MOTORES ALTERNATIVOS, DE COMBUSTO INTERNA histria caractersticas componentes, funcionamento sistemas de injeo de combustvel motor turbinado motor Wankel reas tecnolgicas em desenvolvimentoProf. Silvia Azucena NebraMQUINAS TRMICASAulas 17-18

MOTORES DE COMBUSTO INTERNA - Perspectiva Histrica1860 - LENOIR, J.J. E. - primeira tentativa - sem compresso prvia da mistura ar + combustvel, uns 5000 motores foram fabricados entre 1860 - 1865 , at 6 HP, mxima eficincia 5%

1867 - NICOLAUS OTTO e EUGEN LANGENAlemanha com compresso da mistura, uns 10.000 foram fabricados , mxima eficincia11%.

1876 - NICOLAUS OTTOmotor de quatro tempos, reduz 1/3 o peso do motor e 1/16 o curso do pisto, a eficincia aumenta para 14% . As caractersticas bsicas deste motor so as mesmas dos motores de hoje.1862 - ALPHONSE BEAU DE ROCHAS, patente francesa de um motor de quatro tempos

1880 - DUGALD CLERK e JAMES ROBSON (ingleses) KARL BENZ (alemo), desenvolvem o motor de dois tempos1892 - RUDOLF DIESEL - data da patente, motor de ignio por compressodemora 5 anos para desenvolver um prottipo comercial1957 - WANKEL, FELIX - primeiro teste bem sucedido do motor rotativo

Cabeote do motor :vlvulas, velas,Balancim (controla a apertura das vlvulas),dutos de admiso e escapamentocmaras de explosoConjunto de rvores demanivelas, os pistes esto ligados rvore por meio das bielas,a rvore est apoiada nabase do bloco do motorBloco do motor:cilindros, mbolos,bielas

dutos para gua de resfriamento,

dutos para o sistema de lubrificaoCorreia de transmissoComponentes do motorMotor FIAT

Caractersticas dos motores segundo sua aplicao

Tipo de motor

Utilizao

Potncia kW

IC ou Diesel

Tempos

Resfria

mento

Veculos de

Motocicletas Scooters

0.75 - 70

IC

2,4

Ar

passeio

Carros pequenos

15 - 75

IC

4

Ar,gua

Carros grandes

75 - 200

IC

4

Ar,gua

Comerciais leves

35 - 150

IC, D

4

Ar,gua

Comerciais pesados

120 - 400

D

4

gua

Veculos fora de estrada

Veculos leves (aeroportos, fazendas)

1,5 - 15

IC

2,4

Ar,gua

agricultura

3 - 150

IC, D

2,4

Ar,gua

Movimento de terra

40 - 750

D

2,4

gua

Militares

40 - 2000

D

2,4

gua

Estrada de ferro

locomotivas

400 - 3.000

D

2,4

gua

Marinhos

Fora de borda

0,4 - 75

IC

2

gua

Lanchas a motor

4 - 750

IC,D

4

gua

Barcos a motor

30 - 2.200

D

2,4

gua

Navios

3.500 - 22.000

D

2,4

gua

Aeronaves

Avies

45 - 2.700

IC

4

ar

Helicpteros

45 - 1.500

IC

4

ar

Domsticos

Cortador de grama

0,7 - 3

IC

2,4

ar

Estacionrios

Potncia eltrica

35 - 22,000

D

2,4

gua

IC: ignio por centelha, D: Diesel

Carburador

princpio de

funcionamento

Sistema de Injeo eletrnica de combustvel - Bosch

Sistema de injeo (Bosch) Motor DieselVlvulas que controlama liberao de combustvel

Sistema de alimentao de gs da Rodags

Princpio de funcionamento do motor Diesel

Admisso1Compresso2Injeo docombustvel Expanso3Escape4Motor de 4 tempos com injeo de combustvel no cilindro:ciclo de funcionamento

Acionamento das vlvulas

Motor de 2 tempos , ciclo de funcionamentoaspirado, sem vlvulas de aspirao e escape, de ignio por centelhaCombusto e Escape1Aspirao e Compresso2

Ciclo diesel

Ciclo Otto

De carga estratificada

Na compresso, somente ar comprimido na cmara

Na compresso comprimida uma mistura de ar + combustvel

Motores hbridos, tentam somar as vantagens dos outros dois

O ar comprimido

at atingir uma temperatura acima da de auto-ignio

O ar comprimido a mais baixas presses,

a temperatura atingida fica abaixo da de autoignio

Trabalha com relao de presso similar ao Diesel: 12 a 15 (melhora a eficincia)

O combustvel injetado (quase no final da corrida do pisto) e entra em autoignio

O combustvel entra em ignio atravs de uma fasca

Injeo direta de combustvel na cmara de combusto: evita "golpeteo"

Taxas de compresso altas

Taxas de compresso mais baixas

Ignio por centelha,

evita ignio espontnea indesejada

Aceita combustvel menos "nobre" : leo Diesel ou gs natural + 20% leo Diesel

Combustvel: gasolina, lcool, gs natural

O controle de potncia do motor realizado atravs do controle de combustvel injetado por ciclo

