Motores de Combustão Interna - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Bossa_nova4 de Março de 2013

Motores de Combustão Interna - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas sobre o estudo de motores de combustão interna, história do automóvel, desenvolvimento do motor a combustão interna, tipos de motores à explosão.
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FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

EVOLUÇÃO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA VEICULAR

2010.1

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EVOLUÇÃO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA VEICULAR

Orientadora:

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2010.1

RESUMO

Os motores de combustão interna são aqueles que utilizam a energia contida nos combustíveis transformando-a em energia mecânica necessária para a movimentação, ou transporte de cargas. Os primeiros motores de combustão interna utilizavam gases em vez de gasolina como combustível, em 1860, o engenheiro Etienne Lenoir, teve a primeira patente para um "motor de explosão". Os motores de combustão interna alternativos podem ser classificados como: (1) pelo número de tempos ou percurso do êmbolo em cada ciclo, (2) pelo tipo de compressão, (3) pelo modo em que são refrigerados, (4) pelo arranjo de suas válvulas, (5) pelo arranjo de seus cilindros e (6) pela maneira com são alimentados com ar e combustível. Conclui-se que os motores estão presentes diariamente para a vida de todos indivíduos, pois elas convivem com carros, caminhões, motos e outros veículos automotores, os quais são movidos por motores de combustão interna. Para o funcionamento perfeito dos motores, estes precisam que suas peças estejam alinhadas milimetricamente, pois o motor é formado por um conjunto de peças, as quais são igualmente importantes para o seu funcionamento perfeito e completo.

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1 INTRODUÇÃO

Os motores de combustão interna são aqueles que utilizam a energia contida nos combustíveis transformando-a em energia mecânica necessária para a movimentação, ou transporte de cargas. Logo o motor é a fonte de força e movimento de veículos. Eles são compactos e leves comparando com a sua potência, isto os torna mais usado em veículos automotores, cortadores de grama, motocicletas, ônibus, aviões e pequenos barcos. Também podem ser usado como usinas elétricas portáteis. Quanto maior for a potencia do motor, maior será sua capacidade de carga, e maiores velocidades alcançará o veiculo.

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 História do automóvel

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O veiculo mais antigo é datado dos anos de 1770. O Cugnot era movido a vapor, mas ele era muito grande e desconfortável. Alguns veículos mais práticos já existiam desde o século XIX, mas mesmo assim não era tão aceito pelas pessoas por serem muito pesados. Com o surgimento dos trens, os carros a vapor tiveram um grande declínio nas fabricações. Poucas pessoas possuíam carros, e estes eram na maioria donos das fabricas. Apenas em 1860, com a invenção do motor de combustão interna que os veículos foram fabricados para a venda ao publico. Há meio século atrás surgiu o motor que era movido a gasolina, que no inicio o carro não era tão confiável, por não saberem as devidas utilizações da gasolina. Logo após, quando esta situação foi aperfeiçoada, os carros evoluíram rapidamente.

Os primeiros carros a motores de explosão que circularam nas estradas, não foram muito bem aceitos pela população, sendo alguns apedrejados por serem considerados "inimigos da segurança pública, ruidosos e fedorentos" e perigoso por sua velocidade baixa velocidade. Na época, um passeio de automóvel era considerado uma aventura.

Henry Ford, nos Estados Unidos, iniciou a fabricação em massa de automóveis, fordismo, barateando o seu preço do produto, podendo assim milhões de pessoas possuir o seu próprio veiculo. O sistema de produção de Ford deu muito certo e fez com que os fabricantes melhorassem a apresentação e forma dos carros, de ano para ano, até os modelos de hoje.

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2.2 Desenvolvimento do motor a combustão interna

Os primeiros motores de combustão interna utilizavam gases em vez de gasolina como combustível, em 1860, o engenheiro Etienne Lenoir, teve a primeira patente para um "motor de explosão". Este motor de dois tempos, sem compressão de uma mistura de ar e de gás de iluminação, possuía um sistema de ignição com acumulador elétrico, foi mecanicamente derivados de motores a vapor do tempo e mostrou os mesmos inconvenientes, mas sem necessidade da caldeira pesante e volumosa. Em 1865, quatro centenas desses motores, energizavam também máquinas impressora, tornos e bombas de água, em Paris.

A descrição do ciclo de quatro tempos deve-se ao francês Alphonse Beau de Rochas que teve uma patente em 1862 com base em sua memória anterior, intitulado "Novos trabalhos de investigação sobre as condições práticas para a utilização de calor e geralmente de força motriz". Esta tese não atraiu a atenção de nenhum fabricante e, portanto, não suscitou nenhuma conquista. Isto se prolongou 1876 quando houve a produção industrial do motor de quatro tempos, de ignição com centelha de uma mistura explosiva comprimida, conforme à patente depositado pelo alemão Nikolaus August Otto. O primeiro motor de dois tempos com um compressão da mistura, é devida para o inglês Dugald Clerck (1879).

