma mais eficiente.

Um motor a gasolina de ignição por compressão combina as melhores partes desses processos. O motor é programado para reter ar (normalmente, escapamento do motor) no cilindro do motor, ajustando a sincronização das válvulas de escapamento e de admissão. Os injetores de combustível adicionam combustível a esse escapamento aprisionado e, como a mistura aprisionada está sob compressão muito alta, a quantidade relativamente pequena de combustível é capaz de inflamar.

Os motores de ignição por compressão podem até ser divididos em dois tipos diferentes [fonte: Lindberg].

A principal diferença entre os dois motores é o ponto do processo de adição do combustível, feito por meio de ajustes nos ciclos e tempo dos motores. Caso contrário, os motores funcionam de forma semelhante; a compressão é o fator mais importante.

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Os motores de ignição por compressão têm algumas vantagens e pelo menos o mesmo número de desvantagens. Entre seus benefícios estão:

“Como uma analogia aproximada, a ignição por faísca é semelhante a iniciar um incêndio acendendo apenas uma das pontas do graveto do jornal e deixando a chama subir gradualmente através do papel”, explica o engenheiro do trem de força da Mazda, Jay Chen, por e-mail. "[A ignição por compressão] é mais parecida com a combustão espontânea, onde o combustível e o ar atingiram pressão e temperatura críticas, e toda a carga muda de fase ao mesmo tempo, liberando assim toda a energia de uma vez. Ao liberar toda a energia quase de uma vez, [ ignição por compressão] pode extrair mais potência (já que isso acontece bem antes de a taxa de expansão se esgotar) da mesma quantidade de ar, usando duas a três vezes menos combustível e em temperaturas de combustão muito mais baixas, o que reduz ainda mais o desperdício de energia térmica e a formação de emissões ."