Ciclo a ar ideal:

o calor entra a presso constante

Ciclo a ar ideal:

O calor entra a volume constante

Podem operar com combustveis menos "nobres"

Cmara de combusto : motor de carga estratificada de injeo direta

motorcompressorarGases de escaperesfriadorQCombustvelpor injeomotorcompressorarGases de escaperesfriadorQCombustvelturbinaNa admissoSupercarregamentomecnicoMotor turbinado

Filtro de arSensor HFMIntercoolerVlvula de recirculaoTurboBobinasComandovarivelSensor de faseVlvula controledo turboCorpo de Borboleta

Motor turbinado1 - entrada ar2 - compressor3 - interresfriador4 - carburador5 - manifold6 - vlvula de entrada7 - vlvula de sada8 - manifold9 - turbina10 - sada dos gases11 - sistema de controle da sada dos gases12 - regulador de presso

Motor Wankel , de pisto rotativo

Motor Wankel

MOTORES DE COMBUSTO INTERNA : reas em desenvolvimento- controle de poluio- diminuio do consumo de combustvel- novos combustveis : lcool, gs, biogs, gases pobres, hidrognio- competitividade no mercado- diminuio de rudoCaminhes

Carros

Poluente

Impacto

%

(do total) emisses fontes mveis

Emisso em veculos no controlados (g/km) (#)

Reduo nos novos motores

%

Motores

IC

(g/km)

Motores

Diesel

(g/km)

NO e NOx

Nvoa,

txicos

40-60

2,5

75

7

12

CO

txico

90

65

95

150

17

Hidrocarbo-

netos no queimados

nvoa

60-80

10

90

17

3

Particulados

Reduz visibilidade

0,5(*)

40

--

0,5

(#) valores mdios antes do incio da normatizao (USA - 1968)

(*) motores Diesel

Job Openings: Powertrain Systems Research Lab

We strongly encourage and promote the generation of creative and innovative concepts, and the transformation of these concepts from exploratory research into practical demonstrations. Core Competencies:

engine combustion system synthesis & development transmission system synthesis and control mechatronic system synthesis and development synthesis and development of power transmission devices using smart materials powertrain control synthesis and implementation powertrain system development and integration

General Motors - Research & Development

Job Title: Thermoscience Engineer Job Description: General Motors Research and Development Center has an open position for a highly motivated and creative analysis engineer interested in conducting cutting-edge research on internal combustion engine systems and other thermofluid devices . The job involves the development and application of advanced thermofluid analysis tools, including computational fluid dynamics, for the development of new engine technologies. Both recent graduates and experienced engineers are invited to apply.General Motors - Research & DevelopmentRequirements: Ph.D. in Mechanical, Chemical or Aerospace Engineering majoring in the thermoscience disciplines; thorough knowledge of the fundamental processes relevant to engine combustion and performance, e.g., fluid mechanics, turbulence, heat transfer, turbulent combustion, multiphase flows, etc.; detailed knowledge on the application of computational fluid dynamics and related tools to research and develop thermofluid devices. Knowledge of internal combustion engines and after-treatment systems is advantageous.

Job Title: Engine Combustion Research Engineer Job Description: General Motors Research and Development Center has open positions for highly motivated engineers interested in conducting experimental research on advanced engine combustion systems. The job involves experimental engine research and development leading to increased understanding of advanced combustion systems and the development of innovative engine concepts offering improvements in vehicle fuel economy, emissions, performance and drivability. Both recent graduates and experienced professionals are invited to apply. Requirements: M.S. or Ph.D. in Mechanical Engineering with experience in engines and combustion-related research along with good oral and written communication skills are required. Knowledge of dynamometer systems, computer based data analysis processes, and emissions control technologies is preferred.General Motors - Research & Development

Questo 1 - Pesquise em livros, ou na Internet, novas informaes, do seu interesse sobre algum dos aspectos mencionados nesta aula.

Questo 2Pesquise no site http://auto.howstuffworks.com/engine.htmDados relativos aos sistemas de resfriamento de motores, sistemas que no foram abordados nesta aula.

Redija um texto de umas duas pginas e entregue ao professor. Pode ser enviado via mail ao endereo: sanebra@fem.unicamp.br. Podem ser includos links com sites interessantes encontrados na internet.

O objetivo destas aulas o de dar uma viso geral das caractersticas, componentes e funcionamento dos motores de combusto interna. Inicia-se com uma reviso do desenvolvimento histrico da tecnologia, que permite ao mesmo tempo ir introduzindo noes bsicas de aspectos importantes de projeto. mostrada uma classificao dos motores, segundo sua aplicao, sendo tambm mencionadas as caractersticas mais importantes, assim como o princpio de funcionamento dos motores de 4 e 2 tempos, os motores de ignio por centelha (ciclo Otto) e Diesel. feita uma rpida meno do motor tipo Wankel, de cilindro rotativo. So reportadas tambm as reas em desenvolvimento.

