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Os motores de combustão podem ser classificados como de:
- COMBUSTÃO EXTERNA: no qual o fluido de trabalho está completamente separado da mistura ar/ combustível, sendo o calor dos produtos da combustão transferido através das paredes de um reservatório ou caldeira, ou de
- COMBUSTÃO INTERNA, no qual o fluido de trabalho consiste nos produtos da combustão da mistura de ar/ combustível.
Uma vantagem fundamental do motor alternativo de combustão interna, sobre as instalações de potência de outros tipos, consiste na ausência de trocadores de calor no circuito do fluido de trabalho, tal como a caldeira e condensador de uma instalação a vapor. A ausência dessas peças não apenas conduz à simplificação mecânica mas, também, elimina a perda inerente ao processo de transmissão de calor através de um trocador de área finita. O motor alternativo de combustão interna possui outra vantagem fundamental importante sobre a instalação a vapor ou turbina a gás, a saber: todas as peças podem trabalhar a temperaturas bem abaixo da máxima temperatura cíclica. Este detalhe possibilita o uso de temperaturas cíclicas bastante altas e torna possível alta eficiência.
Vantagens Desvantagens
- arranque rápido • trabalho em rotações relativamente baixas
- pequeno tamanho
- fácil manutenção
- limitação de potência • não utilização de combustíveis sólidos
- peso elevado para potência
- elevado número de peças
- baixa eficiência
- Maior eficiência máxima; 2. Menor razão de peso e volume da instalação para a potência máxima (exceto, possivelmente, no caso de unidades maiores do que 7353 kW ou 10.0 CV); 3. Maior simplicidade mecânica; 4. O sistema de refrigeração de um motor de combustão interna transfere uma quantidade de calor muito menor do que o condensador de uma instalação a vapor de igual potência e, normalmente,é operada com temperaturas mais elevadas na superfície. O menor tamanho do trocador de calor é uma vantagem nos veículos de transporte e em outras aplicações, nas quais o resfriamento deve ser feito por meio de ar atmosférico.
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- A instalação a vapor pode usar maior variedade de combustíveis, incluindo os sólidos; 2. Menos suscetíveis a vibrar; 3. A turbina a vapor é prática nas unidades de grande potência (de 147000 kW ou mais) em um único eixo.
Os MCI podem ser classificados em:
a) Quanto a propriedade do gás na admissão: • ar (Diesel)
- mistura ar-combustível (Otto) b) Quanto à ignição • por centelha (ICE) [spark ignition (SI)]
- por compressão (ICO) [compression ignition (CI)] c) Quanto ao movimento do pistão
- Alternativo (Otto, Diesel)
- Rotativo (Wankel, Quasiturbine) d) Quanto ao ciclo de trabalho
- 4 tempos e) Quanto ao número de cilindros
- monocilíndricos
- policilíndricos f) Quanto à disposição dos cilindros
- em linha à opostos (boxer)
- em V à em estrela (radial) g) Quanto à utilização
- ESTACIONÁRIOS - Destinados ao acionamento de máquinas estacionárias, tais como
- Geradores, máquinas de solda, bombas ou outras máquinas que operam em rotação constante;
- INDUSTRIAIS - Destinados ao acionamento de máquinas de construção civil, tais como tratores,carregadeiras, guindastes, compressores de ar, máquinas de mineração, veículos de operação fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostáticos e outras aplicações onde se exijam características especiais específicas do acionador;
- VEICULARES - Destinados ao acionamento de veículos de transporte em geral, tais como caminhões e ônibus;
- MARÍTIMOS - Destinados à propulsão de barcos e máquinas de uso naval. Conforme o tipo de serviço e o regime de trabalho da embarcação, existe uma vasta gama de modelos com características apropriadas, conforme o uso. (Laser, trabalho comercial leve, pesado, médiocontínuo e contínuo)
Também pode-se classificar os motores de combustão interna segundo os vários sistemas que os compõem, por exemplo:
.. Motores com carburação (Otto) .. Motores com injeção (Diesel, Otto)
.. Ar (natural ou forçada) .. Água (termo-sifão, forçada)
.. Magneto .. Bateria · DISPOSIÇÃO DAS VÁLVULAS .. em I, L, T, F
· DISPOSIÇÃO DO COMANDO DE VÁLVULAS .. no bloco .. no cabeçote (OHC, DOHC)
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Terceira fase:
Ao passo que, durante a compressão isotérmica o cilindro deve ser resfriado, durante a expansão isotérmica, este mesmo cilindro exige aquecimento para tornar a temperatura constante.