Nikolaus August Otto e Eugen Langen, da Alemanha, construíram um bem - sucedido motor à gás de quatro tempos. Em 1876, Otto e Langen obtiveram patentes nos EUA dos motores de dois tempos e de quatro tempos.

O primeiro motor de quatro tempos a queimar gasolina e realmente utilizável foi co-projetado em 1885 por Gottlieb Daimler, sócio de Otto e Langen. No mesmo ano, Karl Benz, alemão, também desenvolveu um bem- sucedido à explosão. Os atuais motores funcionam basicamente semelhantes a esses.

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2.3 Tipos de motores à explosão

Existem dois principais tipos de motores à explosão, os motores de movimento alternado ou motores alternativos e motores rotativos. Os motores alternativos possuem êmbolos que se movem para cima e para baixo ou para frente e para trás. Uma parte chamada virabrequim transforma este movimento alternado em movimento circular, giratório, que aciona rodas. Um motor rotativo, utiliza rotores no lugar de êmbolos. Os rotores produzem diretamente o movimento giratório.

Os motores de combustão interna alternativos podem ser classificados como: (1) pelo número de tempos ou percurso do êmbolo em cada ciclo, (2) pelo tipo de compressão, (3) pelo modo em que são refrigerados, (4) pelo arranjo de suas válvulas, (5) pelo arranjo de seus cilindros e (6) pela maneira com são alimentados com ar e combustível.

2.3.1 Ciclo

Os motores à explosão pode operar em um ciclo de dois tempos ou de quatro tempos. Um ciclo, significa os passos até a combustão da mistura ar e combustível nos cilindros. Os tempos são os movimentos de vaivém dos êmbolos. Um motor de quatro tempos tem um ciclo composto dos tempos de admissão ou de aspiração; compressão; combustão ou explosão; e expulsão dos gases. Em um motor com ciclo de dois tempos, o ciclo se opera combinando os tempos de admissão e compressão ao da explosão ao fim do tempo de explosão. Um motor de dois tempos se desenvolve mais potência em relação ao peso e dimensão do que o motor de quatro tempos. Cada cilindro, em um motor de dois tempos, produz uma explosão a cada volta do virabrequim. Mas em um motor de quatro tempos, um cilindro produz uma explosão, uma volta sim, outra não do virabrequim.

[pic]1 [pic]2

1: Motor de quatro tempos

2: Motor de dois tempos

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2.3.2 Alta de baixa compressão

Quando o êmbolo se move de baixo para cima em um cilindro, comprime a mistura de ar e gasolina na câmara de combustão. Um número conhecido como razão de compressão, indica proporção da mistura comprimida. Um motor de alta compressão pode ter uma razão de compressão de dez para um. Tal motor comprime a mistura a 1/10 do seu volume original. Um motor de baixa compressão tem uma razão de oito para um.

Os motores de alta compressão queima a gasolina com mais eficiência que os de baixa compressão. Entretanto, os motores de alta compressão necessitam de gasolina com alto índice de octana. A maioria das gasolinas de alto índice de octana contém aditivos de chumbo, que danificam os aparelhos denominados conversores catalíticos, colocados no sistema de exaustão a fim de remover poluentes.

2.3.3 Arranjo das válvulas

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Os motores também são classificados pelo número e disposição dos cilindros. Os tipos mais comuns são motores em linha (no qual os cilindros estão dispostos em uma só fila), em V (em que os cilindros se dispõem em dois grupos iguais e formam um V), radial e horizontal oposto. Os motores radiais, nos quais os cilindros estão radialmente em torno do eixo de rotação, possuem um número ímpar de cilindros, três, cinco, sete ou nove. A maioria dos demais motores tem um número par de cilindros, quatro, seis, oito ou doze.

2.3.4 Ar e combustível

O combustível pode ser enviado aos cilindros por um carburador ou por uma bomba de injeção. Assim, os motores alternativos classificam-se em carburador ou de injeção. Como a combustão depende do ar e do combustível, a potência de um motor é limitada pela quantidade de ar que chega aos cilindros. Para aumentar a potência, um motor pode ser super comprimido. Um super compressor é uma bomba que força a entrada de ar adicional nos cilindros. O ar necessário para queimar uma unidade de gasolina pesa cerca de 15 vezes mais que a gasolina.