Esta aula faz uma introduo ao tema de motores alternativos, de combusto interna. Constitui num overview do tema, depois, nas aulas sucessivas, sero aprofundados os aspectos gerais apresentados nesta. feito um breve histrico do seu desenvolvimento, a partir das primeiras tentativas no sculo XVIII, at chegar formulao dos motores tal como so hoje, apresentando o ciclo Otto, o Diesel e os motores de dois tempos e quatro tempos. A travs de uma tabela feita uma classificao dos tipos de motores, desde os de menor porte, para uma cortadeira de grama, por exemplo, at os estacionrios de grande porte, para gerao de energia eltrica. So mostradas as principais componentes do motor, explicado o funcionamento dos dois tipos principais de motores: de ignio por centelha e de ignio por compresso, de dois tempos e de quatro tempos. So tambm mostrados desenvolvimentos mais recentes como o desenho de cmaras de combusto mais eficientes, motores turbinados e o motor Wankel. Finalmente so apresentadas as reas tecnolgicas em desenvolvimento. Foi em 1860 que os motores de combusto interna vieram a ser uma realidade prtica.Os primeiros motores comerciais utilizavam misturas de gs de carvo e ar na cmara de combusto, a presso atmosfrica, no havia compresso antes da combusto.Um engenheiro francs, Lenoir (1822-1900), desenvolveu o primeiro motor deste tipo. Em razo da prpria combusto, a presso era aumentada, e os gases quentes impulsionavam um pisto, na corrida de retorno do pisto produzia-se a exausto, funcionava a menos de 10 revolues por minuto. Foram construdos 500 motores deste tipo entre os anos de 1860 a 1865, com uma potncia de at 6 HP. A melhor eficincia obtida era de 5%.Lenoir (1833-1895) desenvolveu o primeiro motor a pisto que foi comercializado. Uma caracterstica singular deste motor que a combusto acontecia dos dois lados do pisto. O controle de entrada e sada dos gases acontecia por meio de vlvulas de admisso e exausto. O princpio de funcionamento deste motor era o seguinte: gs e ar eram introduzidos no pisto durante a primeira metade do deslocamento do mesmo. A carga era ento queimada mediante uma fasca, a presso aumentava e ento os gases queimados empurravam o pisto at o fim do curso do mesmo. Na segunda batida do pisto, os gases de exausto eram expelidos, enquanto uma nova combusto acontecia do outro lado do pisto. O ciclo era completado com uma segunda batida do pisto, de exausto. 5000 destes motores foram construdos entre 1860 e 1865, com uma potncia de at 6 HP. O melhor valor obtido da eficincia foi em torno de 5%.

Um motor melhor sucedido foi desenvolvido por Nicolaus A Otto (1832-1891) e Eugen Langen (1833-1895), na Alemanha. Foi apresentado na Exposio Industrial de Paris, em 1867. O conceito deste motor era o de pisto livre, sendo este pisto impulsionado pela exploso dos gases no cilindro, o pisto estava ligado a um volante atravs de uma cremalheira e uma engrenagem. No retorno do pisto era produzido trabalho mecnico. O movimento do volante produzia por sua vez a apertura e fechamento de uma vlvula de admisso e de ignio. Tambm neste caso no havia compresso dos gases antes da combusto. Uns 10000 motores deste tipo foram construdos, e dominaram o mercado at a introduo do motor Otto de quatro tempos. A eficincia era de 11%.

Nestes primeiros tipos de motor no havia uma uma compresso prvia da carga de combustvel +ar, embora diversos pesquisadores viessem colocando a vantagem de introduzir esta etapa no processo (Lebon, Francs, em 1799; Barnett, ingls, em 1838; Schmidt, alemo, em 1861). Na Frana, em 1862, Beau de Rochas (1815-1893), listou as condies sob as quais, um melhor desempenho do motor poderia ser obtido:- Menor relao superfcie/volume para o cilindro do pisto (cilindro com um dimetro da mesma ordem de grandeza que seu comprimento)- Processo de expanso o mais rpido possvel- Mxima expanso possvel- Mxima presso possvel no comeo do processo de expanso dos gases dentro do cilindro.As duas primeiras condies visavam reduzir as perdas de calor a uma mnimo, conservando a exergia nos gases de combusto. A terceira e quarta visavam obter o mximo de potncia possvel.Beau de Rochas tambm indicou o mtodo de operao desejvel num motor de combusto interna:1.- Admisso durante o deslocamento do pisto para fora .2.- Compresso durante o movimento do pisto para dentro.3.- Ignio da carga de combustvel + ar no ponto morto superior do pisto, seguida por expanso durante o deslocamento seguinte do pisto, para fora.4.- Exausto durante a corrida seguinte do pisto, para dentro. Este processo o que utilizado at hoje. Beau de Rochas patenteou o principio do motor de 4 tempos, em 1862, mas no o desenvolveu comercialmente.Em 1876, o alemo Nicolas Otto, construiu um motor de quatro cilindros, que funcionava com os princpios estabelecidos por Beau de Rochas em 1962. Este motor era bem mais leve e compacto que o anterior, fabricado por Otto e Langen, tinha tambm uma eficincia maior, 14%.Em 1890 tinham sido construdos uns 50.000 motores deste tipo na Europa e os Estados Unidos.

