atps engenharia automotiva

CENTRO UNIVERSITRIO ANHANGUERA DE SO PAULO

Unidade Pirituba

Rafael F. Pulido RA 3251573355 Fernando Vanilto RA 1094160807

Denis Marin RA 2164257375 Roberto Andr de Lima RA 3276572630

ATPS ENGENHARIA AUTOMOTIVA

SO PAULO

2014

Rafael F. Pulido RA 3251573355 Fernando Vanilto RA 1094160807

Denis Marin RA 2164257375 Roberto Andr de Lima RA 3276572630

ATPS ENGENHARIA AUTOMOTIVA

Projeto de Pesquisa apresentado ao

Centro Universitrio Anhanguera Unidade Pirituba no curso de

Engenharia Mecnica para inscrio

do Projeto Integrador sob a

orientao tcnica do Prof. Alvaro

Jos de Mauro.

SO PAULO

2014

ndice de Figuras

Figura 1 - Carburador tradicional usado em motor de carro. ............................................. 7

Figura 2 - Um injetor de um sistema de injeo eletrnica. ................................................. 8

Figura 3 - Forma do pulso modulado aplicado a um injetor de combustvel visualizada

num osciloscpio ....................................................................................................................... 8

Figura 4 - Injetor visto em corte.............................................................................................. 9

Figura 5 - Um sensor de massa do fluxo de ar de uso automotivo. ..................................... 9

Figura 6 - O sensor de oxignio. ............................................................................................ 10

Figura 7 - O sensor de posio do acelerador. ..................................................................... 10

Figura 8 - Um sensor de temperatura da gua de uso em automveis. ............................. 10

Figura 9 - Sensores de presso absoluta. .............................................................................. 11

Figura 10 - Sensor Hall de rotao montado no distribuidor. ........................................... 11

Figura 11 - Esquema de funcionamento de um sistema ABS ............................................. 13

Figura 12 - Freio ABS ............................................................................................................ 15

Figura 13 - Esquema do funcionamento de um motor a 4 tempos 1 tempo..................... 19






Figura 19 - Fasca entre duas esferas. ................................................................................... 26

Figura 20 - Uma vela produz a fasca. .................................................................................. 26

Sumrio

1 INTRODUO E JUSTIFICATIVA ............................................................................. 5

2 ETAPA 1 ............................................................................................................................ 6

2.1 Passo 1 Sistema eltrico .......................................................................................... 6

2.2 Passo 2 Injeo eletrnica ...................................................................................... 7

2.3 Princpio de funcionamento ...................................................................................... 7

2.4 Sensores ....................................................................................................................... 9

2.5 Sistemas ..................................................................................................................... 11

2.6 Vantagens ................................................................................................................. 12

2.7 Passo 3 ABS ........................................................................................................... 13

2.8 Mdulo Hidrulico ................................................................................................... 14

2.9 Processador ............................................................................................................... 14

2.10 Sensores de velocidade ......................................................................................... 15

3 ETAPA 2 .......................................................................................................................... 16

3.1 Passo 1 Motor de Combusto Interna ................................................................. 16

3.2 Passo 2 Motores de 2 e 4 tempos. ......................................................................... 19

3.3 Passo 3 Desenho do Motor Wankel. .................................................................... 22

4 ETAPA 3 .......................................................................................................................... 23

4.1 Passo 1 Combusto ............................................................................................... 23

4.2 Passo 2 Octanagem ............................................................................................... 23

4.3 Para a Gasolina ........................................................................................................ 24

4.4 Para o Etanol ............................................................................................................ 25

4.5 Passo 2 Ignio ...................................................................................................... 25

5 ETAPA 4 .......................................................................................................................... 28

5.1 Passo 1 Potncia .................................................................................................... 28

5.2 Rendimento Mecnico ............................................................................................. 29

6 REFERNCIA ................................................................................................................ 32

5

1 INTRODUO E JUSTIFICATIVA

O motor a fonte de potncia de veculos. A potncia do veculo lhe d movimentao, e lhe

permite o transporte de cargas (pessoas ou materiais). Portanto, o motor a fonte de fora e

movimento de veculos. Quanto maior for a potncia do motor, maior ser a sua capacidade

de carga, e maiores velocidades poder proporcionar ao veculo. Assim, se dito que um

motor mais potente que um outro, quer dizer que o primeiro proporciona ao veculo uma

capacidade de transportar uma quantidade maior de carga, ou de atingir velocidades mais

elevadas. Por exemplo, motores de caminhes e nibus so feitos mais potentes que os de

automveis de modelo popular, pois necessitam de uma maior capacidade de carga. Por outro

lado, motores de automveis esportivos tambm so mais potentes que os de modelos

populares. Motores de automveis esportivos tm por objetivo atingir maiores velocidades. O

emprego da potncia de motores para uma maior capacidade de carga ou para a obteno

develocidades mais elevadas obtido atravs do projeto adequado de um sistema de

transmisso. Sistema de transmisso um grupo de peas e equipamentos que transfere a

potncia do motor para as rodas.

6

2 ETAPA 1

2.1 Passo 1 Sistema eltrico

Da combusto de uma mistura de ar e gasolina nos cilindros de um motor a gasolina resulta a

energia necessria, para mover um carro. O sistema eltrico produz a fasca eltrica que

inflama a mistura.

Cada cilindro possui uma vela provida de dois elementos metlicos os eletrodos que

penetram na cmara de exploso. Quando a corrente eltrica fornecida s velas a uma

voltagem suficientemente elevada, a corrente salta atravs do intervalo entre os eletrodos sob

a forma de uma fasca.