Quarta fase:
Continuando o repouso, faz-se cessar o reaquecimento do cilindro para que essa fase se efetue sem troca de calor com o cilindro e que a massa gasosa retome o volume e a pressão que possuía no início da primeira fase
Figura 30 - Diagrama do Ciclo de Carnot
Ciclos de Otto e Diesel
Nos dois processos que ocorrem nos Motores de Combustão Interna Alternativos de dois e quatro tempos, podemos ainda incluir uma subdivisão:
MCI trabalhando a quatro tempos: a) Ciclo Otto; b) Ciclo Diesel.
MCI trabalhando a dois tempos: a) Ciclo Otto; b) Ciclo Diesel.
(Volume Constante)
Em 1862, Beau de Rochas enunciou o ciclo de “quatro tempos” que, primeiramente, o alemão Otto aplicara a um motor térmico, de onde surgiu em algumas obras a designação de “Ciclo Otto”. Teoricamente, o ciclo enuncia-se da seguinte maneira: o enchimento do cilindro efetua-se com a pressão atmosférica, pois que:
AB = Compressão adiabática; BC = Elevação brutal da pressão em volume constante; CD = Expansão adiabática; DA = Baixa brutal de pressão em volume constante.
O esvaziamento do cilindro se efetua em pressão atmosférica.
Primeira fase: compressão adiabática
Efetuada de maneira adiabática, a compressão leva os gases a uma certa temperatura, contudo insuficiente para provocar a inflamação.
Segunda fase: transformação isovolumétrica
Ciclo Quatro Tempos, Ciclo Otto
O ciclo segue os tempos indicados anteriormente sendo que, no 1º tempo, admite-se uma mistura arcombustível. A combustão é iniciada por uma centelha (spark), gerada no
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interior do cilindro por uma vela (spark plug). A mistura ar-combustível, que é feita pelo carburador ou pela injeção eletrônica, é preparara aproximadamente nas seguintes proporções:
9,0:1 - 9,0 partes de ar para 1 parte de álcool
A mistura entra no cilindro à pressão atmosférica e é comprimida pelo cilindro. Nos motores a gasolina, a taxa de compressão é, aproximadamente, de 9:1 e, nos a álcool, 12:1.
Ciclo Dois Tempos, Ciclo Otto
São utilizados principalmente em veículos motores de duas rodas, motocicletas. São motores mais simples e leves, possuem cerca de 70 a 90% de potência a mais do que um motor de quatro tempos de mesma cilindrada. Em contrapartida são mais poluentes (devido à queima de óleo lubrificante que é misturado ao combustível no carter durante a pré-compressão).
Ciclo de Diesel (Volume Constante)
Quando Diesel se interessou pelo motor térmico, procurou realizar industrialmente um motor concebido segundo o ciclo de Sadi Carnot. Sabe-se que a realização deste primeiro motor manifestou-se impossível. Diesel abandonou este ciclo, devido aos perigos que o mesmo apresentava pela compressão elevada demais (250kg); substituiu- o por um ciclo mais simples, conhecido como o nome de “ciclo Diesel”, cujo detalhe dá-se em seguida.
Figura 32 - Diagramas do ciclo de Rudolf Diesel. A) diagrama teórico B) diagrama real.
O enchimento e o esvaziamento do cilindro efetua-se com a pressão atmosférica, pois que:
AB = compressão adiabática do ar puro aspirado antes; BC = combustão em pressão constante; CD = expansão adiabática; DA = baixa brutal da pressão.
Primeira fase: compressão adiabática
O ar puro aspirado anteriormente é comprimido e atinge uma temperatura suficiente para provocar a inflamação do combustível injetado.