Em 1880, vrios engenheiros, (Dugald Clerk, 1854-1913 e James Robson, 1833-1913, na Inglaterra e Karl Benz, 1844-1929, na Alemanha) desenvolveram com sucesso o motor de dois tempos, que tinha a vantagem de produzir potncia em cada corrida do pisto. Os motores de dois tempos, menores e mais simples, so indicados para pequenas potncias. Embora, este tipo de motor tambm utilizado em mquinas de grande porte. Em 1885, James Atkinson, na Inglaterra, construiu um motor com uma corrida do pisto menor para os processos de admisso e compresso e maior para os de expanso e exausto. Isto levava a uma eficincia maior, mas o motor era mecanicamente mais frgil.Na dcada 1880-90 foram feitos avanos nos sistemas de ignio e de carburao. A razo de compresso dos motores no podia ser muito elevada poca, em razo da qualidade dos combustveis, para uma relao de presses maior que 4, aconteciam detonaes no processo de combusto. No final da dcada estavam disponveis os primeiros motores a gasolina para automveis. Na dcada de 1890-1900 forma construdos grandes motores de 6 cilindros, de 1,3 m de dimetro, que utilizavam gs de alto forno como combustvel, tinham 600 hp e 90 rev/min. Na Inglaterra foram feitas restries utilizao de gs de baixo poder calorfico, pelo que comeou a ser utilizado querosene.Em 1892, o engenheiro alemo Rudolf Diesel (1858-1913) registrou a patente do motor que leva seu nome at hoje. A caracterstica fundamental deste motor que o combustvel injetado dentro da cmara de combusto, que j contem o ar aquecido e pressurizado, a combusto da mistura se produz por compresso (combusto espontnea, devido s condies combinadas de presso e temperatura) e no por uma centelha como no caso do motor de ciclo Otto. Para que a combusto acontea so necessrias presses mais altas que no motor Otto. Levaram 5 anos para conseguir o desenvolvimento de um prottipo comercial. Felix Wankel desenvolveu o motor de pisto rotativo, que funcionou com sucesso pela primeira vez em 1957. Mais adiante descrito o princpio de funcionamento deste motor.A figura mostra um motor alternativo, de quatro cilindros, em corte. De fabricao FIAT. Possui um sistema de ignio por velas. Os cilindros esto contidos no bloco do motor. O bloco tradicionalmente feito em ferro fundido, devido a sua resistncia e baixo custo. As passagens para gua de resfriamento se encontram tambm no bloco. O carter, na base, contm a rvore de manivelas, que assenta nos apoios (mancais). Os mbolos dos cilindros esto ligados arvore por meio das bielas.O cabeote do motor contm as vlvulas de admisso e exausto, o mecanismo para abri-las e as molas para fech-las, assim como os condutos de admisso e escapamento, e normalmente, tambm as cmaras de combusto.O controle de apertura e fechamento das vlvulas feito atravs de um balancim. Este balancim, por sua vez controlado pela rvore de comando de vlvulas. A rvore de comando de vlvulas tm seu movimento sincronizado com a rvore de manivelas atravs de uma correia que une as duas.

Dependendo do enfoque, os motores podem ser classificados segundo suas caractersticas. A tabela anexa mostra uma classificao segundo a sua aplicao. Mas outros critrios podem ser utilizados:Projeto bsico: motores alternativos (com diferentes arranjos dos cilindros: em linha, em V, radiais, opostos), motores de cilindro rotativo (tipo Wankel).Ciclo de funcionamento: de 4 tempos: naturalmente aspirado (admisso: ar a presso atmosfrica); supercarregados (admisso: mistura ar+ combustvel previamente comprimida); turbo carregados ( admisso: mistura ar+combustvel comprimida num compressor movido por uma turbina, por sua vez movida pelos gases de exausto do prprio motor). De 2 tempos: pode tambm ser supercarregado ou turbo carregado. Combustvel: gasolina, leo Diesel, gs natural, gs liquefeito de petrleo, metanol, etanol, hidrognio, duais (pode trabalhar com dois combustveis).Mtodo de preparao da mistura ar+combustvel: carburao, injeo de combustvel na janela ou no duto de admisso, ou diretamente nos cilindros do motor. Mtodos de ignio: ignio por centelha, (em motores convencionais, onde a mistura ar+combustvel uniforme ou em motores de carga estratificada, onde a mistura no uniforme), ignio por compresso (motores Diesel convencionais, e tambm em motores a gs, quando utiliza a injeo piloto de outro combustvel). Projeto da cmara de combusto: cmara aberta (tipos diversos: hemisfrica, triangular ou em cunha, em banheira, bowl-in-piston ou seja a parte superior da cabea do pisto tm a forma de uma concavidade, etc.), cmara dividida (pequenas e grandes cmaras auxiliares, de tipos diversos, de swirl, tais que produzem um movimento rotacional da carga, pr-cmaras, etc.)Mtodo de controle da carga: estrangulamento do fluxo de ar e combustvel conjuntamente, de modo que a composio da mistura no muda, controle do fluxo de combustvel somente, ou uma combinao de ambos. Mtodo de resfriamento: resfriamento por gua, por ar, ou resfriamento somente por conveco e radiao naturais. Dentre estas caractersticas, o mtodo de ignio um aspecto fundamental para definir o projeto de um motor, assim como o ciclo de operao, de 4 tempos ou 2 tempos e o tipo de resfriamento. A partir dali segue a definio de outras, pela ordem: caractersticas do combustvel a ser utilizado, mtodo de preparao da mistura ar+combustvel, projeto da cmara de combusto, mtodo de controle da carga, detalhes do processo de combusto, emisses.