O sistema eltrico de um carro constitudo por quatro partes principais: uma bateria, que

fornece a corrente eltrica, uma bobina, que eleva a tenso da corrente, de um distribuidor,

que envia a corrente s velas no momento adequado e finalmente as velas, que produzem as

fascas que inflamam a mistura contida nos cilindros.

Os sistemas de ignio por fasca so basicamente os mesmos em todos os carros fabricados

atualmente. O restante dos componentes do sistema eltrico fornece a eletricidade s velas de

cada cilindro a uma voltagem suficiente no momento preciso.

No fcil a produo da fasca entre os eletrodos de uma vela. Quanto maior for o intervalo

entre os eletrodos, maior dever ser a voltagem.

A corrente que chega s velas deve ser de alta tenso (pelo menos 14000 volts). Porm, para

compensar as quedas de tenso no sistema, poder ser necessrio elevar esse nmero para

30.000 volts. Como a energia fornecida pela bateria de um automvel normalmente de 12

volts, a bobina ter de elevar em milhares de vezes esta tenso. Uma vez obtida a alta tenso,

esta dever ser fornecida a cada vela no preciso momento do ciclo de 4 tempos.

7

O distribuidor, como o seu nome indica, distribui a eletricidade a cada um dos cilindros

segundo a sua ordem de inflamao. Os platinados contribuem, juntamente com a bobina,

para a obteno da alta voltagem necessria.

2.2 Passo 2 Injeo eletrnica

Para que um carro funcione preciso injetar nos cilindros uma mistura ar+combustvel com

as propores ideais para que ocorra a queima total. Para esta finalidade os carros tradicionais

usavam um dispositivo totalmente mecnico denominado carburador. Os carburadores foram

aperfeioados com o tempo, mas a soluo mecnica dada por eles entrou em declnio com o

advento de recursos eletrnicos muito mais eficientes e confiveis.

Figura 1 - Carburador tradicional usado em motor de carro.

2.3 Princpio de funcionamento

No sistema de injeo eletrnica temos vlvulas solenide que so acionadas eletricamente a

partir do comando de um sistema eletrnico inteligente (central de controle). Este controle

possui um microprocessador que, a partir da informao enviada por sensores dosa tanto a

quantidade de combustvel que deve ser injetada naquele instante, como o tempo exatato em

que isso deve ser feito. Com este tempo controlado e a quantidade, pode-se obter o maior

desempenho possvel para o motor com a queima total do combustvel em qualquer condio

de operao do motor.

8

Figura 2 - Um injetor de um sistema de injeo eletrnica.

O princpio de funcionamento do sistema de injeo o seguinte:

Quando o injetor recebe um comando do sistema de controle eletrnico do carro, sua bobina

energizada, ou seja, percorrida por uma porte corrente. A intensidade dessa corrente vai

determinar a quantidade de combustvel que vai ser injetada naquele instante.

A fora de atrao magntica criada pela energizao da bobina faz com que um mbolo se

mova fazendo com que o combustvel seja injetado por um pequeno bocal.

O bocal tem um formato especial que atomiza o combustvel injetado, de modo a formar uma

nvoa composta deste combustvel mais o ar, ou seja, formando a mistura que deve ser

queimada no interior do cilindro.

A central eletrnica de controle (ECU) determina pelo tempo de acionamento a quantidade de

combustvel a ser injetado, o que feito pelo controle da largura de pulso.

Figura 3 - Forma do pulso modulado aplicado a um injetor de combustvel visualizada num osciloscpio

Para melhor entender a estrutura de um injetor (bico injetor, como popularmente chamado),

temos na figura um deles visto em corte.

9

Figura 4 - Injetor visto em corte

2.4 Sensores

Num sistema de injeo de eletrnica, o acionamento dos injetores deve ser feito a partir de

informaes processadas pela ECU e obtidas a partir de sensores. Assim, num sistema de

injeo eletrnica entre em jogo diversos sensores cujo funcionamento correto fundamental

para se obter o mximo de desempenho de um motor.

Os sensores que controlam o sistema de injeo eletrnica so:

A) Sensor de massa do fluxo de ar a finalidade deste sensor informar ao microcontrolador

a quantidade de ar que est entrando no motor.

Figura 5 - Um sensor de massa do fluxo de ar de uso automotivo.

B) Sensor de oxignio este sensor monitora a quantidade de oxignio presente no

escapamento de modo a poder ser determinada se est havendo a combusto completa ou no,

ou seja, se a mistura rica ou pobre.

10

Figura 6 - O sensor de oxignio.

C) Sensor de posio do acelerador este sensor leva central de controle (ECU) a

informao sobre a velocidade que o condutor deseja imprimir ao veculo, de modo a haver

uma resposta rpida s variaes de velocidade (acelerao ou desacelerao). Na figura 7

mostramos este sensor acoplado a um pedal de acelerador.

Figura 7 - O sensor de posio do acelerador.

D) Sensor de temperatura da gua este sensor informa as condies de temperatura do

motor adequando a injeo de combustvel s condies de funcionamento em funo deste

parmetro. Na figura 8 temos um exemplo de sensor deste tipo.

Figura 8 - Um sensor de temperatura da gua de uso em automveis.

E) Sensor de tenso na realidade, um circuito eletrnico que compensa eventuais

alteraes da tenso que ocorrem com a mudana da velocidade do motor, fazendo correes.

