INNengine 1S ICE: o motor de 1 tempo com pistões opostos

Vida longa ao motor a combustão interna. É curioso perceber que o “fim anunciado” do motor a combustão interna, em razão da eletrificação acelerada, não impediu uma sequência de avanços relevantes nos últimos anos: taxa de compressão variável (Nissan), ignição por compressão em motores a gasolina (Mazda) e, agora, a Koenigsegg vai levar à produção (ainda que em volumes bem reduzidos) o primeiro motor de ciclo Otto (4 tempos) sem árvore de comando.

É nessa mesma trilha de inovação que aparece o 1S ICE da INNengine - e a promessa é ir além.

Trata-se de um motor pequeno, mas com uma proposta realmente disruptiva, reunindo soluções de engenharia pouco comuns. Vamos entender o que ele traz de diferente.

O que é o 1S ICE?

O 1S ICE, da INNengine, é um motor extremamente compacto em dimensões e cilindrada: são apenas 500 cm³ e 43 kg. O criador, Juan Garrido, afirma que já trabalha numa evolução dessa unidade que pode chegar a apenas 35 kg (!).

Segundo a INNengine, justamente o baixo peso e o pouco volume são dois dos grandes trunfos frente aos motores a combustão interna convencionais (4 tempos):

• Até 70% de redução de volume total;
• Até 75% de redução de peso;
• Até 70% menos componentes;
• E até menos 75% de cilindrada, mas com a mesma densidade de potência de um motor convencional 4x maior. Por exemplo, o 1S ICE de 500 cm³ consegue a mesma potência que um motor de 2000 cm³ a 4 tempos.

Dá para notar também que, apesar da cilindrada baixa, o 1S ICE tem quatro cilindros e… oito pistões - não é engano, são oito pistões mesmo… Em outras palavras, são dois pistões por cilindro, o que o enquadra como um motor de pistões opostos. Repare que eu disse pistões opostos, e não o termo mais conhecido “cilindros opostos”. Qual é a diferença?

Pistões opostos são mais antigos do que imaginas

Um motor de pistões opostos não é a mesma coisa que um motor de cilindros opostos, como os que associamos a Porsche e Subaru. A distinção é simples: no motor de pistões opostos, cada cilindro abriga dois pistões que se movem em sentidos contrários, compartilhando a mesma câmara de combustão.

Apesar de ser uma solução incomum, ela não é exatamente nova no universo dos motores a combustão.

Na prática, o primeiro motor de pistões opostos remonta a 1882 e foi criado por James Atkinson (o mesmo Atkinson que deu nome ao ciclo homônimo, usado principalmente em veículos híbridos por ser mais eficiente).

O ganho mais evidente dessa arquitetura é a eficiência maior, já que desaparecem o cabeçote e o comando de válvulas - motores de pistões opostos são de 2 tempos -, o que ajuda a diminuir massa, complexidade, perdas térmicas e por atrito, além de reduzir custos.

Só que existe um obstáculo: para que dois pistões no mesmo cilindro atuem em perfeita sincronia, é necessário algum tipo de ligação física entre eles, o que acaba devolvendo parte da complexidade e do peso que se buscava eliminar.

Historicamente, motores de pistões opostos apareceram sobretudo em aplicações de grande porte, como navios, veículos militares e até geradores de alta eficiência. Em automóveis, são bem menos comuns. Hoje, talvez o projeto mais perto de chegar a um carro (ou, no máximo, a um veículo comercial) seja o motor de pistões opostos da Achates Power. Há um vídeo curto que ajuda a visualizar como ele funciona:

Pistões opostos 2.0: adeus virabrequim

Então, o que separa o 1S ICE da INNengine do motor de pistões opostos da Achates? Como dá para ver no vídeo citado, para gerenciar o movimento dos pistões dentro dos cilindros, a solução da Achates recorre a dois virabrequins conectados por um conjunto de engrenagens. No 1S ICE, a proposta é abrir mão dos virabrequins - e, junto com eles, saem de cena também as bielas e todo o trem de engrenagens associado.

Ao cortar de forma tão drástica a quantidade de peças necessárias para o motor operar, a INNengine chega às reduções de volume e massa mencionadas e, de quebra, abre espaço para ganhos potenciais de eficiência.

No lugar dos virabrequins, há duas peças (como se fossem discos que se acoplam ao eixo do motor), uma em cada extremidade do conjunto, com uma superfície ondulada cuidadosamente calculada. Elas são as responsáveis por sincronizar com precisão o movimento dos oito pistões (que, aqui, passam a se deslocar num eixo paralelo ao eixo do motor).

Vejam-nas em funcionamento:

Parece absurdamente simples, não é? Graças à disposição equidistante e concêntrica de todas as (poucas) peças móveis, e ao movimento dos pistões alinhados com o eixo principal, o equilíbrio deste motor é praticamente perfeito.

A ausência de vibrações é de tal ordem que, quando mostraram um filme de um protótipo do motor em banco de testes, foi acusado de ser falso, pois não era perceptível a olho nu que o motor tivesse a funcionar…

Nesse vídeo curto, também aparecem outras particularidades do 1S ICE, como a possibilidade de adiantar levemente o posicionamento de uma das “cambotas”. Isso permite obter distribuição variável - não de válvulas (ele não tem), mas das portas (admissão e escape) que assumem esse papel. Também viabiliza taxa de compressão dinamicamente variável, ajustando-a conforme a demanda, como ocorre no motor da Nissan.