Segunda fase: compressão isobárica
No começo da distensão, a combustão efetua-se em pressão constante, quando o volume aumenta e a expansão dos gases compensa a queda de pressão devida ao aumento de volume.
Terceira fase: expansão adiabática A expansão efetua-se sem troca de calor com as paredes do cilindro.
Quarta fase: baixa de pressão
A abertura brutal do escapamento produz uma queda rápida da pressão enquanto o pistão báscula em ponto morto (volume constante).
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Estando os orifícios de escapamento e de admissão fechados pelo pistão, que está aproximando-se do ponto morto superior, o combustível é injetado no cilindro e a combustão começa.
As pressões elevadas, geradas pela combustão no tempo motor repelem em sentido oposto o pistão, que age na biela fazendo o virabrequim girar.
No fim do tempo motor, a posição do pistão permite a abertura do orifício de escapamento. A saída foi estudada de modo a garantir a evacuação rápida dos gases queimados no coletor de escapamento.
Imediatamente depois, o orifício de admissão é descoberto e o ar contido na câmara de ar alimentada pelo compressor em baixa pressão entra precipitadamente no cilindro, expelindo os gases queimados residuais pelos orifícios de escapamento.
Figura 3 - Esquema de funcionamento do Motor Diesel 2 tempos.
Vantagens: O motor de dois tempos, com o mesmo dimensionamento e rpm, dá uma maior potência que o motor de quatro tempos e o torque é mais uniforme. Faltam os órgãos de distribuição dos cilindros, substituídos pelos pistões, combinados com as fendas de escape e combustão, assim como as de carga.
Desvantagens: Além das bombas especiais de exaustão e de carga, com menor poder calorífico e consumo de combustível relativamente elevado; carga calorífica consideravelmente mais elevada que num motor de quatro tempos, de igual dimensionamento.
SO = fendas de exaustão abertas; S = fendas fechadas. De AO a SO expandem-se os gases de combustão; de AS até S carga posterior (à vezes a alta pressão). Pode-se tomar como valores médios para os pontos de distribuição: AO ~ 70° antes do PMI; AS � 30°
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depois do PMI; SO = 40° antes do PMI; S ~ 40° depois do PMI. EB = início da injeção; E = fim da injeção.
Figura 34 - Gráfico de pressões em um motor Diesel de dois tempos com válvula de admissão no cabeçote e fendas de exaustão por fluxo contínuo.
Ciclo Misto
O ciclo misto aplica-se aos motores Diesel modernos. A Figura 90, que segue, mostra os diagramas teórico e real.
onde
AB = compressão adiabática BC = combustão isovolumétrica (isocórica); CD = expansão isobárica; DE = expansão adiabática; EA = queda rápida na pressão.
A comparação dos diagramas mostra bem que esses dois ciclos se assemelham no plano prático; é que na realidade o motor a gasolina não é completamente de pressão variável e de volume constante, mas se aproxima do ciclo misto porque a “explosão” dos gases é apenas uma combustão rápida, mas não instantânea
Os principais componentes de um MCI são:
- bloco do motor cylinder crankcase 2. cabeçote head 3. cárter crankcase
- pistão (êmbolo) piston 2. biela connecting rod 3. árvore de manivelas (virabrequim) camshaft 4. válvulas de admissão e escape intake and exaust valves 5. árvore de comando de válvulas camshaft
Bloco do Motor
É o motor propriamente dito, onde são usinados os cilindros ou os furos para a colocação destes; os motores arrefecidos a ar levam cilindros aletados, possuindo, geralmente, bloco baixo permitindo que os cilindros fiquem expostos à circulação do ar de arrefecimento. Na parte inferior do bloco estão os alojamentos dos mancais centrais, onde se apóia o eixo de manivelas (virabrequim). Nos motores horizontais (e.g., do fusca), de cilindros opostos, o eixo de manivelas acha-se no centro do bloco, este, por sua vez, é composto de duas partes justapostas, afixadas por parafusos. Figura 36.
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Eixo motor propriamente dito, o qual, na maioria das vezes, é instalado na parte inferior do bloco, recebendo ainda as bielas que lhe imprimem movimento. Figura 94.