Por exemplo, a rotao do motor aumentada em ponto morto se for detectada uma queda de

11

tenso no sistema por haver um consumo excessivo de corrente (faris acesos, ou som potente

ligado).

F) Sensor de presso absoluta do coletor a finalidade deste sensor monitorar a presso do

ar que est sendo aspirado para o interior do motor. A presso tanto mais baixa quanto

maior for a quantidade de ar que est entrando no motor. Atravs de informaes deste sensor

possvel monitorar a potncia que est sendo desenvolvida pelo motor. Na figura 9 temos o

aspecto de sensores deste tipo.

Figura 9 - Sensores de presso absoluta.

G) Sensor de rotao do motor a rotao do motor um dado importante para o

microcontrolador poder controlar seu funcionamento correto. O sensoriamento feito

normalmente por sensores do tipo Hall que se valem de campos magnticos para poder

determinar a rotao ou movimentao de qualquer parte mvel de um sistema. Na figura 10

temos um sensor deste tipo.

Figura 10 - Sensor Hall de rotao montado no distribuidor.

2.5 Sistemas

Existem dois tipos de sistemas de injeo eletrnica em uso nos veculos de combusto

interna. No sistema multiponto os injetores so acionados simultaneamente ou aos pares.

No sistema seqencial os injetores so acionados ou pouco antes da abertura da vlvula

coletora de cada cilindro.

12

A vantagem do sistema seqencial que ele pode responder com mais facilidades as

modificaes rpidas de velocidade, pois ele s precisa esperar at a abertura da vlvula

seguinte enquanto que no sistema multiponto preciso esperar que o ciclo completo de

funcionamento do motor ocorra.

2.6 Vantagens

A injeo eletrnica o componente responsvel por misturar o Ar e o Combustvel e enviar

esta mistura ao motor. Antes, este trabalho era feito pelo carburador. O carburador recebe o

vcuo do motor, e este vcuo puxa o ar da caixa de filtro de ar para dentro dele, ao mesmo

tempo em que puxa o combustvel do reservatrio inferior. A combustvel passa pelo gigl,

este tem um tamanho fixo e que permite apenas a passagem de uma pequena quantidade de

combustvel. Ento, dependendo do vcuo gerado e do tamanho do gigl, mais ou menos

combustvel enviado para a mistura. A injeo eletrnica no tem gigl, tem um (ou mais)

bico injetor de combustvel, e uma central eletrnica que controla quanto combustvel ser

liberado pelo (s) bico (s) injetor (es) para que seja misturado ao ar. ai que est a mgica.

Em um carburador, o tamanho do gigl sempre fixo, portanto, a quantidade de combustvel

usado na mistura tambm fixa, e proporcional apenas ao vcuo gerado. Muito vcuo,

muito combustvel, pouco vcuo, pouco combustvel. Quem determina quanto vcuo ser

usado o piloto ao acelerar a Moto. Se ele acelera pouco, a borboleta se abre pouco e permite

apenas uma pequena passagem do vcuo ao carburador. O contrrio acontece quando o piloto

acelera tudo, abrindo completamente a borboleta e permitindo que o motor puxe todo o gs

que puder para dentro de si. J na injeo eletrnica, o controlador eletrnico determina qual a

melhor proporo de combustvel para cada situao, independente de qualquer vcuo, e por

isso normalmente mais econmico e menos poluente que o carburador, pois no h

desperdcio de combustvel.

13

2.7 Passo 3 ABS

Figura 11 - Esquema de funcionamento de um sistema ABS

Alguns dos principais fatores causadores de acidentes nas estradas e trechos urbanos esto

diretamente associados a derrapagens e travamento de rodas em frenagens de emergncia.

Quando as rodas travam, especialmente as dianteiras, o motorista perde o controle da direo

e o veculo segue em linha reta, mesmo que se tente desviar de obstculos.

Na tentativa de reduzir o nmero de vtimas em acidentes, muitas empresas tm dedicado

ateno ao desenvolvimento de sistemas de segurana passiva - como barras de proteo

lateral e Air Bags - e sistemas de segurana ativa, entre os quais se destacam o Traction

Control (TC ou ASR), o Electronic Stability Program (ESP) e o Antiblock Braking System

(ABS).

Na Bosch, o sistema ABS est na oitava gerao. Pesa 1,6 quilo - quatro quilos a menos em

relao aos modelos desenvolvidos no final da dcada de 80 - e dotado de um processador

eletrnico mais moderno, capaz de trabalhar com um nmero maior de informaes num

intervalo de tempo menor.

Atuando em conjunto com o freio convencional, o sistema , basicamente, composto por uma

unidade hidrulica e de processamento, alm de sensores que fazem o monitoramento das

rodas.

A principal funo do dispositivo garantir que o automvel obedea trajetria determinada

pelo motorista, permitindo que o veculo desvie de eventuais obstculos e reduza o espao de

frenagem. Segundo estudos realizados pela equipe de engenharia da Bosch, um veculo mdio

14

equipado com ABS, a 80 quilmetros por hora, precisa de um espao 20% menor para frear

at parar. Ao evitar que as rodas travem durante uma freada brusca, o ABS melhora a

performance de segurana do veculo, ajudando a prevenir acidentes.

No ABS, cada roda do veculo equipada com um sensor de movimento. Toda vez que uma

delas ameaa travar, os sensores detectam o problema e enviam a informao para um

processador central (igual ao de um computador). Numa frao de segundo, o processador

transmite uma ordem para o sistema hidrulico, que imediatamente alivia a presso dos freios

das rodas que ameaam travar, evitando que o veculo se desgoverne.