Nos motores de ignio por centelha o ar e o combustvel so misturados antes de entrar no cilindro, a mistura feita no sistema de injeo. O sistema de injeo tambm controla que a relao combustvel/ar seja mantida num nvel adequado ao tipo de motor. O tipo mais antigo de sistema de injeo o constitudo pelo carburador (ainda em uso nos carros antigos em circulao). Neste, o ar entra a travs de um Venturi, na garganta do Venturi acontece uma diminuio da presso que chupa o combustvel da cuba do carburador, o prprio movimento do ar pulveriza o combustvel e o transporta. A vazo da corrente de ar por sua vez controlada pela borboleta, acionada pelo acelerador. Quando a borboleta se encontra pouco aberta, o sistema de admisso praticamente no consegue funcionar, necessrio um outro sistema, chamado de marcha lenta , o combustvel passa a ser admitido pela parte inferior, j que com a borboleta quase fechada, se produz vcuo nesta regio.

Sistemas eletrnicos de injeo de combustvel foram definitivamente incorporados a todo tipo de veculo na dcada passada. O da figura os sistema da Bosch, denominado L-Jetronic. A vlvula de injeo de combustvel se encontra no tubo de admisso, antes da vlvula de admisso no cilindro, depois da entrada de ar. No sistema da figura podem ser observadas as variveis que so medidas e cujo sinal levado ao sistema de controle: presso, fluxo de ar, temperaturas, este sistema por sua vez envia o sinal que controla a apertura da vlvula de admisso de combustvel.O sistema de injeo trabalha em consonncia com o sistema de ignio dos cilindros, tambm monitorado eletronicamente.

O sistema de injeo Diesel consiste numa bomba de injeo, tubulaes e bicos injetores de combustvel. Um tipo de sistema o apresentado na figura. A bomba de combustvel o envia ao sistema de vlvulas, passando antes por um filtro. Este sistema possui uma vlvula para cada cilindro. A entrada de combustvel controlada por uma mola, as vlvulas operam por diferena de presso.O sistema mostrado na figura o da Rodags Equipamentos Automotivos a G.L.P. Ltda, e as informaes que seguem foram tiradas do site da empresa: www.rodagas.com.br .O sistema consiste num tanque provido de uma vlvula que garante sua segurana, de uma vlvula de abastecimento, de um redutor, um atuador e um misturador. Este sistema vendido com um mdulo eletrnico de controle. O cilindro fabricado segundo as normas ISSO-4705, NBR 12790 DOT 3AA, o gs nele transportado tm uma presso de 200 bar. Este cilindro provido de uma vlvula de segurana e uma caixa estanque.O redutor tem a importante funo de reduzir (e estabilizar) a presso do gs de 200 bares para 1 bar. Suporta uma vazo mxima de 30 Nm3/h. No misturador efetuada a mistura do combustvel com o ar.O atuador, controlado por um sistema eletrnico, monitora a mistura ar/combustvel.

. Esta figura, quando em movimento, mostra o princpio de funcionamento de um motor Diesel , (colocar em modo apresentao de slides). A alma de um motor so os seus cilindros+ sistema viela-manivela. O movimento do pisto dentro do cilindro determina o funcionamento do motor. Quando o pisto sobe, ele no alcana o topo do cilindro, seno que deixa um espao, este espao vir a constituir a cmara de combusto (cmara aberta). O volume varrido pelo pisto no seu movimento denominado cilindrada. A maior parte dos motores alternativos tm um ciclo de 4 tempos, que implica em duas idas e voltas do pisto, e duas voltas do sistema viela-manivela, para completar o ciclo termodinmico. Tanto os motores de ignio por centelha quanto os Diesel tem um ciclo de 4 tempos, constitudo pelos processos:1.- admisso: o pisto se movimenta do topo base, permitindo a entrada de ar, a vlvula de admisso abre-se um pouco antes do pisto iniciar seu movimento e fecha-se justo antes de terminar.2.- compresso: o pisto se movimenta da base ao topo, comprimindo a mistura fresca ou somente o ar.3 Injeo do combustvel.4 Ignio do combustvel. 5 .- Expanso motora: os gases de combusto se expandem, realizando trabalho sobre o pisto, que se movimenta do topo base. As vlvulas de admisso e escape esto fechadas.6.- Escape: o pisto retorna ao topo, abre-se a vlvula de exausto, os gases de combusto saem, seja diretamente ao sistema de escapamento, ou passando previamente por uma turbina de acionamento do sistema de supercarregamento.

