Um motor rotativo é um motor de combustão interna, como o motor do seu carro, mas funciona de uma maneira completamente diferente do motor a pistão convencional

Em um motor a pistão, o mesmo volume de espaço (o cilindro) realiza alternadamente quatro trabalhos diferentes – admissão, compressão, combustão e exaustão. Um motor rotativo faz essas mesmas quatro tarefas, mas cada uma acontece em sua própria parte da carcaça. É como ter um cilindro dedicado para cada uma das quatro tarefas, com o pistão movendo-se continuamente de uma para a outra.

Neste artigo, aprenderemos como funciona um motor rotativo. Vamos começar com os princípios básicos no trabalho.

Princípios de um motor de rotação

Como um motor a pistão, o motor rotativo usa a pressão criada quando uma combinação de ar e combustível é queimada.

Em um motor a pistão, essa pressão é contida nos cilindros e força os pistões a se moverem para frente e para trás. As bielas e o virabrequim convertem o movimento alternativo dos pistões em movimento de rotação que pode ser usado para alimentar um carro.

Em um motor rotativo, a pressão de combustão está contida em uma câmara formada por parte da carcaça e vedada por uma das faces do rotor triangular, que é o que o motor usa em vez dos pistões.

O rotor segue um caminho que parece algo que você criaria com um espirógrafo. Esse caminho mantém cada um dos três picos do rotor em contato com a carcaça, criando três volumes separados de gás.

Conforme o rotor se move ao redor da câmara, cada um dos três volumes de gás se expande e se contrai alternadamente. É essa expansão e contração que puxa o ar e o combustível para dentro do motor, o comprime e torna a energia útil conforme os gases se expandem e, em seguida, expele o escapamento.

Estaremos dando uma olhada dentro de um motor rotativo para verificar as peças, mas primeiro vamos dar uma olhada em um novo modelo de carro com um motor rotativo totalmente novo.

As peças de um motor rotativo

Um motor rotativo tem um sistema de ignição e um sistema de entrega de combustível semelhantes aos dos motores a pistão. Se você nunca viu o interior de um motor rotativo, prepare-se para uma surpresa, porque você não o reconhecerá muito.

Rotor

O rotor tem três faces convexas, cada uma das quais age como um pistão. Cada face do rotor possui um bolsão, que aumenta o deslocamento do motor, permitindo mais espaço para a mistura ar/combustível.

No ápice de cada face está uma lâmina de metal que forma uma vedação do lado de fora da câmara de combustão. Existem também anéis de metal em cada lado do rotor que vedam as laterais da câmara de combustão.

O rotor possui um conjunto de dentes de engrenagem internos cortados no centro de um lado. Esses dentes coincidem com uma engrenagem que é fixada na carcaça. Este acoplamento de engrenagens determina o caminho e a direção que o rotor toma através da carcaça.

Câmara de combustão

O invólucro é aproximadamente oval em forma (é na verdade um epitrocoide). O formato da câmara de combustão é projetado de forma que as três pontas do rotor fiquem sempre em contato com a parede da câmara, formando três volumes selados de gás.

Cada parte da carcaça é dedicada a uma parte do processo de combustão. As quatro seções são:

Ingestão;

Compressão;

Combustão;

Escape.

As portas de admissão e exaustão estão localizadas na caixa. Não há válvulas nessas portas. A porta de escape conecta-se diretamente ao escapamento e a porta de admissão conecta-se diretamente ao acelerador.

Eixo de saída

O eixo de saída tem lóbulos redondos montados excentricamente, o que significa que estão deslocados da linha de centro do eixo. Cada rotor se encaixa em um desses lóbulos.

O lóbulo age como o virabrequim de um motor a pistão. Conforme o rotor segue seu caminho ao redor da carcaça, ele empurra os lóbulos. Como os lóbulos são montados excêntricos ao eixo de saída, a força que o rotor aplica aos lóbulos cria torque no eixo, fazendo-o girar.

Agora vamos dar uma olhada em como essas peças são montadas e como isso produz energia.

Conjunto de motor rotativo

Um motor rotativo é montado em camadas. O motor de dois rotores que desmontamos tem cinco camadas principais que são mantidas juntas por um anel de parafusos longos. O refrigerante flui pelas passagens que circundam todas as peças.

As duas camadas finais contêm vedações e rolamentos para o eixo de saída. Eles também vedam as duas seções da carcaça que contém os rotores. As superfícies internas dessas peças são muito lisas, o que ajuda as vedações do rotor a fazerem seu trabalho. Uma porta de entrada está localizada em cada uma dessas peças finais.

A próxima camada do lado de fora é a carcaça do rotor em formato oval, que contém as portas de exaustão. Esta é a parte da carcaça que contém o rotor.

A peça central contém duas portas de admissão, uma para cada rotor. Ele também separa os dois rotores, de modo que suas superfícies externas são muito lisas.

No centro de cada rotor está uma grande engrenagem interna que gira em torno de uma engrenagem menor que é fixada na carcaça do motor. Isso é o que determina a órbita do rotor. O rotor também se desloca no grande lóbulo circular do eixo de saída.

A seguir, veremos como o motor realmente produz energia.

Potência do motor rotativo

Os motores rotativos usam o ciclo de combustão de quatro tempos, que é o mesmo ciclo usado pelos motores a pistão de quatro tempos. Mas em um motor rotativo, isso é feito de uma maneira completamente diferente.