Alm de fazer constantemente essa deteco, o sistema permite que, em caso de pane total do

sistema eltrico, as funes do freio convencional fiquem inalteradas, evitando riscos de perda

dos freios se o sistema ABS no estiver em funcionamento.

A consolidao do ABS deu origem a sistemas como o Controle de Trao (ASR ou TC), que

tem como princpio monitorar as rodas do veculo e evitar que as elas girem em falso durante

uma arrancada, especialmente em piso escorregadio. Outro exemplo o Programa Eletrnico

de Estabilidade (ESP), cuja funo monitorar a trajetria e inclinao do veculo em relao

direo imposta pelo motorista ao volante e atuar no sistema de freio ou no torque do motor

(sem a interferncia do condutor) para garantir que o automvel siga a trajetria desejada.

2.8 Mdulo Hidrulico

O mdulo hidrulico tem a funo de realizar o "servio pesado" do ABS, j que controla a

presso dos freios. O sistema entra em operao sempre que os sensores detectam risco de

travamento de algumas das rodas.

Para evitar o bloqueio e, ao mesmo tempo realizar uma frenagem eficiente, o mdulo

hidrulico alivia a presso dos freios, devolvendo fludo para o cilindro mestre. Esse processo

causa a pulsao, que sentida pelo motorista no pedal de freio e pode se repetir numa

freqncia de at 20 vezes por segundo.

2.9 Processador

O processador considerado o "crebro" do sistema ABS. Nele, todas as informaes

transmitidas pelos sensores das rodas so lidas e interpretadas.

15

Aps receber os dados, o processador envia um comando para o sistema hidrulico diminuir a

presso sobre os freios das rodas que ameaam travar, evitando diferenas de velocidade entre

estas e as demais. Desta maneira, o motorista consegue manter o veculo sob controle.

2.10 Sensores de velocidade

O sistema ABS dotado de quatro sensores, instalados um em cada roda. Quando uma delas

ameaa travar, os sensores detectam o risco e repassam a informao ao processador. Os

veculos mais modernos dotados de ABS possuem um anel magntico, localizado no cubo de

roda. Por meio deste dispositivo, o sensor consegue fazer uma leitura precisa da velocidade

que a roda est girando e se h risco de travamento durante uma frenagem.

O Sistema Antibloqueio de Frenagem (ABS, na sigla em ingls) um dos recursos

tecnolgicos que mais se popularizaram nos ltimos anos na indstria automobilstica. Na

Europa, onde utilizado h 25 anos, ele equipa 100% dos veculos que saem das fbricas. O

dispositivo, que evita que as rodas travem numa freada brusca, evoluiu bastante. Agora,

mais rpido, leve e eficiente.

Figura 12 - Freio ABS

16

3 ETAPA 2

3.1 Passo 1 Motor de Combusto Interna

O motor de combusto interna uma mquina trmica na medida em que transforma energia

trmica em energia mecnica.

A energia trmica provm da queima (combusto) de uma mistura combustvel-comburente (o

ar o comburente) libertando-se deste modo a energia qumica do combustvel.

A energia trmica libertada pela queima do combustvel transferida ao fluido motor que, por

sua vez, a transmite ciclicamente aos rgos mecnicos do motor.

Nas mquinas alternativas o fluido motor trabalha dentro de um cilindro de volume varivel e

transmite a sua energia parede mvel desse cilindro, que mbolo, cujo movimento de

vaivm impulsiona o veio motor atravs do mecanismo biela - manivela.

Resumindo, o motor de combusto interna , no caso em questo, uma mquina trmica

volumtrica alternativa que vulgarmente designamos por motor a pisto.

O motor constitudo por cilindros no interior dos quais deslizam os mbolos. Os mbolos

esto ligados rvore de manivelas (cambota) atravs das respetivas bielas.

O mecanismo biela - manivela transforma o movimento retilneo de vaivm do mbolo em

movimento circular (rotao do veio motor).

O aumento de presso do fluido motor no interior do cilindro devido combusto da mistura

de ar combustvel submete o mbolo a uma fora fazendo-o descer (deslocar-se do ponto

morto superior para o ponto morto inferior) transmitindo assim movimento de rotao

rvore de manivelas (cambota).

1. ALGUNS PARMETROS BSICOS DOS MOTORES

A especificao de um motor geralmente dada pelos valores da sua cilindrada, potncia e

binrio mximos.

Vamos explicitar os conceitos subjacentes aos parmetros referidos.

a) Cilindrada (V)

Quando o mbolo desce desde o Ponto Morto Superior (PMS) at ao Ponto Morto Inferior

(PMI) varre o volume correspondente a um cilindro cuja base a sua rea circular, de

17

dimetro D, e a altura o curso do mbolo C.

Este volume denominado volume varrido ou cilindrada.

A soma da cilindrada de todos os cilindros designada cilindrada do motor

V = n * C * D2* ( / 4), em que:

3,14

n - nmero de cilindros do motor.

C - curso do mbolo

D - dimetro do cilindro

A cilindrada normalmente expressa em centmetros cbicos (cm3) ou em litros (L). No caso

de um motor com 4 cilindros, se cada um deles tiver 400 cm3, a sua cilindra ser: V = 4* 400

= 1600 cm3 = 1,6 L

b) POTNCIA (P)

Para a compreenso do conceito de potncia, vamos introduzir primeiro a noo de trabalho.

O trabalho (w) uma forma de transferncia de energia associada ao de uma fora ao

longo de uma distncia.