2.4 Partes do motor

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01 – Bloco

02 – Cabeçote

03 – Carter

04 – Válvulas

05 - Eixo comando de válvulas

06 - Balancim (eixo de balancins)

07 – Molas

08 – Anéis

09 - Pistão

10 - Biela

11 - Pino do pistão

12 - Casquilhos (Bronzinas)

13 - Árvore de manivelas (Virabrequim)

14 - Volante do motor

15 - Vareta

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16 - Tucho

OHV- “over head valves” – válvulas no cabeçote

OHC - “over head camshaft” - eixo comando de válvulas no cabeçote

DOHC - “double over head camshaft” - dois eixos comando de válvulas no cabeçote

O bloco do motor é o maior e principal componente do motor. Praticamente todas as partes do motor estão ligadas ao bloco. O bloco é feito de metal fundido, normalmente uma liga de ferro ou alumínio.

O cabeçote do cilindro é parte do motor que cobre o bloco. A cabeça de cilindro, a face superior do cilindro e o êmbolo formam a câmara de combustão, o local onde ocorre a queima da mistura ar- combustível.

O cárter é a parte inferior do bloco. O cárter abriga o eixo de manivelas e também, em alguns casos, o eixo de comando das válvulas. O cárter também serve como um reservatório de óleo lubrificante.

As válvulas têm como função interromper o fluxo de gases de aspiração e descarga de acordo com os tempos do motor (4 tempos), são abertas por meio da árvore de comando de válvulas e fechadas por molas. Podem ser de dois tipos: admissão, entrada da mistura ar + combustível (ciclo Otto) ou somente ar (ciclo Diesel) e escape, saída dos gases queimados resultante da combustão.

O eixo de comando das válvulas tem a função de comandar a abertura e o fechamento das válvulas nos momentos adequados. Consiste de um eixo com partes ovais, chamados excêntricos ou cames, com as quais as alças fazem contato.

Os anéis do pistão, também denominados anéis de segmento, são fixados em ranhuras feitas na laterais dos pistões, na parte superior. Cada pistão geralmente apresenta três segmentos de anéis, dois têm a incumbência de evitar perdas da potência gerada na combustão e impedir a passagem da mistura ar-combustível para o cárter através do espaçamento entre o pistão e o

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cilindro e o outro terceiro anel tem a tarefa de selar a passagem de óleo do cárter para a câmara de combustão.

Os pistões possuem a função de transferirem a potência gerada pela combustão para a biela e à ao eixo de manivelas.

A biela é a peça que transmite o movimento do pistão e a potência gerada pela combustão ao eixo de manivelas durante a expansão.

As árvores de manivelas são fabricados em aço forjado ou fundido. No seu interior existem vários canais que são responsáveis pela condução do óleo lubrificante até seus mancais e cabeças das bielas.

O volante armazena energia durante a explosão do combustível e a libera durante os outros tempos, os que contribui para o virabrequim gire a velocidade constante.

3 CONCLUSÃO

Conclui-se que os motores estão presentes diariamente para a vida de todos indivíduos, pois elas convivem com carros, caminhões, motos e outros veículos automotores, os quais são movidos por motores de combustão interna. Para o funcionamento perfeito dos motores, estes precisam que suas peças estejam alinhadas milimetricamente, pois o motor é formado por um conjunto de peças, as quais são igualmente importantes para o seu funcionamento perfeito e completo.

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4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BRAGA, Gabriel Teixeira. Uma Contribuição ao Controle de Motores de Combustão Interna de Ignição por Centelha na Condição de Marcha Lenta. 2007. 144f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte

CÂMARA, Júlio César Chaves. Monitoramento eletrônico da mistura ar / combustível em motores de combustão interna ciclo otto. 2006. 171f. Dissertação ( Mestrado em Mecatrônica) - Universidade Federal da Bahia. Salvador.

TEIXEIRA, Mauri Martins e RUAS Renato Adriane Alves Disponível em http://www.ebah.com.br/caderno-51-motores-de-combustao-interna-pdf-pdf-a32512.html. Acesso em 27 de abril de 2010

PUC-Rio Certificação Digital nº 0621507/CA. Disponível em http://www2.dbd.puc- rio.br/pergamum/tesesabertas/0621507_09_cap_02.pdf. Acesso em 27 de abril de 2010.

FURLANI Carlos Eduardo Angeli e SILVA Rouverson Pereira Da. Disponível em: http://www.fcav.unesp.br/lamma/cariboost_files/apostila-02_motores--lamma.pdf. Acesso em 28 de abril de 2010

CAPÍTULO 1 Fundamentos do funcionamento de motores de combustão interna. Disponível em http://www.ebah.com.br/fundamentos-de-funcionamento-de-motores-de-combustao-interna- pdf-a10671.html Acesso em 28 de abril de 2010

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