Se você observar com atenção, verá o lóbulo de deslocamento no eixo de saída girando três vezes a cada revolução completa do rotor.

O coração de um motor rotativo é o rotor. Isso é quase o equivalente aos pistões de um motor a pistão. O rotor é montado em um grande lóbulo circular no eixo de saída.

Esse lóbulo é deslocado da linha de centro do eixo e atua como a manivela de um guincho, dando ao rotor a alavanca necessária para girar o eixo de saída. Conforme o rotor orbita dentro da carcaça, ele empurra o lóbulo em círculos estreitos, girando três vezes para cada revolução do rotor.

Conforme o rotor se move através da carcaça, as três câmaras criadas pelo rotor mudam de tamanho. Essa mudança de tamanho produz uma ação de bombeamento. Vamos examinar cada um dos quatro tempos do motor olhando para uma das faces do rotor.

Admissão

A fase de admissão do ciclo começa quando a ponta do rotor passa pela porta de admissão. No momento em que a porta de entrada é exposta à câmara, o volume dessa câmara está próximo do mínimo.

Conforme o rotor passa pela porta de entrada, o volume da câmara se expande, puxando a mistura de ar/combustível para dentro da câmara.

Quando o pico do rotor passa pela porta de entrada, essa câmara é selada e a compressão começa.

Compressão

Conforme o rotor continua seu movimento ao redor da carcaça, o volume da câmara fica menor e a mistura ar/combustível é comprimida. No momento em que a face do rotor contorna as velas de ignição, o volume da câmara está novamente próximo ao mínimo. É quando a combustão começa.

Combustão

A maioria dos motores rotativos possui duas velas de ignição. A câmara de combustão é longa, então a chama se espalharia muito lentamente se houvesse apenas um plugue. Quando as velas de ignição acendem a mistura ar/combustível, a pressão aumenta rapidamente, forçando o rotor a se mover.

A pressão da combustão força o rotor a se mover na direção que faz a câmara aumentar de volume. Os gases de combustão continuam a se expandir, movendo o rotor e criando energia, até que o pico do rotor passe pela porta de exaustão.

Escape

Uma vez que o pico do rotor passa pela porta de exaustão, os gases de combustão de alta pressão estão livres para fluir para fora da exaustão. Conforme o rotor continua a se mover, a câmara começa a se contrair, forçando a exaustão restante para fora da porta. Quando o volume da câmara se aproxima do mínimo, o pico do rotor passa pela porta de entrada e todo o ciclo começa novamente.

O interessante do motor rotativo é que cada uma das três faces do rotor está sempre trabalhando em uma parte do ciclo – em uma rotação completa do rotor, haverá três tempos de combustão. Mas lembre-se, o eixo de saída gira três vezes para cada revolução completa do rotor, o que significa que há um curso de combustão para cada revolução do eixo de saída.

Diferenças e desafios

Existem várias características definidoras que diferenciam um motor rotativo de um motor a pistão típico.

Menos peças móveis

O motor rotativo tem muito menos peças móveis do que um motor de pistão de quatro tempos comparável. Um motor rotativo de dois rotores tem três partes móveis principais: os dois rotores e o eixo de saída.

Mesmo o motor de pistão de quatro cilindros mais simples tem pelo menos 40 peças móveis, incluindo pistões, bielas, eixo de comando, válvulas, molas de válvula, balancins, correia dentada, engrenagens de sincronização e virabrequim.

Essa minimização de peças móveis pode se traduzir em melhor confiabilidade de um motor rotativo. É por isso que alguns fabricantes de aeronaves (incluindo o fabricante do Skycar ) preferem os motores rotativos aos motores a pistão.

Mais suave

Todas as peças em um motor rotativo giram continuamente em uma direção, em vez de mudar violentamente de direção como fazem os pistões em um motor convencional. Os motores rotativos são balanceados internamente com contrapesos giratórios que são escalonados para cancelar quaisquer vibrações.

A entrega de potência em um motor rotativo também é mais suave. Como cada evento de combustão dura 90 graus da rotação do rotor, e o eixo de saída gira três revoluções para cada revolução do rotor, cada evento de combustão dura 270 graus da rotação do eixo de saída. Isso significa que um motor de rotor único fornece potência para três quartos de cada revolução do eixo de saída.

Compare isso com um motor de pistão de cilindro único, no qual a combustão ocorre durante 180 graus a cada duas revoluções, ou apenas um quarto de cada revolução do virabrequim (o eixo de saída de um motor de pistão).

Mais devagar

Como os rotores giram a um terço da velocidade do eixo de saída, as principais peças móveis do motor movem-se mais lentamente do que as peças em um motor a pistão. Isso também ajuda na confiabilidade.

Desafios

Existem alguns desafios no projeto de um motor rotativo:

Normalmente, é mais difícil (mas não impossível) fazer um motor rotativo atender aos regulamentos de emissões de gases.

Os custos de fabricação podem ser maiores, principalmente porque o número desses motores produzidos não é tão alto quanto o número de motores a pistão.

Eles normalmente consomem mais combustível do que um motor a pistão porque a eficiência termodinâmica do motor é reduzida pelo formato longo da câmara de combustão e pela baixa taxa de compressão.