A alma de um motor so os seus cilindros+ sistema viela-manivela. O movimento do pisto dentro do cilindro determina o funcionamento do motor. Quando o pisto sobe, ele no alcana o topo do cilindro, seno que deixa um espao, este espao vir a constituir a cmara de combusto (cmara aberta). O volume varrido pelo pisto no seu movimento denominado cilindrada. A maior parte dos motores alternativos tm um ciclo de 4 tempos, que implica em duas idas e voltas do pisto, e duas voltas do sistema viela-manivela, para completar o ciclo termodinmico. Tanto os motores de ignio por centelha quanto os Diesel tem um ciclo de 4 tempos, constitudo pelos processos:1.- admisso: o pisto se movimenta do topo base, permitindo a entrada de uma mistura fresca de ar+ combustvel , ou somente ar, a vlvula de admisso abre-se um pouco antes do pisto iniciar seu movimento e fecha-se justo antes de terminar.2.- compresso: o pisto se movimenta da base ao topo, comprimindo a mistura fresca ou somente o ar.- Combusto: nos motores em que o combustvel injetado diretamente no cilindro (motores Diesel), a injeo de combustvel acontece neste ponto. No caso de motores de ignio por centelha, a ignio acontece tambm quase no final da compresso. Em qualquer caso, a combusto inicia-se no final do processo de compresso. 3.- Expanso motora: os gases de combusto se expandem, realizando trabalho sobre o pisto, que se movimenta do topo base. As vlvulas de admisso e escape esto fechadas.4.- Escape: o pisto retorna ao topo, abre-se a vlvula de exausto, os gases de combusto saem, seja diretamente ao sistema de escapamento, ou passando previamente por uma turbina de acionamento do sistema de supercarregamento.

A alma de um motor so os seus cilindros+ sistema viela-manivela. O movimento do pisto dentro do cilindro determina o funcionamento do motor. Quando o pisto sobe, ele no alcana o topo do cilindro, seno que deixa um espao, este espao vir a constituir a cmara de combusto (cmara aberta). O volume varrido pelo pisto no seu movimento denominado cilindrada. A maior parte dos motores alternativos tm um ciclo de 4 tempos, que implica em duas idas e voltas do pisto, e duas voltas do sistema viela-manivela, para completar o ciclo termodinmico. Tanto os motores de ignio por centelha quanto os Diesel tem um ciclo de 4 tempos, constitudo pelos processos:1.- admisso: o pisto se movimenta do topo base, permitindo a entrada de uma mistura fresca de ar+ combustvel , ou somente ar, a vlvula de admisso abre-se um pouco antes do pisto iniciar seu movimento e fecha-se justo antes de terminar.2.- compresso: o pisto se movimenta da base ao topo, comprimindo a mistura fresca ou somente o ar.- Combusto: nos motores em que o combustvel injetado diretamente no cilindro (motores Diesel), a injeo de combustvel acontece neste ponto. No caso de motores de ignio por centelha, a ignio acontece tambm quase no final da compresso. Em qualquer caso, a combusto inicia-se no final do processo de compresso. 3.- Expanso motora: os gases de combusto se expandem, realizando trabalho sobre o pisto, que se movimenta do topo base. As vlvulas de admisso e escape esto fechadas.4.- Escape: o pisto retorna ao topo, abre-se a vlvula de exausto, os gases de combusto saem, seja diretamente ao sistema de escapamento, ou passando previamente por uma turbina de acionamento do sistema de supercarregamento. Neste desenho pode ser apreciado o mecanismo bsico de acionamento de um motor, o cilindro, onde acontece a queima do combustvel, acionado pela prpria queima realiza um movimento vertical. Atravs de um brao est ligado ao virabrequim. O virabrequim tem a importante funo de transformar o movimento vertical num movimento rotativo. Nesta figura, quando em movimento, pode ser apreciado como efetuado o acionamento das vlvulas do motor. Acionamento ligado ao virabrequim. (Colocar em modo apresentao de slides) No motor de 2 tempos, o ciclo completo cumprido com apenas dois deslocamentos do pisto, um do topo para a base e outro em sentido contrrio. No motor da figura observamos que a admisso e exausto feita por janelas, que so abertas devido ao deslocamento do prprio pisto. Comeando pela primeira figura da esquerda, pode observar-se que a combusto acabou de acontecer, tendo iniciado o perodo de expanso dos gases, com o deslocamento do pisto em direo base, ao mesmo tempo, pela janela inferior esquerda est sendo admitida a mistura fresca de ar+combustvel, na cmara inferior. Na segunda figura pode ver-se que quando o pisto est perto da base, libera a janela da esquerda, acima, para a exausto dos gases. Na terceira figura pode observar-se que quando o pisto chega na base, libera a janela da direita, C, para entrada da mistura fresca no pisto. Na quarta figura o pisto est retornando ao topo. Logo depois que a janela C for fechada, estando o pisto perto do topo, atuar a ignio, acendendo a mistura e produzindo a combusto. Observe-se que neste tipo de motor, a admisso da mistura fresca coincide com o final da exausto, devido a isto acontece uma mistura da mistura fresca com os gases de combusto, o que diminui o desempenho dele. Um porm deste motor que o combustvel passa pelo sistema viela manivela. Desde os anos 20, tem sido feitos esforos no sentido de desenvolver motores hbridos que combinassem as melhores caractersticas dos motores de ignio por centelha (ciclo Otto) e os Diesel. O objetivo maior era operar numa razo de compresso alta, que garante maior eficincia (na faixa de 12 a 15). As propostas incluam:- injeo do combustvel diretamente na cmara de combusto, no final do processo de compresso (Isto no d para fazer com gs natural)- ignio do combustvel no momento em que ele mistura com o ar, atravs de uma vlvula de ignio. - controle do nvel de potncia do motor atravs do controle da quantidade de combustvel injetado (mantendo as entradas de ar abertas)Motores mais eficientes no seu projeto facilitam tambm a adaptao para funcionar com mltiplos combustveis. Um inconveniente dos combustveis gasosos que ocupam muito espao no cilindro na admisso, por este motivo que normalmente um motor adatado apresenta um torque menor. Mas o gs natural um bom combustvel, de alta octanagem, pelo que esto sendo desenvolvidas pesquisas para o desenvolvimento de motores prprios para gs.Os motores Diesel convertidos para gs natural precisam continuar queimando leo Diesel numa proporo de no mnimo 15 a 20 %.

