Como funcionam os motores de válvula de manga

Durante a Segunda Guerra Mundial, engenheiros do regime nazista criaram alguns dos melhores e mais avançados armamentos aéreos da época. Um caça alemão, o Focke-Wulf Fw 190 , por um tempo superou qualquer coisa que os Aliados pudessem colocar no ar.

Felizmente para os Aliados, a engenharia do lado deles acabou virando o pêndulo da superioridade aérea a seu favor. Um motor robusto e não convencional que muitas pessoas hoje provavelmente nunca ouviram falar ajudou a neutralizar o Fw 190 e o resto da Luftwaffe. À sua maneira, um motor ajudou a impulsionar os Aliados à vitória [fonte: Rickard ].

O motor de válvula de manga, que tem sido usado em automóveis e aviões, alimentava caças britânicos velozes, como o Hawker Typhoon e o Hawker Tempest. Com sua força bruta , eles ajudaram os Aliados a controlar os céus, fornecer apoio aéreo às forças terrestres e, eventualmente, vencer a guerra.

Mas o que exatamente é um motor de válvula de manga e qual é o nome engraçado? E por que não vemos ou ouvimos muito sobre eles hoje?

O motor recebe o nome da manga de metal de parede fina que desliza para cima e para baixo dentro de cada cilindro durante o processo de combustão. Normalmente, os orifícios na manga e no cilindro que o contém se alinham em intervalos previsíveis para expelir os gases de escape e sugar o ar fresco.

Apesar de seu histórico honroso de serviços armados, a configuração complexa da válvula de manga perdeu para o que usamos nos motores de combustão interna hoje, válvulas de tucho. Nos aviões, é claro, os motores a pistão de todos os tipos deram lugar aos motores a jato.

Mas espere - não descarte a válvula de manga como uma relíquia histórica inútil ainda.

Pelo menos uma empresa está tentando trazer o venerável motor de válvula de manga de volta à ação, mas com algumas reviravoltas modernas.

Nas próximas páginas, veremos exatamente o que faz o motor com válvula de manga girar. Também examinaremos por que caiu em desuso, juntamente com as razões pelas quais está sendo convocado agora, mais de um século após sua invenção, para servir em um tipo diferente de "luta".

1. Tecnologia de motor de válvula de manga
2. Válvulas de manga por terra -- Uso em motores de automóveis
3. Válvulas de manga por ar - Uso em motores de avião
4. Qual é o próximo?

Chegando como chegou durante o auge da Era Industrial, o motor de válvula de manga parece uma engenhoca que estaria em casa em um romance steampunk . Os engenheiros modernos se maravilham com sua inteligência. E cacarejo em sua alta complexidade.

Pronto, você foi avisado. Na verdade, é uma coisa muito bonita quando você entende como todas essas peças funcionam juntas. Agora arregace as mangas, porque estamos prestes a ficar sujos com o funcionamento interno de um motor de válvula de manga.

Este motor tem tanta coisa acontecendo que quase desafia a descrição. Mas vamos tentar. Motores de válvula de manga, como seus equivalentes de válvula de tucho, podem vir em muitas configurações diferentes. Um desses arranjos, os motores radiais de válvula de manga usados ​​em aviões, se parecem um pouco com o que você obteria se um robô Rock 'Em Sock 'Em tivesse um bebê com um sentinela "squiddie" de "The Matrix".

Para entender o que é e o que faz um motor de válvula de manga, pode ser útil primeiro entender o que não é. Não é, em primeiro lugar, o sistema popular com o qual a maioria de nós está familiarizada, um motor de válvula de gatilho. As válvulas de gatilho são o padrão de fato nos motores de combustão interna de hoje. Com eles, válvulas em forma de cogumelo sob a tensão de molas abrem e fecham ritmicamente para controlar a entrada e saída de combustível, ar e gases de escape residuais no cilindro.

Uma válvula de manga, por outro lado, usa uma manga deslizante, às vezes giratória, para controlar quanto ar e combustível são detonados a cada curso de compressão. A premissa básica de acender combustível e ar para acionar um conjunto de pistões e girar um virabrequim é a mesma de outros motores de combustão interna.

Aqui está outra característica distinta das válvulas de manga. Em projetos em que a luva gira, as portas que são cortadas nela se alinham com as portas de admissão ou escape no cilindro, dependendo de qual parte do curso está ocorrendo. Um pistão se move para cima e para baixo dentro de cada luva, mesmo quando a luva está deslizando para frente e para trás. O movimento da luva é acionado por engrenagens conectadas ao virabrequim.

Coçar a cabeça ainda sobre o que, exatamente, acontece? Aqui estão os passos:

Agora multiplique isso por vários cilindros e coloque um virabrequim para que eles girem, e você terá um motor de válvula de manga!