Eixo Comando de Válvulas
(Árvore Comando da Distribuição) A função deste eixo é abrir as válvulas de admissão e escape, respectivamente, nos tempos de admissão e escapamento. É acionado pelo eixo de manivelas, através de engrenagem, corrente ou ainda, correia dentada. É dotado de ressaltos que elevam o conjunto: tucho, haste, balancim abrindo as válvulas no momento oportuno. Figura 38.
Válvulas
Existem dois tipos: de admissão e de escape. A primeira abre-se para permitir a entrada da mistura combustível/ar (ou ar puro, conforme o caso) no interior do cilindro. A outra, de escape, abre-se para dar saída aos gases queimados. Figura 94.
Conjunto de Acionamento das Válvulas
Compreende o tucho e uma haste, que o interliga ao balancim, apoiando-se diretamente sobre a válvula. No momento em que o eixo comando de válvulas gira, o ressalto deste aciona o tucho, que por sua vez move a haste, fazendo com que o balancim transmita o movimento à válvula, abrindo-a. Há um conjunto destes (tucho, haste, balancim) para cada ressalto, i. e., um para cada válvula, tanto de admissão quanto de escape. Figura
BLOCO DE CILINDROS. Os materiais do bloco de cilindros incluem o ferro fundido, alumínio fundido, alumínio forjado e aço forjado, usualmente soldado no último caso. O tipo apropriado depende principalmente das considerações do tipo de motor e custos de fabricação vérsus a importância da economia de peso.
O uso do alumínio em lugar do ferro fundido resulta em melhor dissipação de calor e redução do peso.
Os princípios gerais a serem seguidos no projeto de bloco de cilindros fundidos incluem os seguintes itens:
- As seções espessas esfriam mais lentamente do que as delgadas e mudanças abruptas na espessura da seção devem ser evitadas sempre que possível, a fim de reduzir ao mínimo as deformações e fissuras de contração.
- Evitar grandes seções planas. Curvar todas as grandes seções delgadas.
- Nervuras. O costume de adição de “nervuras” ou “almas” delgadas para melhorar à flexão usualmente tem efeito oposto. É que a nervura age como um elevador de tensão e não deve ser usada quando se quer elevar a resistência à flexão. Seu uso para outras finalidades como, por exemplo, resfriamento ou redução de vibração, é permissível, contanto que a tensão adicionada não seja crítica. A adição do material da nervura à espessura da seção é uma prática melhor de se utilizar o material adicional.
- Evitar furos para redução de peso, uma vez que as tensões concentra-se em tais aberturas.
O bloco de cilindros é freqüentemente fundido numa peça única com o cárter superior do motor; isto, favorece uma montagem precisa dos elementos mecânicos internos (virabrequim, bielas e pistões).
Ponto Morto Superior e Ponto Morto Inferior Ponto Morto Superior (PMS) {TDC - Top Dead Center} e o Ponto Morto Inferior (PMI) {BDC - Bottom Dead Center}, são nestas posições onde o êmbolo muda de sentido de movimento estando no seu máximo (PMS) ou no seu mínimo (PMI), conforme a Figura 1.
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É o volume total deslocado pelo pistão entre o P.M.I. e o P.M.S., multiplicado pelo número de cilindros do motor. É indicada em centímetros cúbicos (cm³) e tem a seguinte fórmula:
cilindrosNCursoD C ..
(em cm³)
Tomando como exemplo o motor de um Ômega GLS (GM). De seu catálogo têm-se os seguintes dados:
Motor Dianteiro Longitudinal M.P.F.I.
Número de Cilindros à 04 Diâmetro cilindro à 86,0 m Curso do pistão à 86,0 m Taxa de Compressão à 9,2:1 assim:
æ= p C conhecido, no mercado, como 2.0 ou 2,0 litros
É o espaço livre que fica acima do pistão quando este se encontra no P.M.S. Nela, a mistura ar/combustível do motor a gasolina, que entrou pela válvula de admissão, será comprimida e, após a faísca emitida pela vela, explodirá para que a expansão dos gases movimente o pistão e dê seqüência ao funcionamento do motor.