Os motores que trabalham com as premissas antes mencionadas so chamados de carga estratificada. As cmaras de combusto destes motores (parte superior do pisto) tm um projeto apropriado, na forma de um ou dois lbulos que produzem correntes recirculantes, para facilitar a mistura do ar e do combustvel.

Est se tornando cada vez mais popular a utilizao de motores com supercarregamento, na figura so apresentados os dois tipos de dispositivos utilizados a este fim. O carregamento consiste basicamente na compresso prvia do ar antes de ser introduzido no motor. Com este recurso, se aumenta a carga (ar+combustvel) do motor em cada golpe de pisto, por conseqncia aumenta-se sua potncia, porm, sem mudana das dimenses dos cilindros, ou do nmero deles.Nas figuras so mostradas as duas possibilidades bsicas de efetuar a compresso do ar no motor.O supercarregamento consiste num compressor acionado pelo prprio motor. No segundo sistema, o compressor acionado por uma turbina. A turbina por sua vez acionada pelos gases de escape do prprio motor. Neste segundo caso pode ter-se um sistema mais complexo, sendo que a compresso pode acontecer em dois estgios, a turbina tambm pode incluir dois estgios, os dois com resfriamento intermedirio, alm de um resfriamento depois do compressor. No dois casos conveniente resfriar o ar que sai do compressor, devido a que este se aquece na compresso e conseqentemente sua densidade cai, com o que perderia eficincia para atingir o objetivo perseguido.No primeiro caso, o sistema de exausto do motor convencional, com os gases saindo a uma presso levemente superior (aproximadamente 10%) presso atmosfrica.No segundo caso os gases devem sair do motor num nvel de presso mais alto para ainda dar conta de movimentar a turbina.Nos dois casos o motor passa a trabalhar a temperaturas mais altas, j que tendo admitido maior carga no cilindro, depois da combusto, a mistura de gases queimados atingir uma temperatura maior. possvel ter tambm sistemas combinando os dois anteriores, incluindo duas etapas de compresso, uma acionada pelo motor e outra por uma turbina. Com resfriamento intermedirio no compressor. Esta imagem foi tirada de uma apresentao cedida pela empresa Volkswagen. A apresentao foi feita numa Semana da Engenharia Mecnica na Fac. De Eng. Mecnica, UNICAMP, em 31/10/2000. Denominada (por eles) SAE00.1Na imagem mostrado o sistema de compressor desenvolvido para o carro GOL 1.0. direita, acima, se observa o medidor de massa de ar, por onde passa o ar ao entrar ao sistema. Este medidor est ligado ao sistema de controle de admisso de combustvel. Depois de passa pelo medidor o ar passa pelo turbocompressor, onde pode ter sua presso aumentada em at 140 %. Dal passa pelo resfriador (intercooler), tm sua temperatura medida pelo sensor de temperatura, passa pela borboleta, que controla o fluxo de ar, entra no motor, onde recebe a injeo de combustvel, para finalmente entrar no cilindro pela vlvula de admisso.Depois que acontece a compresso e ignio, os gases saem, na exausto, passando na sua sada pelo outro lado (turbina) do turbocompressor, sando depois para a atmosfera.Na sada dos gases podemos observar dois equipamentos: antes do turbo, a vlvula de waste gate, que uma vlvula que permite jogar diretamente para a atmosfera parte dos gases de exausto, e depois do turbo, tem-se o sensor de oxignio, que controla as condies em que est acontecendo a queima no motor. Este desenho, tirado da mesma fonte do slide anterior, d uma idia espacial de cada parte do sistema turbocompressor. A vantagem deste sistema que entrando o ar comprimido e esfriado no cilindro, pode ser admitido mais ar no mesmo. Com o mesmo tamanho de cilindro pode ter-se um motor mais potente. O motor passa a trabalhar a mais alta presso dentro do cilindro. A exausto tambm acontece a uma presso mais alta para ter energia suficiente para motorizar a turbina.Esta imagem foi tirada de uma apresentao cedida pela empresa Volkswagen. A apresentao foi feita numa Semana da Engenharia Mecnica na Fac. De Eng. Mecnica, UNICAMP, em 31/10/2000. Denominada (por eles) SAE00.1

