Como funcionam os motores de carros: motores de combustão interna vs. motores elétricos explicados

Duas máquinas muito diferentes movem a maioria dos carros nas estradas hoje. Uma queima combustível líquido dentro de cilindros de metal; a outra usa eletricidade para fazer girar ímãs. Entender o que acontece sob o capô explica por que esses veículos se comportam, soam e se mantêm de maneiras tão diferentes.

Como funciona um motor de combustão interna

De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, um motor de combustão interna (ICE) consiste em um cilindro fixo e um pistão móvel. O combustível se queima dentro do cilindro, e os gases em expansão empurram o pistão, que gira o comando de válvulas e finalmente impulsiona as rodas do veículo.

A maioria dos veículos ICE funcionam com um ciclo de quatro tempos, conforme explica o Departamento de Energia: admissão, compressão, combustão/potência e escape. Durante a admissão, o pistão se move para baixo enquanto uma válvula de admissão se abre para permitir a entrada de ar e combustível. Durante a compressão, a válvula se fecha e o pistão se move para cima, comprimindo a mistura ar-combustível. No tempo de potência, a mistura comprimida igniza — empurrando o pistão para baixo — e no tempo de escape, o pistão sobe novamente enquanto uma segunda válvula se abre para expelir os gases queimados.

O Departamento de Energia distingue dois designs principais de motores: motores de gasolina com ignição por faísca, onde uma vela de ignição acende a mistura combustível-ar, e motores diesel com ignição por compressão, onde o combustível se auto-igniza em ar quente e altamente comprimido. Os ICEs também podem funcionar com combustíveis alternativos como gás natural, propano, biodiesel ou etanol, e podem ser combinados com componentes elétricos em sistemas híbridos ou híbridos plug-in.

Como funciona um motor de carro elétrico

Veículos totalmente elétricos substituem o motor por um ou mais motores elétricos de tração alimentados por um pacote de bateria recarregável, de acordo com o site fueleconomy.gov do governo dos EUA e o Centro de Dados de Combustíveis Alternativos (AFDC) do Departamento de Energia. O AFDC lista os componentes principais: uma bateria de tração que armazena energia, uma porta de carga e carregador a bordo que convertem a eletricidade CA recebida em CC para carregamento, um conversor CC/CC que reduz a voltagem para acessórios, um controlador eletrônico de potência que gerencia a velocidade e o torque do motor, e o motor elétrico de tração propriamente dito, que impulsiona as rodas (na maioria dos designs por meio de uma transmissão).

Alimentado pela bateria de tração, o controlador eletrônico de potência gerencia quanta energia elétrica chega ao motor elétrico de tração e controla a velocidade e o torque que o motor produz, de acordo com o AFDC. Um sistema térmico separado mantém a bateria, o motor e a eletrônica dentro de sua faixa adequada de temperatura de funcionamento, observa o AFDC.

Frenagem regenerativa: o motor funcionando em reversa

Uma característica sem equivalente em um veículo ICE convencional é a frenagem regenerativa. Como descrito nas páginas de tecnologia para consumidores da Mazda, citando estimativas do Departamento de Energia, quando o motorista solta o acelerador, freia ou desce uma ladeira, o motor elétrico inverte funções: em vez de consumir energia da bateria para girar as rodas, as rodas giradas fazem girar o motor, que agora funciona como gerador e envia eletricidade de volta para a bateria. O Departamento de Energia estima, de acordo com a Mazda, que esse processo recupera aproximadamente 22% da energia de condução em veículos elétricos durante a condução combinada em cidade e estrada (versus 5–9% em híbridos). Como a frenagem regenerativa não pode fornecer a força de frenagem necessária em emergências, os freios de fricção convencionais permanecem em seu lugar como backup, observa a Mazda.

Por que os dois sistemas diferem em eficiência

Fueleconomy.gov afirma que veículos elétricos convertem mais de 77% da energia elétrica retirada da rede em potência nas rodas, enquanto veículos convencionais a gasolina convertem apenas cerca de 12% a 30% da energia armazenada na gasolina em potência nas rodas — o restante é perdido principalmente como calor e através da fricção do motor. Fueleconomy.gov também observa que as baterias de EVs podem durar 12 a 15 anos em climas moderados e 8 a 12 anos em climas severos, e que uma recarga completa normalmente leva 3 a 12 horas, com carregamento rápido atingindo 80% de capacidade em cerca de 30 minutos.

Termos comuns explicados

• Comando de válvulas: o eixo rotativo que converte o movimento para cima e para baixo do pistão em movimento rotativo, de acordo com o Departamento de Energia.
• Bateria de tração: o pacote de bateria recarregável que armazena energia para o motor elétrico de tração, de acordo com o AFDC.
• Controlador eletrônico de potência: o componente que gerencia como a energia elétrica flui da bateria e controla a velocidade e o torque do motor, conforme indicado pelo AFDC.
• Frenagem regenerativa: usar o motor elétrico como gerador durante a desaceleração para enviar energia de volta para a bateria, conforme descrito pela Mazda, citando estimativas do Departamento de Energia.