Dependendo do grau de modernidade do motor, a câmara pode estar inserida no cabeçote ou na cabeça dos pistões – esse último mais comumente achados. Basicamente, o volume da câmara de combustão define a Taxa de Compressão do motor. Quanto menor for seu volume, maior será essa relação e, conseqüentemente, melhor o rendimento do motor. Todos os componentes que atuam em sua formação ou ao seu redor influenciam diretamente em sua eficiência: a posição das válvulas e o desenho dos dutos de admissão, por exemplo.
Octanagem
A octanagem mede a capacidade da gasolina de resistir à detonação, ou a sua capacidade de resistir às exigências do motor sem entrar em auto-ignição antes do momento programado. A detonação, também conhecida como “batida de pino”, leva à perda de potência e pode causar sérios danos ao motor, dependendo de sua intensidade e persistência.
Um combustível de octanagem é aquele que se comporta como se fosse uma mistura contendo de isooctano e de n.heptano. Por convenção, o isooctano puro tem octanagem
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Calor específico (kJ/kg) 34.900 26.700 N.º de Octano (RON/MON) 91/80 109/98 Calor latente de vaporização (kJ/kg) 376 ~ 502 903
Razão Estequiométrica Ar/Combustível 14,5 9 Fonte: Goldemberg & Macedo
Taxa de Compressão (Relação)
Relação matemática que indica quantas vezes a mistura ar/combustível ou simplesmente o ar aspirado (no caso dos diesel) para dentro dos cilindros pelo pistão é comprimido dentro da câmara de combustão antes que se inicie o processo de queima. Assim, um motor a gasolina que tenha especificada uma taxa de compressão de 8:1, por exemplo, indica que o volume aspirado para dentro do cilindro foi comprimido oito vezes antes que a centelha da vela iniciasse a combustão, Figura 3.
Figura 3 – Definição de Taxa de Compressão
Do ponto de vista termodinâmico, a taxa de compressão é diretamente responsável pelo rendimento térmico do motor. Assim, quanto maior a taxa de compressão, melhor será o aproveitamento energético que o motor estará fazendo do combustível consumido. Por esse motivo é que os motores diesel consomem menos que um similar a gasolina: funcionando com taxas de compressão altíssimas (17:1 nos turbodiesel e até 2:1 nos diesel aspirados), geram a mesma potência consumindo menos combustível.
Há limitações físicas e técnicas para a simples ampliação da taxa. No primeiro caso, ocorre a dificuldade de obtenção de câmaras de combustão minúsculas. Já o seguinte apresenta restrições quanto às propriedades do combustível, i.e., técnicas, o quanto cada um “tolera” de compressão antes de se autoinflamar (octanagem). A taxa de compressão corresponde à relação entre
Combustão de Câmara da Volume
Combustão de Câmara da Volume Motor do Cilindrada+ =TC chamando de V a cilindrada do motor e v o volume da câmara de combustão (volume morto), têm-se:
Tomando como exemplo o motor de um Corsa Sedan GL (GM), Figura 4. Do catálogo, obtêm-se as seguintes informações:
Motor Transversal M.P.F.I. Gasolina Cilindrada 1.6 1600 cm³ Número de Cilindros 04 Diâmetro do Cilindro 79,0 m Curso do Pistão 81,5 m Taxa de Compressão 9,4:
Figura 4 – O veículo do exemplo.
· para um motor de 04 cilindros à 1600 cm³
- para uma Taxa de Compressão de 9,4:
Pode-se então calcular a altura deixada no cilindro para a abertura das válvulas:
à hD v.
p D v h à h = 9,7 m
Com isso pode-se concluir que a Taxa de Compressão é uma propriedade inerente ao motor (bloco, cabeçote, pistões) e não ao combustível utilizado no mesmo.
Não se altera a Taxa de Compressão de um motor apenas modificando o tipo de combustível consumido.
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Como exemplo, imagine que a altura (h) do cilindro que compões o volume morto (câmara de combustão) tenha sido rebaixada de 0,6 m. Qual será a nova Taxa de Compressão deste motor?
v TC
Assim, com a diminuição de 0,6 m a Taxa de Compressão aumentará de 9,4:1 para aproximadamente 10,0:1.
