Pré-visualização parcial do texto
Baixe scooterclube com br down...e combustao interna e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!
MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA PROF. ENGº. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 2 Prefácio da 1º edição O objetivo deste trabalho é fornecer aos alunos os conceitos básicos dos motores de combustão interna. Ele deve ser um auxiliar no acompanhamento das aulas de Sistemas Mecânicos Il, na FATEC-SP Agradeço aos meus mestres pelos conhecimentos transmitidos e em especial a minha esposa Rose e a meus filhos, Ricardo, Denis e Amanda, pela paciência nos finais de semana em que não houve passeios para que Eu pudesse executar este trabalho. Piracicaba, fevereiro de 1997 Prof. Eng.º Durval Piza de Oliveira Junior MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 4 ÍNDICE Capítulo 1 Motores de combustão interna — Definições básicas ......susunusmnaasunananansaarananaanaanasas 5 Capítulo 2 Princípios de Funcionamento Capítulo 3 Tópicos de Termodinâmica . Capítulo 4 Ensaios de motores de combustão interna Capítulo 5 Estudo da Combustão Capítulo 6 Sistemas de Alimentação .............. «50 Capítulo 7 Sistemas de Injeção Eletrônica de Combus Ível...........m 57 Capítulo 8 Sistemas de Injeção de Combusível Para Motores Diesel Capítulo 9 Sistemas de Arrefecimento e Lubrificação .. B5 Anexos Anexo |... iris 97 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 5 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA MOTORES TÉRMICOS São dispositivos que convertem energia térmica em trabalho mecânico, divide-se em dois grupos: * Combustão interna - a mistura admitida para dentro do motor é queimada e sua energia térmica é transformada em energia mecânica. * Combustão externa - usa-se o combustível para aquecimento de uma caldeira, onde ocorre a vaporização do líquido que será usado para a propulsão do aparelho que transformará a energia térmica em energia mecânica. Ex. Máquina a vapor, turbina a vapor, etc. NOMENCLATURA BÁSICA Um motor de combustão interna, alternativo, se divide em três partes principais: HP) — cabeçote *«— Bloco MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 7 CABEÇOTE VÁLVULA DE ADMISSÃO VÁLVULA DE ESCAPE CABEÇOTE DUTO DE ADMISSÃO | (/ | CAMARA DE COMBUSTÃO SEDE DA VÁLVULA GUIA DA VÁLVULA DUTO DE ESCAPE PISTÃO CABEÇA ] ANEL DE COMPRESSÃO EM ] — AMEL RASPADOR DE ÓLEO FURO DO PINO SAIA OBS.: Para controle de dilatação, a cabeça do pistão é cônica e ele é de seção transversal oval. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Quanto ao tipo de movimento: * Alternativos (a pistão) * Rotativos (Turbinas a gás - Wankel) Quanto à forma de iniciar a combustão: * Ignição por faísca (motores a gasolina e álcool) * Ignição espontânea (motores diesel) combustível Quanto à disposição dos órgãos DIESEL internos: * Em linha SIGIOIO * Opostos IB E MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 10 Definições: PMS - Ponto morto superior E o ponto de máximo afasta- pt mento da cabeça do pistão em relação à árvore de manivelas Yu PMI- | Ponto morto inferior É o ponto de mínimo afasta- mento da cabeça do pistão em — PMI relação à árvore de manivelas o PMS. É o dobro do raio da |” O CURSO (s)- É à distância entre o PMI e manivela (s =2r) Cilindrada unitária (Vu) - É o volume deslocado pelo pistão entre o PMI e o PMS. VYu=——— s onde “D” é o diâmetro do pistão Cilindrada total (V) - É a cilindrada unitária multiplicada pelo número de cilindros do motor. VW=Yu-z es onde “z” é o número de cilindros do motor Volume morto (V>) - É o volume onde será comprimida a mistura