Quatro tempos: admissão, compressão, potência, exaustão

Na maioria dos carros, o pistão repete o mesmo ciclo de quatro tempos várias vezes. O nome vem dos quatro cursos do pistão:

1. Admissão. A válvula de admissão se abre e o pistão se move para baixo, puxando ar fresco para dentro. Em um motor a gasolina com injeção no coletor, o combustível é pulverizado no ar que entra; em um motor com injeção direta, ele é pulverizado dentro do próprio cilindro.
2. Compressão. As duas válvulas estão fechadas. O pistão se move para cima e comprime o gás em um espaço muito menor. A compressão o aquece e o prepara para queimar.
3. Potência. Perto do topo do curso de compressão, a vela de ignição dispara. A mistura queima, o gás quente se expande e empurra o pistão para baixo. Este é o único curso que fornece energia ao virabrequim. As duas válvulas continuam fechadas.
4. Exaustão. A válvula de exaustão se abre e o pistão se move para cima, empurrando o gás queimado para fora. Então o ciclo começa novamente.

Conte as voltas do virabrequim: cada curso corresponde a meio giro (180°), então um ciclo é 4 × 180° = 720°, ou seja, duas voltas completas do virabrequim. O eixo de comando, que abre as válvulas, só precisa abrir cada válvula uma vez por ciclo, então gira à metade da velocidade do virabrequim, uma volta por ciclo. Em um motor, ele é acionado por uma correia ou corrente com uma razão de transmissão de 2 : 1.

Isso também significa que um cilindro único tem um curso de potência a cada duas voltas, e não um a cada volta. A 3 000 rpm, o virabrequim faz 50 voltas por segundo, então um cilindro dispara 25 vezes por segundo.

De onde vem a energia para os outros três cursos? Do volante e, em um motor com vários cilindros, dos outros cilindros, que estão em seus próprios cursos de potência. Os cursos de admissão, compressão e exaustão exigem um pouco de trabalho para bombear o gás e comprimi-lo.

Se você traçar a pressão do gás em relação ao volume do cilindro durante o ciclo, obterá um laço: o diagrama P–V. A área dentro do laço é o trabalho líquido por ciclo. O mundo Heat Engines do Particle Lab desenha esse diagrama para o ciclo Otto e calcula sua eficiência; aqui, vamos apenas observar o laço sendo traçado enquanto o pistão se move.

Alguns motores pequenos (cortadores de grama, motosserras e scooters pequenas) são de dois tempos: entram em combustão a cada volta, combinando os tempos, o que os torna leves e simples, mas mais difíceis de manter limpos. Carros quase sempre usam o ciclo de quatro tempos porque ele controla melhor a troca de gases.