Auto-Ignição
Em razão das altas temperaturas na câmara de combustão ou octanagem incorreta da gasolina para a taxa de compressão do motor, algumas vezes o efeito auto-ignição pode ocorrer. Pontos quentes no interior da câmara passam a fazer o papel da vela de ignição, incandescendo a mistura ar/combustível antes mesmo de a vela de ignição iniciar o processo através da centelha elétrica. Uma vela com grau térmico muito alto para a situação em que o motor está sendo utilizado pode também ser o motivo da auto- ignição.
em casos extremos, furos na cabeça dos pistões ou mesmo sua fusão com o cilindro (Figura 5)
Seus efeitos
Muito prejudicial ao funcionamento do motor, fazendo com que o mesmo perca potência e corra o risco de um superaquecimento ainda maior, a auto-ignição pode levar à destruição da câmara de combustão e, devastadores são idênticos aos do motor com ponto de ignição muito adiantado, o que pode acabar provocando detonações (Figura 6).
De uma maneira geral, o maior responsável pela auto-ignição é a carbonização da cabeça dos pistões e das câmaras de combustão em motores com alta compressão, fato que aumenta ainda mais a taxa de compressão por reduzir o volume da câmara de combustão, ou que estejam trabalhando com o avan'ço da ignição adiantado com relação ao ideal para aquele motor.
Aspecto
- Zona dos anéis e cabeça do pistão parcialmente destruídas.
- Furo no topo do pistão.
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s /D Curso/Diâmetro Relação entre o curso e o diâmetro do pistão. (Os motores cuja relação curso/diâmetro = 1 são denominados motores quadrados.) n Rotação Número de revoluções por minuto da árvore de manivelas.
cm Velocidade Velocidade média do Pistão = 2 s n / 60 = s n / 30 A Área do Pistão Superfície eficaz do Pistão = p D2 / 4
Pe
Potência Útil É a potência útil gerada pelo motor, para sua operação e para seus equipamentos auxiliares (assim como bombas de combustível e de água, ventilador, compressor, etc.) z Número de Cilindros Quantidade de cilindros de dispõe o motor.
Vh Volume do Cilindro Volume do cilindro = A s
Vc Volume da Câmara Volume da câmara de compressão.
V Volume de
Combustão Volume total de um cilindro = Vh + Vc
VH Cilindrada Total Volume total de todos os cilindros do motor = z Vh e Relação de Compressão
Também denominada de razão ou taxa de compressão, é a relação entre o volume total do cilindro, ao iniciar-se a compressão, e o volume no fim da compressão, constitui uma relação significativa para os diversos ciclos dos motores de combustão interna. Pode ser expressa por (Vh + Vc )/Vc (é > 1).
Pi
Potência Indicada É a potência dentro dos cilindros. Abreviadamente denominada de IHP (Indicated Horsepower), consiste na soma das potências efetiva e de atrito nas mesmas condições de ensaio.
Pl Potência Dissipada Potência dissipada sob carga, inclusive engrenagens internas. Psp Dissipação Dissipação de potência pela carga.
Pr Consumo de Potência
Consumo de potência por atrito, bem como do equipamento
auxiliar para funcionamento do motor, à parte a carga Pr = Pi - Pe - Pl – Psp
Pv
Potência Teórica Potência teórica, calculada por comparação, de máquina ideal.
Hipóteses para este cálculo: ausência de gases residuais, queima completa, paredes isolantes, sem perdas hidrodinâmicas, gases reais.
pe Pressão Média
Efetiva É a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de expansão, para desenvolver uma potência igual à potência no eixo.
pi Pressão Média
Nominal É a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de expansão, para desenvolver uma potência igual à potência nominal.
pr Pressão Média de Atrito
É a pressão hipotética constante que seria necessária no interior do cilindro, durante o curso de expansão, para desenvolver uma potência igual à potência de atrito.
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B Consumo Consumo horário de combustível.