A sua equao de definio : W = F * d, em que F a fora aplicada e d a distncia

percorrida pelo ponto de aplicao da fora.

Por exemplo, se aplicarmos uma fora de trao de 100 N ( 10 kg) a um mvel e o

deslocarmos de 20 metros, o trabalho efetuado expresso pelo produto da fora pela distncia

que o seu ponto de aplicao, neste caso o mvel, percorreu, ou seja:

W = 100 N * 20 m = 2000 Nm (W = 10 kg * 20 m = 200 kgm)1

Tomando em considerao esta nota, temos: W = 2000 J (W= 200 kgm)

Feita esta introduo, passamos ao conceito de potncia.

Um determinado trabalho pode ser desenvolvido em mais ou menos tempo. O conceito de

potncia usado para descrever a quantidade de trabalho que foi realizado num determinado

intervalo de tempo. Ou seja:

potncia = trabalho / tempo = (fora * distncia) / tempo = Fora * velocidade

Tomando o exemplo anterior, vamos supor que o trabalho foi realizado em 5 segundos. Ento,

temos:

Potncia = 2000 J / 5 s = 400 J/s (Potncia = 200 kgm / 5 s = 40 kgm/s)

Joule por segundo (J/s) ento a unidade de potncia no Sistema Internacional de unidades.

Esta unidade denominada por Watt (W).

18

Na especificao da potncia dos motores dos automveis, usa-se o quilowatt (kW)

1 kW = 1000 W

Kgm/s ento a unidade de potncia no sistema mtrico gravitatrio.

Da mesma forma, na especificao dos motores dos automveis, usa-se (por enquanto) o

cavalo-vapor (cv).

1 cv = 75 kgm/s

Daqui se infere que:

1 kW 1,36 cv ou 1 cv 0,736 kW

c) BINRIO

Chama-se binrio a um conjunto de duas foras paralelas, com a mesma intensidade e com

sentidos opostos, aplicadas a um sistema rgido fixo por um ponto central

(fulcro). As foras so aplicadas mesma distncia do fulcro.

O binrio pode ento ser definido como sendo o esforo (atravs da aplicao de uma fora)

que tende a movimentar um determinado corpo, ou sistema rgido, em torno de um eixo de

rotao.

O binrio motor o binrio responsvel pela rotao da rvore de manivelas (cambota) do

motor.

No caso concreto de um motor em funcionamento tem-se o seguinte:

A presso criada devido ao processo de combusto no interior do cilindro, produz uma fora

sobre a coroa do mbolo. Esta fora durante o tempo de expanso (tempo motor) aplicada

biela e transmitida por esta manivela da cambota fazendo-a rodar.

Ao esforo de rotao assim criado d-se o nome de binrio motor.

O binrio (T) medido por um freio dinamomtrico e produto deste valor pela velocidade de

rotao d-nos a potncia til.

PU = (2* *N * T) / 60 T = (60*PU) / (2N)

PU potncia til (W)

N nmero de rotaes por minuto (rpm)

T Binrio (Nm)

No Sistema Internacional o binrio expresso em Nm (Newton * metro).

19

3.2 Passo 2 Motores de 2 e 4 tempos.

4 Tempos

O motor que normalmente equipa os automveis o motor de exploso ou de combusto de

quatro tempos. Ele chamado assim porque seu funcionamento se baseia exatamente em

quatro estgios ou tempos diferentes. Veja cada um deles:

1 Estgio: nesse estgio, o pisto do motor move-se para baixo e puxa a mistura de

combustvel (vapor) e ar atmosfrico atravs da vlvula de entrada.

Figura 13 - Esquema do funcionamento de um motor a 4 tempos 1 tempo

2 Estgio: depois que a cmara de combusto foi preenchida, a vlvula de entrada da mistura

de ar e vapor de combustvel fechada e o pisto sobe, comprimindo essa mistura.


muito importante que o combustvel aguente bem essa compresso, no explodindo antes

do 3 tempo. Se o combustvel explodir prematuramente durante a compresso, diminuir a

potncia do motor e produzir um rudo conhecido como batida de pino

20

(knocking). Gasolinas com maior ndice de octanagem so melhores por causa disso: quanto

maior o ndice de octanagem, mais resistente a gasolina ser compresso sofrida e melhor

ser o desempenho do motor.

por isso tambm que se adicionam antidetonantes gasolina, como o etanol.3

Estgio: quando o pisto atinge o ponto mximo, a vela de ignio emite uma fasca eltrica

que provoca a exploso, deslocando o pisto para baixo. A energia cintica dos gases em

expanso transmitida para o pisto, que movimenta o eixo do virabrequim, fazendo o carro

se movimentar. Essa parte muito importante, pois nela que a energia qumica (proveniente

da combusto) transformada em energia mecnica (que vai mover o automvel).


4 Estgio: o pisto sobe novamente e a vlvula de exausto ou de sada aberta, permitindo

que os gases formados na combusto sejam liberados. Quando essa vlvula se fecha, a vlvula

de entrada aberta e o processo recomea.


21

2 Tempos

No motor a dois tempos o seu ciclo constitudo por apenas dois tempos, deste modo realiza

compresso/admisso e combusto/escape em apenas dois movimentos do mbolo. O prprio

mbolo funciona como vlvula deslizante, abrindo e fechando as janelas (admisso, escape e

transferncia), por onde a mistura admitida e os gases queimados so expulsos. No primeiro

tempo o mbolo ascende, fechando a janela de escape e de transferncia, abrindo a janela de

admisso. De seguida comprime (Compresso) a mistura no cilindro e produz vcuo no crter.