Se parece complicado, bem, é porque é. Um dos principais golpes contra esses motores era que eles eram tão complexos. No entanto, faz um pouco mais de sentido quando você vê todo o processo em ação. Confira o vídeo nesta página para melhor visualizá-lo.

Obtenha seu redemoinho: válvulas de manga e eficiência volumétrica

Então, por que alguém iria querer brincar com um motor tão complicado? Afinal, eles estavam notoriamente sedentos de óleo lubrificante; e eles não aceitavam bem impurezas como areia. A resposta é que eles oferecem a vantagem da eficiência volumétrica. Em outras palavras, eles são muito melhores do que os motores comuns na entrada e saída de ar da câmara de combustão. Além disso, a disposição das portas proporciona melhores características de turbulência. Isso é engenharia, pois eles criam ar turbulento, fazendo com que a mistura de ar e combustível queime com mais eficiência [fonte: Raymond ].

Charles Yale Knight, nascido em Indiana, comprou um automóvel Knox de três rodas por volta de 1901 para que pudesse relatar e publicar seu diário agrícola no meio-oeste dos EUA. Mas ele descobriu que o barulho criado pelas válvulas do carro era uma dor séria nos ouvidos. Então ele fez o que qualquer empresário que se preze com experiência em maquinário industrial faria: ele começou a construir um motor melhor .

Com o apoio de um rico patrocinador, ele desenvolveu e testou extensivamente protótipos. Em 1906, ele havia feito progresso suficiente para revelar seu carro "Silent Knight" de 4 cilindros e 40 cavalos no Chicago Auto Show.

O motor Knight apresentava não uma, mas duas mangas por cilindro, com a manga interna deslizando dentro da externa. O pistão, por sua vez, deslizou para dentro da luva interna. O Cavaleiro, fiel ao seu apelido, estava impressionantemente quieto. Embora o motor Knight tenha se mostrado superior às válvulas de gatilho barulhentas e frágeis de sua época, as montadoras americanas deram a ele o ombro frio, inicialmente.

Knight e seu benfeitor financeiro LB Kilbourne se saíram consideravelmente melhor no exterior. Após alguns refinamentos no design, o motor Knight chegou aos carros da Daimler na Inglaterra (não deve ser confundido com a Daimler-Benz).

O Silent Knight foi um sucesso e logo outros fabricantes queriam entrar na ação da válvula de manga - incluindo montadoras nos Estados Unidos. Carros e caminhões leves da Willys, Daimler e Mercedes-Benz, entre outros, empregavam o motor de válvula de manga Knight [fonte: Wells ].

No entanto, na década de 1920, o design da válvula de manga avançou além da configuração de manga dentro de manga de Knight. Os designs de manga única, incluindo o Burt-McCollum, eram mais leves, menos complexos e menos caros de construir e, portanto, preferíveis aos fabricantes. Com mais modificações de fabricantes de motores como Bristol e Rolls-Royce, eles chegariam até o céu.

Harry R. Ricardo (mais tarde "Sir" Harry Ricardo), nascido em Londres em 1885, não esperou até a faculdade para começar seus estudos de engenharia. Ele observava e absorvia no joelho de um maquinista local quando jovem, e voltava para casa da oficina do maquinista para aplicar seus novos conhecimentos na construção de motores . Ele diria mais tarde:

"Quando criança, sempre fui fascinado por motores e movimentos mecânicos em geral e, acima de tudo, pelo grande mistério de como essas coisas eram realmente feitas... olhando para trás, acho que aprendi mais sobre o valor real desses primeiros e tentativas muito grosseiras de projetar e fabricar do que de qualquer outra coisa" [fonte: Universidade de Cambridge ].

Ricardo, em sua idade adulta de engenheiro, era um superdotado incurável. Além de ajustar os motores dos tanques que ajudaram a quebrar o impasse da Primeira Guerra Mundial, ele liderou pesquisas inovadoras para atribuir classificações de octanagem a diferentes graus de combustível.

Talvez sua contribuição mais notável nos anos da Segunda Guerra Mundial tenha sido seu trabalho em melhorar o motor de válvula de manga.

Ricardo teorizou na década de 1920 que um motor de avião com válvula de manga poderia gerar maior potência do que um motor com válvula de tucho comparável porque poderia gerar uma taxa de compressão mais alta.

Aconteceu que em 1941, aeronaves britânicas, incluindo o principal avião de combate Supermarine Spitfire, estavam levando uma surra do superior Focke-Wulf Fw 190 da Alemanha . Os Fw 190 também lançaram ataques terrestres a instalações aliadas com quase impunidade, já que nada poderia pegá-los em baixa altitude depois que eles lançassem suas bombas.