Consumo Específico Consumo específico de combustível = B / P; com o índice e refere- se à potência efetiva e com o índice i refere-se à potência nominal.
hhm
Rendimento Mecânico É a razão entre a potência medida no eixo e a potência total desenvolvida pelo motor, ou seja: hm = Pe / Pi = Pe / (Pe + Pr) ou então hm = Pe / (Pe
hhe Rendimento Útil Ou rendimento econômico é o produto do rendimento nominal pelo rendimento mecânico = hi .hm hhi Rendimento
Indicado É o rendimento nominal. Relação entre a potência indicada e a potência total desenvolvida pelo motor.
hhv Rendimento Teórico É o rendimento calculado do motor ideal. hhg Eficiência É a relação entre os rendimentos nominal e teórico; hg = hi /hv.
l Rendimento Volumétrico
É a relação entre as massas de ar efetivamente aspirada e a teórica.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES ALTERNATIVOS O Ciclo mecânico é o mesmo em qualquer motor alternativo.
- Introduz-se o combustível no cilindro; 2. Comprime-se o combustível, consumindo trabalho (deve ser fornecido); 3. Queima-se o mesmo; 4. Ocorre a expansão dos gases resultantes da combustão, gerando trabalho; 5. Expulsão dos gases.
Nos motores a pistão, este ciclo pode completar-se de duas maneiras:
- ciclo de trabalho a quatro tempos; • ciclo de trabalho a dois tempos.
Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão.
No primeiro tempo, com o pistão em movimento descendente, dá-se a admissão, que se verifica, na maioria dos casos, por aspiração automática da mistura ar-combustível (nos motores Otto), ou apenas ar (motor Diesel). Na maioria dos motores Diesel modernos, uma ventoinha empurra a carga para o cilindro (turbocompressão).
No segundo tempo, ocorre a compressão, com o pistão em movimento ascendente. Pouco antes do pistão completar o curso, ocorre a ignição por meio de dispositivo adequado (no motor Otto), ou a autoignição (no motor Diesel).
No Terceiro tempo, com o pistão em movimento descendente, temos a ignição, com a expansão dos gases e transferência de energia ao pistão (tempo motor).
No quarto tempo, o pistão em movimento ascendente, empurra os gases de escape para a atmosfera.
Durante os quatro tempos – ou duas rotações – transmitiu-se trabalho ao pistão só uma vez. Para fazer com que as válvulas de admissão e escapamento funcionem corretamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exatos, a árvore de comando de válvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotação do motor, completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos.
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de lubrificação. Deve ser cuidadosamente fechado pois nele se dá a précompressão da mistura.
1º Tempo - Curso de Admissão e Compressão
O êmbolo dirige-se ao PMS, comprimindo a mistura ar-combustível. As janelas de escape e carga são fechadas, abrindo-se a janela de admissão. Com o movimento do êmbolo, gera-se uma pressão baixa dentro do carter e assim, por diferença de pressão admite-se uma nova mistura ar-combustível-óleo lubrificante, que será utilizado no próximo ciclo. O virabrequim dá meia volta, 180 graus, fechando o ciclo. Pouco antes de atingir o PMS, dá-se a centelha, provocando a combustão da mistura, gerando uma força sobre o êmbolo. Inicia-se então o próximo ciclo.
2º Tempo - Combustão e Escape
É o curso de trabalho. No PMS, dado início à combustão por meio de uma centelha (spark), o êmbolo é forçado até o PMI. Durante o curso, o êmbolo passa na janela de descarga dando vazão aos gases da combustão. Ao mesmo tempo o êmbolo abre a janela de carga permitindo que uma nova mistura ar- combustível entre no cilindro preparando-o para o novo ciclo e forçando os gases provenientes da combustão para fora (lavagem). O virabrequim, neste primeiro tempo, dá meia volta, 180 graus.
Esse motor, de um modo geral, apresenta as seguintes vantagens relativamente aos congêneres alternativos: 1. Eliminação dos mecanismos biela-manivela com redução dos problemas de compensação de forças e momentos, bem como vibratórios; 2. Menor número de peças móveis, o que poderá ocasionar construção e manutenção mais simples e de menor custo; 3. Maior concentração de potência, logo menor volume e peso.