ar/combustível; É o volume da câmara de combustão. Volume total do cilindro (W1) > V4=Vu+Vz MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 1 Taxa de compressão ( K) - É a relação entre o volume total do cilindro e o volume morto. Velocidade média do pistão (w) - vp=2sn onde “n” é a rotação do motor Velocidade angular da árvore de manivelas (w) - o = 27 n Velocidade angular do comando de válvulas (wv) a motor 4 tempos - wy = q /2 Oy 2 TOA motor 2 tempos - wy = q nd— Es L Ângulo a - É o ângulo descrito pela manivela em O relação ao eixo do cilindro. Raio da manivela (r)-r=s/2 Comentário: Outra forma de classificar os motores de combustão interna é através da relação diâmetro x curso do pistão. e Motor quadrado: Quando o diâmetro é igual ao curso; Ex. Motor GM 2.0 - 86,0 mm x 86,0 mm (Melhor desempenho esportivo) e Motor subquadrado: Quando o diâmetro é menor que o curso; Ex. Motor VW AP-2000 - 82,5 mm x 92.8 mm (Desempenho em baixas rotações) e Motor superquadrado: Quando o diâmetro é maior que o curso; Ex. Motor FIAT 1.0 - 76,0 mm x 54,8 mm (Melhor desempenho esportivo) MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 13 também ter efetuado alterações no comando de válvulas, carter e outros elementos, sem falar nos sistemas de injeção e ignição. Mudando-se a cilindrada, o veículo deve receber nova documentação e, se deixou de ser 1,0, será preciso pagar a diferença de impostos que incidiu no momento da compra. Por tudo isso, parece ser bem mais interessante economicamente trocar o motor completo ou mesmo o carro por um de maior cilindrada "de fábrica”. Motor Cilindrada | Diâmetro | Curso | Potência | RPM Torque RPM | Classificação (em?) (em) (em) (ev) (mkgf) VW 1.6 1596 81,0 774 90 5600 13,5 2600 | Superquadrado VW 2.0 1984 82,5 92,8 125 5800 19,5 3000 Subquadrado Fiat 1.6 1590 86,4 67,4 84 5700 13,2 3250 | Superquadrado GM 2.5 2471 101,6 76,2 82 4400 174 2500 | Superquadrado Ford 1.8 1781 81,0 86,4 93 5200 15,5 2800 Subquadrado GM 2.0 1988 86,0 86 110 5600 17,3 3000 Quadrado VW 1.8 1781 81,0 86,4, 96 5200 15,6 3400 Subquadrado Fiat 1.5 1498 86,4 63,9 82 5500 12,8 3500 | Superquadrado Ford 1.6 1555 77,0 83,5 73,7 5200 12,6 2400 Subquadrado GM 1.8 1796 84,8 79,5 95 5600 15,1 3000 | Superquadrado Exercício: Para o motor monocilíndrico, 4 tempos, da figura, são dados: D = 10 cm; r = 4,5 cm; V> = 78,5 crê; n = 4500 rpm. Pede-se: a) a cilindrada (cm?); b) a taxa de compressão; c) a velocidade média do pistão (m/s); d)a velocidade angular do comando de válvulas (rad/s); e) se na rotação dada, a combustão se realiza para um Aa=25º, qual o tempo de duração da combustão em milisegundos. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 14 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO Motores quatro tempos: Motores de ignição por faísca (MIF) Em 1862 Beau de Rochas propôs uma sequência de operação em 4 tempos, que é, até hoje, típica dos motores de ignição por faísca. Em 1876 Nikolaus August Otto, construiu um motor utilizando as idéias de Beau de Rochas, funcionou perfeitamente. Desde então essa sequência passou a ser conhecida como ciclo de Otto ou ciclo Otto e é mostrada a seguir. 1- Admissão: Válvula de admissão aberta. apa Válvula de escape fechada. ú na O pistão se desloca do PMS ao PMI admitindo para dentro do cilindro a +4 mistura combustível/ar. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 16 Aplicações: Veículos de passeio, pequenos veículos de carga, pequenos aviões e pequenas embarcações. Motores de ignição espontânea (MIE) Em 1892 Rudolph Diesel idealizou um ovo motor com ignição espontânea, chamado até hoje de motor Diesel, cuja sequência de operação é mostrada a seguir. 