O Hawker Typhoon com motor de válvula de manga, entrando em serviço em 1942, mudou isso. Impulsionado por um motor Napier Sabre de 2.180 cavalos de potência, o movimento extra do "Tiffy" significava que ele poderia não apenas derrubar intrusos rápidos da Luftwaffe, mas também carregar bombas. Mais tarde na guerra, os tufões equipados com bombas e foguetes seriam fundamentais no apoio às forças terrestres aliadas enquanto apertavam o cerco aos nazistas e encerravam a guerra na Europa [fonte: Rickard ].

Apesar do registro militar exemplar do motor de válvula de manga, a escrita estava na parede: os motores a jato dominariam a aviação comercial e militar do pós-guerra em diante.

O legado de Knight, Ricardo e outros não desapareceria completamente - os entusiastas de motores iriam homenagear o motor de válvula de manga com modelos caseiros e em sites nas décadas seguintes. Alguns aviões modelo voadores usam motores de válvula de manga em miniatura. E é concebível que a tecnologia possa experimentar um ressurgimento em alguns dos maiores e mais rápidos mercados automotivos do mundo.

Então, o motor de válvula manga foi um beco sem saída evolutivo, no que diz respeito ao avanço da combustão interna ?

Vamos colocar desta forma. Assim como Hollywood gosta de reciclar conceitos antigos e dar uma nova reviravolta neles quando está ficando sem novas ideias, o mesmo acontece com a indústria automobilística. Os carros elétricos , você deve se lembrar, eram um grande negócio antes (ironicamente) da partida elétrica tornar os carros de combustão interna altamente práticos. A eletricidade praticamente desapareceu do automobilismo convencional até que as preocupações ambientais os trouxeram de volta do túmulo perto da virada do século.

E assim, da mesma forma, o caso poderia estar se desdobrando com o motor adormecido de válvula de manga. Como diz o ditado, "o que é velho é novo de novo".

A Pinnacle Technologies, com sede em San Carlos, na Califórnia, está contando com a demanda reprimida por transporte limpo e barato na Ásia para abocanhar sua interpretação moderna da válvula manga. Um novo motor é baseado no que a empresa descreve como uma arquitetura de quatro tempos, ignição por faísca (SI), pistão oposto e válvula de manga.

O fundador da Pinnacle, Monty Cleeves, diz que seu motor patenteado pode gerar uma melhoria de eficiência de 30 a 50 por cento em relação aos atuais motores de combustão interna [fonte: Pinnacle Engines ].

“Esta tecnologia de motor fornece economia de combustível e emissões de CO2 de um híbrido a um preço que o mundo inteiro pode pagar”, disse Cleeves em comunicado emitido pela empresa.

A Pinnacle diz que não está preocupada com os veículos elétricos tornando sua tecnologia obsoleta em breve. Em vez disso, acredita que há uma grande oportunidade para atender mercados em rápido crescimento, como Índia e China. Eles e outros países em desenvolvimento querem reduzir as emissões de gases de efeito estufa enquanto melhoram o padrão de vida de seus cidadãos, por meio da propriedade de veículos motorizados. Como os veículos elétricos e híbridos ainda têm um preço premium significativo, a Pinnacle diz que sua válvula de manga repensada é uma boa "tecnologia de ponte" até que os elétricos se tornem mais acessíveis para todos.

A Pinnacle, que recebeu vários milhões de dólares em capital de risco, disse que está buscando um acordo de licenciamento com uma montadora asiática e espera que a produção comece em 2013.

Nota do autor: Como funcionam os motores de válvula de manga

Como um grande geek de aeronaves militares, eu tinha ouvido falar de motores de válvula de manga antes desta missão. Mas isso era sobre a extensão disso. Dado seu status de nota de rodapé na história, sempre pensei neles apenas no abstrato. Ao contrário de um motor de válvula de gatilho que você pode estudar em sua própria garagem, essas "coisas de válvula de manga" eram para mim apenas uma tecnologia esquecida, embora pitoresca, como locomotivas a vapor. Então, quando usei o poder das Interwebs para vê-las em ação, fiquei instantaneamente impressionado com admiração e admiração. Como as pessoas há 100 anos descobriram todos os ângulos, tolerâncias, equilíbrios de peso e muito mais necessários para dar vida a essas máquinas incrivelmente complexas? O fato de que os empreendedores de hoje estão procurando dar uma nova vida ao conceito fala muito sobre o gênio e a visão desses pioneiros originais. Pode-se argumentar que os motores originais de válvula de manga do século XX foram "super-engenharia" - isto é, eles eram muito complicados para seu próprio bem. Ou pode ser simplesmente que, sem os avanços na ciência dos materiais e a precisão do design assistido por computador que desfrutamos hoje, eles estavam apenas à frente de seu tempo.

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