Por outro lado, o motor apresenta problemas, em parte já sanados e em parte ainda para serem resolvidos. Entre esses problemas, destacamos:
- Alta rotação: o primeiro protótipo experimental girava a 17.0 rpm. Atualmente essa rotação encontrase na faixa das 4.0 rpm. 2. Problemas de vedação entre pistão e cilindro; 3. Problemas de lubrificação, sendo que estes dois últimos já foram sanados.
O motor Wankel, consta apenas de cilindro, de duas partes rotativas, árvore com respectivo excêntrico, volantes, massas de compensação e o pistão rotativo, que gira engrenado a um pinhão fixo.
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Desde os primeiros dias da invenção do motor a gasolina, milhares já foram construídos baseados em princípios e ciclos diferentes dos que caracterizaram os motores clássicos de dois ou quatro tempos. Entre
DESGASTE DOS CILINDROS. O funcionamento do motor leva a um desgaste progressivo dos cilindros. Este desgaste é irregular e dá ao cilindro uma ovalização e uma conicidade. O maior desgaste verifica-se no PMS. Neste local, a lubrificação é normalmente insuficiente, enquanto a pressão e a temperatura estão no seu máximo. No PMI, estas condições são exatamente opostas e o desgaste é quase nulo.
A ovalização dos cilindros pode ter como causa a obliqüidade da biela que, em torno do meio do curso, apoia o pistão contra o cilindro. Neste caso, a ovalização é perpendicular ao eixo do virabrequim.
O desgaste é, em grande parte, devido aos arranques com o motor frio. A condensação da gasolina e a insuficiência de óleo fazem com que durante os primeiros minutos de funcionamento os pistões funcionem que completamente a seco.
O grande desgaste dos cilindros leva a um consumo exagerado de óleo e de combustível, a um depósito de sujeira nas velas, a uma marcha ruidosa e a diminuição da potência.
CILINDROS DESCENTRADOS. Num grande número de motores não se faz coincidir o eixo dos cilindros com o eixo do virabrequim. Este último está deslocado alguns milímetros no sentido oposto ao sentido de rotação. Este deslocamento tem por finalidade diminuir a inclinação da biela no tempo motor (descida do pistão). Daí resulta um menor esforço lateral do pistão sobre as paredes do cilindro e uma ovalização menos sensível. Durante a subida do pistão, a inclinação da biela é grande, mas como a pressão do gás é fraca, os esforços laterais ficam normais. O deslocamento regulariza o desgaste de ambos os lados do cilindro.
CÁRTER. O cárter de um motor é em ferro fundido ou em alumínio fundido. Forma a parte principal do bloco do motor e contém o virabrequim, o eixo de cames (motor de válvulas laterais) e a bomba de óleo. As extremidades do cárter têm freqüentemente garras destinadas a fixação do motor. As paredes extremas e as divisórias internas suportam os mancais do virabrequim.
A parte inferior do cárter forma depósito de óleo. É de chapa embutida ou de liga de alumínio. A sua fixação ao cárter superior faz-se por intermédio de cavilhas de aço doce.
CABEÇOTE. O cabeçote tem a função de tampar os cilindros formando a câmara de combustão. Os motores refrigerados a água usam cabeçotes de ferro fundido ou ligas de alumínio. Este último quando a necessidade de peso leve ou melhor condução de calor uma vez que impedem a formação de pontos quentes nas paredes internas do cabeçote.
O cabeçote é um dos elementos mais críticos no projeto de um motor porque ele combina problemas estruturais, fluxo de calor e escoamento de fluido em uma forma complexa.
O problema central no projeto do cabeçote com válvulas consiste em se chegar a um arranjo satisfatório, quanto a válvulas e janelas (motor 2 tempos), que suporte as cargas de gás e, ao mesmo tempo, evitar excessiva distorção e tensão devido aos gradientes de temperatura e, também, evitar custos excessivamente elevados ou complexidade indevida.
VIRABREQUIM. Os virabrequins são feitos de aço forjado, ou fundidos de aço, ferro maleável ou ferro cinza. Em termos qualitativos, as cargas em um virabrequim resultam em tensões devido à flexão, torção e cizalhamento em todo seu comprimento. A
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