1- Admissão: Nu Es, + 4 2 - Compressão: pe AN 1 + Ea Válvula de admissão aberta. Válvula de escape fechada. O pistão se desloca do PMS ao PMI admitindo para dentro do cilindro apenas ar Válvula de admissão fechada. Válvula de escape fechada. O pistão se desloca do PMI ao PMS, comprimindo o ar. Antes do pistão, atingir o PMS, ocorre a injeção do combustível, que se mistura com o ar, que está aquecido devido à compressão, dando origem à combustão MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 17 3 - Expansão: Válvula de admissão fechada. auúa Válvula de escape fechada. 4UL A combustão provoca a expansão dos gases que empurram o pistão, fazendo- + ll - o se deslocar do PMS ao PMI. 4 - Escapamento: Válvula de admissão fechada. Válvula de escape aberta. uu O pistão se desloca do PMI ao PMS, pad ) empurrando para fora os gases queimados. 11 Aplicações: Veículos para transporte terrestre, embarcações de médio e pequeno porte e instalações industriais. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 19 OBS. Para se completar um ciclo motor de 2 tempos é necessária apenas uma volta completa da árvore de manivelas. Aplicações: Motocicletas, cortadores de grama, pequenas bombas, pequenos motores de popa, etc. Motores de ignição espontânea (MIE) Quando o pistão se encontra no PMI, estão abertas as janelas de admissão e a válvula de escape. Ar é empurrado para dentro do cilindro por uma bomba, chamada de “bomba de lavagem”, auxiliando no escapamento dos gases queimados. Fecha-se a válvula de escape e o ar fica retido no cilindro. O pistão se desloca do PMI ao PMS comprimindo o ar e antes dele atingir o PMS ocorre à injeção do combustível, que da origem à combustão e consequentemente a expansão, deslocando o pistão do PMS para o PMI, quando será feita uma nova a di combustível to po EINS E 08-06 5 HE f lavagem do cilindro. No InIOE ON Pr Aplicações: Navios de grande porte e instalações estacionárias de grande porte. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA - PROF. DURVAL PIZA DE OLIVEIRA JUNIOR 20 Motores rotativos No grupo dos motores rotativos estão incluídos, as turbinas a gás e os motores Wankel. Turbina a gás - O seu princípio de funcionamento está baseado no ciclo termodinâmico criado em 1873 por Brayton. Seus componentes básicos estão indicados na figura. Compressor Turbina EE DD] D Escape Injeção dol Câmara de combustível combustão O ar é aspirado pelo compressor que o comprime no interior da câmara de combustão, onde o combustível é injetado e queimado. Devido ao aumento da temperatura causado pela combustão, os gases expandem através da turbina, provocando rotação da mesma e produzindo trabalho útil. Motor Wankel - Idealizado por Felix Wankel, em 1957, aperfeiçoado com a ajuda do físico Dr. Froede foi mostrado em 1960. Em 1963 a N.S.U. apresentou um veículo equipado com esse motor e a partir de 1964 foi iniciada a venda desses veículos. O motor Wankel tem seu princípio de funcionamento descrito abaixo. Como é mostrado na figura abaixo, o motor Wankel possui uma carcaça fixa (estator) e um rotor girando em seu interior (movimento epitrocoide), que além do movimento de rotação sofre também um movimento de translação, mantendo os seus três vértices em permanente contato com o estator, mas permitindo que as faces do rotor se afastem e se aproximem do estator. A cada volta, cada face do rotor, realiza um ciclo motor. A- Início da admissão; B - Admissão; C- Início da compressão; D - Máxima compressão e combustão; E- Início da expansão; F - Expansão; G- Início do escapamento; H- Fim de escapamento. 
