Muitos cilindros, funcionamento suave

Um motor de um cilindro produz um impulso uma vez a cada 720° e depois fica sem fazer nada por duas voltas completas. Ele é simples, mas treme: o torque no virabrequim vai de um grande pico a zero e até a um valor negativo, e a inércia do movimento de subida e descida do pistão faz o motor inteiro tremer. Volantes grandes ajudam, mas existe uma solução melhor: mais cilindros, disparando em sequência.

Com n cilindros disparando de maneira uniforme, um tempo de potência começa a cada 720° / n:

• 1 cilindro: a cada 720°
• 2 cilindros: a cada 360°
• 4 cilindros: a cada 180°
• 6 cilindros: a cada 120°
• 8 cilindros: a cada 90°

Em um motor de 4 cilindros em linha, um tempo de potência termina exatamente quando o próximo começa, então o virabrequim recebe impulso o tempo todo. O torque varia muito menos do que em um motor de um cilindro.

Em um motor de 4 cilindros em linha, os moentes do virabrequim são dispostos em pares: os pistões 1 e 4 se movem juntos, e os pistões 2 e 3 se movem juntos, meio giro fora de fase. Quando o par está no ponto mais alto, um dos dois está terminando a compressão (prestes a entrar em ignição), enquanto o outro está terminando a exaustão (prestes a receber ar fresco); assim, os dois estão sempre meio ciclo afastados. Duas ordens de ignição são comuns: 1-3-4-2 (a mais comum) e 1-2-4-3. Em ambas, um cilindro entra em ignição a cada 180°, e um cilindro nunca entra em ignição logo depois de seu vizinho, o que reduz a tensão no virabrequim e deixa mais uniforme o fluxo de gás no tubo de admissão.

A ignição uniforme não é tudo. Um motor básico de 4 cilindros em linha ainda apresenta uma pequena vibração residual a duas vezes a velocidade do motor, porque os pistões não se movem de forma simétrica para cima e para baixo; motores de 4 cilindros em linha maiores costumam adicionar eixos de equilíbrio para eliminá-la. Um motor de 6 cilindros em linha, com ignição a cada 120°, é naturalmente muito suave, e é por isso que há muito tempo é tão valorizado, enquanto um V8 entra em ignição a cada 90°, com seus moentes dispostos para manter o equilíbrio.

Mais cilindros significam mais potência? Não por si só. A potência vem da quantidade de ar e combustível que o motor queima a cada segundo, o que depende da sua cilindrada, da sua velocidade e de quanto trabalho cada ciclo realiza. Em um motor de quatro tempos, P = p × V_d × N / 2, em que p é a pressão média efetiva (a pressão constante que realizaria o mesmo trabalho que a pressão real), V_d é a cilindrada total e N é o número de rotações por segundo. Para um motor de 2,0 litros com p ≈ 1,0 MPa a 100 rev/s (6 000 rpm): P = 1,0×10⁶ × 0,002 × 100 / 2 = 100 kW. Distribua os mesmos 2,0 litros entre seis ou oito cilindros e a potência será praticamente a mesma; você terá mais suavidade e um som diferente, não mais potência.

Um turbocompressor força a entrada de mais ar, aumentando p e, portanto, a potência da mesma cilindrada. É por isso que os motores pequenos modernos podem ser potentes.