A intenção dessas soluções, da mesma forma que em alguns motores 4 tempos usados nos carros atuais, é elevar eficiência e rendimento. No caso do 1S ICE, elas oferecem uma flexibilidade que motores 2 tempos - como os de pistões opostos - normalmente não têm, já que costumam trabalhar com parâmetros fixos.

E é justamente aí que chegamos a outra proposta central do 1S ICE: ele se define como um motor de 1 tempo, algo tão determinante que está no próprio nome: 1 Stroke, ou 1 Tempo.

Apenas 1 tempo?! Como assim?

Estamos acostumados a falar em motor 4 tempos (o padrão dos automóveis a combustão) e também em 2 tempos (mais lembrado em motos e ciclomotores). Ainda assim, a INNengine classifica o seu motor como 1 tempo - o que, na prática, significa:

• 4 tempos: uma explosão a cada duas voltas do virabrequim;
• 2 tempos: uma explosão a cada volta do virabrequim;
• 1 tempo: duas explosões a cada volta do virabrequim.

Ou seja: embora o princípio de operação do 1S ICE se aproxime do de um 2 tempos, ele consegue dobrar o número de explosões por rotação do virabrequim - e entregar quatro vezes o que é típico num 4 tempos. Ao mesmo tempo, essa arquitetura faz isso com menos componentes.

Esse é um dos “segredos” por trás da eficiência prometida e também do alto rendimento específico: de acordo com a INNengine, o pequeno motor de 500 cm³ teria números equivalentes aos de um motor 4 tempos de 2000 cm³.

Os números… possíveis

Como o projeto ainda está em desenvolvimento, não existem dados finais. Mesmo assim, nos vídeos em que Juan Garrido aparece detalhando o motor (vamos deixar um vídeo no fim do artigo), há um valor que chama muita atenção: 155 Nm às 800 rpm! Para colocar em perspectiva, há motores 1.0 turbo no nosso mercado que chegam a torques parecidos, mas cerca de 1000 rpm mais tarde e… com sobrealimentação.

Quanto a consumo e emissões, ainda é cedo: será preciso aguardar. O que nos leva à pergunta mais importante.

Chegará a equipar um automóvel?

Talvez - mas não do jeito que você imagina. Apesar de estarem convertendo um Mazda MX-5 (NB) para servir de protótipo de testes desse motor, o foco e a direção do desenvolvimento são, principalmente, o uso como extensor de autonomia para veículos elétricos.

Por ser tão compacto, leve e eficiente - e por entregar números elevados em rotações tão baixas -, ele pode se encaixar muito bem nesse papel. A meta para esse extensor de autonomia é gerar 30 kW (41 cv) às 2500 rpm. Com isso, a ideia seria reduzir custos (dispensa uma bateria tão grande), diminuir a poluição (motor a combustão mais eficiente) e manter um alto nível de refinamento a bordo (pela ausência de vibrações).

Ainda assim, outras possibilidades são esperadas. A INNengine também desenvolve uma versão voltada à competição, e a aviação (leve) já teria demonstrado interesse significativo no motor.

Mundo real

Assim como no caso do motor da Achates Power, é difícil negar o potencial do 1S ICE da INNengine. Para sair do papel de vez, porém, ele exige um aporte financeiro enorme e, embora as duas empresas contem com apoio da Saudi Aramco (gigante petrolífera saudita), o cenário ideal seria ter o suporte de um ou mais fabricantes de automóveis.

Se a Achates Power já avançou parcialmente nesse ponto com a ajuda da Cummins (fabricante de motores) e da ARPA-E (agência do governo dos EUA dedicada a projetos avançados ligados a energia), a INNengine ainda não chegou a esse nível.

São 10 anos de desenvolvimento e já existem protótipos rodando em bancos de teste. O interesse tende a crescer - até pelas promessas desse propulsor -, mas isso ainda não garante que ele chegue a bom termo. O motivo é o contexto atual: a indústria automotiva está, por obrigação, concentrada quase exclusivamente na eletrificação. Para uma montadora, não é simples diversificar investimento para um motor a combustão totalmente novo - ainda mais um em que praticamente tudo é inédito.

Não surpreende, portanto, que a INNengine esteja mirando o 1S ICE como extensor de autonomia - o que parece ser a forma mais viável de ganhar espaço no curto prazo e atrair a atenção do setor automotivo.

A relevância do motor a combustão interna no futuro não diz respeito apenas a carros, mas a todo tipo de veículo que depende dele, seja terrestre, marítimo ou aéreo. E os números são muito claros.

A cada ano, são produzidos cerca de 200 milhões de motores a combustão interna (cerca de 90 milhões destinados a automóveis). Portanto, não é realista imaginar que, no curto/médio prazo, eles simplesmente sumirão só porque “redescobrimos” a eletricidade.

É fundamental que se continue a apostar na sua evolução, pois também fazem parte da solução.

Para quem quiser se aprofundar neste motor a combustão interna, deixo aqui um vídeo (em espanhol, com legendas em inglês) de Juan Francisco Calero, jornalista que teve a oportunidade de visitar as instalações da INNengine e conversar com Juan Garrido, da INNengine:

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