Aproximando-se do ponto morto superior (PMS), d-se a admisso (Admisso) de uma nova

mistura de combustvel no crter, vindo do carburador devido ao vcuo que se formou durante

a subida do mbolo. A seguir d-se a ignio, por meio de uma fasca elctrica da vela e a

consequente combusto da mistura combustvel.


No segundo tempo os gases da combusto expandem-se (Combusto), fazendo o mbolo

descer, produzindo trabalho e transferindo movimento cambota. Ao descer, fecha a janela de

admisso e comprime a mistura de combustvel no crter. Aproximando-se do ponto morto

inferior (PMI), o mbolo abre a janela de escape, permitindo a saida dos gases que no foram

gastos na combusto (Escape). Ao mesmo tempo d-se a abertura da janela de transferncia, a

mistura comprimida no crter invade o cilindro, expulsando os gases queimados que ainda

restam na cmara de combusto. Assim volta-se ao ponto inicial, repetindo-se o ciclo.

22


3.3 Passo 3 Desenho do Motor Wankel.

23

4 ETAPA 3

4.1 Passo 1 Combusto

A combusto consiste na reao qumica entre dois ou mais reagentes

(combustveis e comburentes) com grande liberao de energia na forma de calor. Assim,

todas as reaes de combusto so extremamente exotrmicas (mesmo que necessitem de uma

fonte de ignio para ocorrerem).

Praticamente todos os combustveis utilizados so orgnicos (com cadeias carbnicas ligadas

a tomos de hidrognio ou oxignio). Sendo alguns exemplos: a gasolina, o lcool etlico,

o acetileno e o metano.

Da classe dos comburentes, o oxignio o mais presente (embora outras substncias possam

ser utilizadas, como o flor) e a sua funo oxidar o combustvel adicionado. Ou seja, a

combusto , na maioria das vezes, uma reao de oxirreduo. Onde o oxignio o agente

oxidante e reduz-se quase sempre ao Nox -2.

4.2 Passo 2 Octanagem

A octanagem mede a capacidade da gasolina de resistir detonao, ou a sua capacidade de

resistir s exigncias do motor sem entrar em auto-ignio antes do momento programado. A

detonao, tambm conhecida como batida de pino, leva perda de potncia e pode causar

srios danos ao motor, dependendo de sua intensidade e persistncia.

Um combustvel de octanagem n aquele que se comporta como se fosse uma mistura

contendo n% de isooctano e (100-n)% de n.heptano. Por conveno, o isooctano puro tem

octanagem 100 e o n.heptano puro tem octanagem zero. Hoje, alguns combustveis aditivados

possuem octanagem superior a escala posta, uma nova tecnologia.

24

4.3 Para a Gasolina

No Brasil (com exceo do Rio Grande do Sul) utilizada uma gasolina nica no mundo, pois

tratase de uma mistura de 76% de gasolina e 24% de lcool etlico (etanol). O teor de lcool

na gasolina objeto de Lei Federal, cuja especificao final de responsabilidade da Agncia

Nacional de Petrleo ANP.

No Estado do Rio Grande do Sul, ao invs de lcool, utiliza-se o MTBE (metil-tercio-butil-

etileno) como oxigenador, i.e., aditivo que contm oxignio para aumentar a eficincia da

combusto do hidrocarboneto Gasolina (C8H18)n. Atualmente, a gasolina que compes esta

mistura produzida, em quase sua totalidade, pelas dez refinarias da Petrobras. O restante,

por duas outras refinarias privadas: a de Manguinhos, no Rio de Janeiro, e a de Ipiranga, no

Rio Grande do Sul. J o lcool produzido a partir da cana-de-acar em diversas destilarias

espalhadas pelo pas. A composio final da chamada gasolina brasileira, ou seja, a mistura de

gasolina e lcool realizada pelas Companhias Distribuidoras (Esso, Shell, Texaco, etc...),

responsveis tambm pela comercializao final do produto junto aos postos de servio.

Desde janeiro de 1992, a gasolina brasileira isenta de chumbo. O chumbo era utilizado

mundialmente para aumentar a octanagem da gasolina, mas, por questes ambientais, vem

sendo gradualmente eliminado. Atualmente, esto disposio dos consumidores brasileiros

03 tipos de gasolina: comum, comum aditivada e premium. Esta classificao dada segundo

a octanagem da gasolina.

A octanagem da gasolina pode ser avaliada por dois mtodos distintos: mtodo Motor (MON

Motor Octane Number) avalia a resistncia da gasolina detonao quando o motor est

operando em condies mais severas alta rotao e plena carga, como acontece em subidas

com marcha reduzida e velocidade alta. O mtodo Pesquisa (RON Reserch Octane Number)

avalia a resistncia da gasolina detonao quando o motor est operando em condies mais

suaves baixa rotao, como acontece em subidas com marcha alta. A octanagem das

gasolinas brasileiras equivalente das gasolinas encontradas nos Estados Unidos e na

Europa. dada pela mdia entre os dois mtodos, conhecida como ndice Antidetonante

(MON +RON)/2. As Gasolinas Comum e Comum-Aditivada tm octanagem de 86, indicadas

para a maioria da frota de veculos circulante no Brasil. A Gasolina Premium possui maior

octanagem, 91. Pode ser utilizada em qualquer veculo, mas no trar nenhum benefcio se o

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motor no exigir este tipo de combustvel (alta taxa de compresso, com monitoramento

eletrnico, injeo multiponto e projetados para gasolinas de alta octanagem).