Este desenho uma outra verso da mesma idia apresentada nos slides anteriores. A figura acima ilustra o funcionamento de um tipo de sistema de motor turbinado. O fluxo de ar entra em (1) e passa atravs do compressor (2) , pelo interresfriador (3) e pelo carburador , ou sistema de injeo, (4), entra no cabeote do motor (5) e admitido no cilindro atravs da vlvula (6). Depois do ciclo no cilindro, saem os gases produto da combusto pela vlvula (7), passam pelo tubo (8) e entram na turbina (9), acionando ela. Finalmente saem pelo tubo de sada (10), controlados pelo sistema (11), por sua vez controlado pelo regulador de presso (12).

Este motor possui duas partes rotativas: o rotor de forma triangular (que faz as vezes de um pisto) e o eixo do mesmo, com o excntrico. Os diferentes processos dos motores a pisto so produzidos neste nos espaos delimitados entre o rotor e as paredes da cmara de forma epitrocoidal, que o contm. Estes espaos devem ser muito bem vedados, para que os processos aconteam com os gases dentro deles, durante a rotao do rotor, sem fugas de um espao a outro. Observando a primeira figura esquerda (em baixo), v-se que est sendo realizada a admisso no espao dentro dela.O motor continuou seu giro....Na segunda figura, v-se que est acontecendo a compresso da mistura fresca, que agora foi levada ao espao seguinte, no final da compresso acontece a ignio, na quarta figura aparece a expanso, no espao esquerda, agora, e finalmente a exausto quando a janela aberta para esse espao, pelo prprio deslocamento do pisto. Observar que paralelamente o processo v acontecendo tambm nos outros espaos. Este tipo de motor est sendo fabricado pela MAZDA, fbrica japonesa.Felix Wankel nasceu em Alemanha, na regio de Swabia (onde tambm nasceram Otto, Daimler e Benz), em 1902. Terminou sua educao formal (high school) aos 19 anos. Concebeu a idia do motor rotativo em 1924. Fez solicitao de vrias patentes, mas a mais importante foi feita em 1933, relativa a seu motor rotativo, em 1936 recebeu a patente. Wankel foi prisionero dos nazis por um curto perodo, e depois da II guerra, dos franceses. No intermdio trabalhou no desenvolvimento de bombas rotativas e outras mquinas. Finalmente em 1957 conseguiu construir um motor, o que rodou em julho de 1958, produzindo 21hp. Em 1969 nomeado Honorary Doctorate from Technische Universitt Mnchen. Recebeu depois vrias outras honrarias em Alemanha e em USA. Morreu em outubro de 1988.Seu motor atualmente fabricado pela MAZDA, empresa japonesa, que o incluiu num novo modelo apresentado em 2000.

A partir dos anos 40 inicia-se a preocupao com a poluio produzida pelos motores de combusto interna. Em 1952, o Prof. A J Haagen-Smith demonstra que o smog produzido por reaes de xidos de nitrognio com hidrocarbonetos, na presena de luz solar.Durante a dcada de 1970 - 80 houve uma grande alta no preo dos combustveis, sendo que ao mesmo tempo surgiu a questo da disponibilidade do petrleo a longo prazo. Aconteceram ento presses para o melhoramento dos motores tanto no que diz respeito a sua eficincia quanto diminuio de emisses.A remoo ou reduo da utilizao de chumbo como aditivo tambm foi colocada, isto forou a reduo da razo de presses nos motores e abriu um grande campo para a utilizao de combustveis alternativos, no baseados em petrleo: gs natural, metanol e etanol (lcoois metlico e etlico); assim como gasolina e leo diesel sintticos, obtidos a partir de carvo e tambm, hidrognio.No Brasil se usa o etanol como aditivo para aumentar a octanagem do combustvel, no se usa chumbo tetraetila. O gs natural tem alta octanagem, no precisa de aditivos. O texto acima um exemplo das reas abertas de pesquisa e desenvolvimento dentro da grande rea de motores alternativos. Texto obtido em: General Motors - Research & Development.htmTextos cedidos por Ricardo Wilson Cruz, professor da Universidade Estadual do Amazonas (Manaus, AM). Contact: Sherif El Tahry, Lab Group Manager Powertrain Systems Research Lab GM R&D Center, MC 480-106-354 30500 Mound Road, Warren, MI 48090 Telephone: (810) 986-0034 Fax: (810) 986-0176 Sherif.h.eltahry@gm.com Contact: Paul Najt Lab Group Manager Powertrain Systems Research Lab GM R&D Center, MC 480-106-252 30500 Mound Road, Warren, MI 48090 Telephone: (810) 986-0889 Fax: (810) 986-0176 Paul.m.najt@gm.com Um site com algumas informaes descritivas bsicas, sobre todos os aspectos do motor (inclui bom material grfico, e animaes):http://auto.howstuffworks.com/engine.htm