As Gasolinas Comum e Comum-Aditivada possuem a mesma octanagem, diferindo-se entre

si apenas pela presena de um aditivo, do tipo detergente dispersante que tem a funo de

manter limpo todo o sistema por onde passa a gasolina.

4.4 Para o Etanol

No Brasil, o etanol (C2H5OH) utilizado de duas maneiras: Como mistura na gasolina, na

forma de 24% de etanol anidro, a 99,6 Gay-Lussac (GL) e 0,4% de gua, formando uma

mistura gasohol com o objetivo de aumentar a octanagem da gasolina; Como etanol puro,

na forma de etanol hidratado a 95,5 GL.

Nos outros pases, as misturas de gasohol contm tipicamente apenas 10% (ou menos) de

etanol. O etanol um excelente combustvel automotivo: apresenta um ndice de Octanagem

superior ao da gasolina e tem uma Presso de Vapor inferior, resultando em menores emisses

evaporativas. A combusto no ar inferior a da gasolina, o que reduz o nmero e a severidade

de fogo nos veculos. O etanol anidro tem poder calorfico inferior e superior de 21,2 e 23,4

MJ/l (megaJoule por litro), respectivamente, contra 30,1 e 34,0 MJ/l da gasolina.

4.5 Passo 2 Ignio

O sistema de ignio de um automvel consiste numa parte crtica do veculo e onde a

eletrnica est presente. Graas a recursos eletrnicos, pode-se obter maior desempenho e

menor consumo, com a reduo da poluio.Quando a mistura ar-combustvel comprimida

no cilindro de um motor, sua queima ou ignio no ocorre espontaneamente.

preciso que haja uma excitao externa para que isso ocorra. Esta excitao uma fasca

eltrica de alta tenso.

Para que ocorra a ignio precisamos de uma fasca de pelo menos 12 000 volts com correntes

de pelo menos 40 a 60 mA. Essa fasca deve ser produzida por uma vela.

A produo da fasca se deve ao que denominamos "rigidez dieltrica do ar". Os isolantes s

podem deter a circulao de uma corrente at uma determinada tenso.

26

Se aplicarmos uma tenso maior do que um determinado valor, o material deixa de ser

isolante podendo conduzir a corrente. Salta uma fasca.

Para o ar isso ocorre com uma tenso de 10 000 volts por centmetro. Isso significa que duas

esferas separadas de uma distncia de 1 cm s podem impedir a circulao da corrente se a

tenso entre elas for menor do que 10 000 volts. Acima disso, a fasca salta.

Figura 19 - Fasca entre duas esferas.

A bateria de um carro atualmente s fornece 12 V, sendo por esse motivo necessrio dispor de

um sistema que eleve a tenso para os12 000 volts ou mais necessrios produo da fasca.

Figura 20 - Uma vela produz a fasca.

Os primeiros sistemas eram muito simples, basicamente formados por um circuito eltrico

com um transformador (bobina), no entanto, com o tempo esse sistema foi evoluindo e hoje os

sistemas de ignio levam muita eletrnica.

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No entanto, os sistemas eletrnicos de ignio s sero estudados no prximo captulo. Neste

captulo vamos nos dedicar ao sistema bsico e seus elementos, analisando o seu princpio de

funcionamento.

O sistema de ignio do automvel no tem apenas a funo de gerar a fasca de alta tenso

necessria a combusto, mas tambm garantir que isso ocorra no instante certo.

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5 ETAPA 4

5.1 Passo 1 Potncia

Para maior facilidade de compreenso dos fatores que influenciam a potncia de um motor,

a potncia efetiva, isto , a potncia gerada no eixo do motor pode ser calculada pela seguinte

frmula:

n = rpm

PMI = presso mdia indicada - Kg/cm2

PME = presso mdia efetiva - Kg/cm2

Ne = potncia efetiva - CV

V = volume do motor - litro

h = no de tempos do motor

m = peso especfico da mistura mais resduos - Kg/cm2

PCI = poder calorfico inferior do combustvel - Kcal/Kg

Ar = peso do ar necessrio p/ produzir a combusto de 1Kg de combustvel

29

R = fator de correo da mistura porque o motor durante o funcionamento no alimentado

somente por uma mistura estequiomtrica, mas sim por misturas pobres e ricas.

i = rendimento indicado

v = rendimento volumtrico

te = rendimento trmico

m = rendimento mecnico

tt = tonalidade trmica do combustvel ou da mistura = poder calorfico da mistura

Atravs da frmula, parece fcil aumentar a potncia de um motor, bastando para isto

procurar aumentar o valor das suas variveis, mas na realidade, aumentando-se separadamente

em cada fator, se consegue, sem dvida nenhuma aument-lo, mas em detrimento de outro, o

que pode ocasionar uma reduo na potncia, em vez de um aumento.

Utilizando o trabalho em um cabeote como exemplo, pode-se aumentar o dimetro das

vlvulas, o dimetro dos dutos, polir e retirar as rebarbas de fundio, entretanto, se este

trabalho no for acompanhado de outras alteraes, ocasionar um funcionamento irregular e

uma reduo no rendimento do motor, devido a menor velocidade de entrada do ar, podendo

diminuir a potncia do mesmo.

5.2 Rendimento Mecnico

O rendimento mecnico a relao entre a potncia produzida no eixo e a potncia produzida

no interior do cilindro, provocada pela combusto. Este rendimento funo da fora de atrito

que ocorre entre os seus diversos rgos e das foras necessrias p/ acionar os rgos

auxiliares. A perda de potncia devido ao atrito, torna-se cada vez maior, a medida que a

rotao fica mais elevada. Os modernos leos, sejam de base mineral ou sinttica, incorporam

em sua frmula componentes que ajudam a minimizar estas perdas. Quando se constri um

motor de alta performance, muitos construtores fazem longas conexes de bielas, finos anis

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de pisto, anel raspador de leo com baixa tenso, tanto quanto a preciso da mquina

permitir de modo a minimizar as perdas por atrito. Estas modificaes buscam um aumento na

eficincia mecnica.

A principal fora de atrito que ocorre em um motor a provocada pelo contato direto entre o

pisto e o cilindro, a qual pode ser reduzida da seguinte forma: Aps a retifica, os cilindros

sofrem uma usinagem de brunimento, isto , so feitos pequenos riscos com ngulo indicado

pelo fabricante. Estes pequenos riscos, fazem com que o leo permanea mais tempo em

contato com as paredes do cilindro, facilitando a lubrificao. Por outro lado, reduzem o

rendimento mecnico devido ao aumento do coeficiente de atrito. A eliminao completa

destes riscos no recomendvel porque, se a parede for muito espelhada, a pelcula de leo

no conseguir mais aderir s paredes do cilindro, prejudicando a lubrificao.

Para contornar este problema, sem prejudicar a lubrificao, o brunimento deve ser bastante

sutil com riscos muito pequenos ou ento faz-se um polimento dentro do cilindro, do

seguinte modo: Com um pisto do motor com os anis de segmento, solda-se uma haste na

sua cabea. Aplica-se ento uma pasta abrasiva nas paredes do cilindro misturado com um

pouco de leo. Com as prprias mos, deve-se fazer com que o pisto descreva um

movimento alternado para cima e para baixo e variando sua posio de 1800.

Este polimento deve ser feito at o cilindro tornar-se opaco e com pequeninos riscos em forma

de hlice. Todos os cilindros devem receber o mesmo polimento. Terminada a operao, lava-

se cuidadosamente os cilindros. Com este procedimento, consegue-se reduzir o coeficiente de

atrito dos cilindros, aumentando-se o rendimento mecnico e evitando a grimpagem do pisto,

que comum em motores de competio devido s altas solicitaes.

Alm do atrito entre o pisto e o cilindro, a potncia absorvida pela resistncias passivas

necessrias ao acionamento dos rgos auxiliares tambm merecem ateno. Na verdade,

pouco se pode fazer para reduzir esta potncia absorvida pelas resistncias passivas.

Em alguns casos, pode-se aumentar a folga entre os seus mancais, de modo a reduzir a

possibilidade de ocorrncia de interferncia provocada pela variao da temperatura. As

foras exercidas pelas molas das vlvulas tambm absorvem potncia, portanto, a reduo da

fora da mola deve ser a maior possvel. importante lembrar que a reduo da carga das

molas est diretamente ligado a reduo do peso dos diversos rgos que compem a

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distribuio (balancins, tuchos, pratinhos, travas, pastilhas e varetas). Se isto no for feito,

quando o motor estiver em alta rotao, as molas no tero mais fora para retornar a sua

posio inicial, dando origem ao fenmeno chamado flutuao que provocar uma perda de

potncia.

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6 REFERNCIA

1. VAN WYLEN, G. J.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da Termodinmica Clssica. Editora

Campus. So Paulo. SP. 4 Edio.

2. CHVETZ, I.; KONDAK, M.; KIRAKOVSKI, N. et ali. Trmica General - Termodinamica

Tecnica, Turbinas y Maquinas Alternativas Editorial Hispano Europea. Barcelona. Espaa.

1975.

3. BOULANGER, P. e ADAM, B. Motores Diesel. Editora Hemus So Paulo. SP.

4. METAL LEVE S.A. Manual Tcnico. Metal Leve S.A. So Paulo. SP. 5 Edio.

5. FLRES, L.F.V. Sistemas Trmicos I. Apostila. Escola Federal de Engenharia de Itajub.

MG.

6. SOUZA, Z. Elementos de Mquinas Trmicas. Editora Campus-EFEI. Rio de Janeiro. RJ.

1980

7. BOSH,ROBERT GmbH. Automotive Handbook. 1993. Alemanha.

8. STONE, RICHARD. Internal Combustion Engines. Society of Automotive Engineers, Inc.

2nd Edition.

1993. Warrendale, PA, USA.

9. GOLDEMBERG, J. & MACEDO, I. The Brazilian Alcohol Program Na Overview.

Energy for

Sustainable Development, Vol. 1, n. 1, pp. 17 22.

10. SENO, Dr. WLASTERMILER. Pequena Histria dos Transportes. Revista Pesquisa e

Tecnolgica

FEI

11. 1996 Grolier Multimedia Encyclopedia, Grolier Eletronic Publishing Inc.

33

12. Microsoft Encarta Encyclopedia 1996

13. Agncia New Motor @ge de Notcias: por Guto Ostergrenn

(www.newmotorage.com/Tecno/3-22.html)

14. Sites da Internet:

Combustvel

www.shell.com.br/produtos/bv.htm

www.fisica.net/quimica/resumo28.htm

www.br-petrobras.com.br/br/prod/octa.html

www.petrobras.com.br/conpet/gasolina.html

www.mct.gov.br/gabin/cpmg/climate/programa/prt/alcohol4.htm

Mecnica Automvel

www.mecanico.com.br

www.agentel.com.br

www.mecanicaonline.com.br

atps engenharia automotiva

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