autor - grupo nt · 2018. 1. 31. · autor robson guedes de sousa mestrando em ciências mecânicas...

AutorRobson Guedes de Sousa Mestrando em ciências mecânicas pela Universidade de Brasília (UnB), graduado em Engenharia Mecânica e de Automóveis pela Faculdade de Engenharia Industrial (FEI), no estado de São Paulo, o primeiro e um dos mais bem conceituados cursos superiores desta área no Brasil. É também diplomado como Técnico em Mecatrônica pela Escola Técnica Estadual (ETE) Lauro Gomes, também em São Paulo. Atua no segmento automotivo desde 1999, trabalhou como projetista técnico no desenvolvimento de autopeças em multinacionais de grande porte, fabricantes de componentes automotivos, e atuou como engenheiro de projetos e engenheiro de produtos no segmento de fabricação de automóveis em uma das maiores montadoras de veículos do mundo, a General Motors. Possui experiência como perito judicial em engenharia mecânica automotiva, prestando serviços para o Tribunal de Justiça do Distrito Federal e Territórios (TJDFT).

CoautorGlauco Bueno da Silva Graduado em Engenharia Mecânica pela Universidade de Brasília (UnB), pós-graduado em Engenharia de Segurança do Trabalho pelo Instituto Laboro – Universidade Estácio de Sá, e também em Docência do Ensino Superior pela FACTED Brasília. Especialista em gestão de frotas de veículos leves e pesados, desenvolvimento de projetos de revitalização de veículos militares e especiais, gestão de manutenção industrial leve e pesada. Atua como consultor autônomo nas áreas de segurança do trabalho em altura, segurança de máquinas com foco em oficinas metalúrgicas e oficinas mecânicas veiculares pesadas e leves. Possui experiência como docente nas disciplinas de matemática e física nos níveis fundamental e médio, dinâmica das organizações no nível superior e formação e treinamento de Cipas e SESMTs.

RevisãoClícia SilveiraNT Editora

Projeto GráficoNT Editora

Editoração EletrônicaNT Editora e Figuramundo

IlustraçãoDaniel de Almeida MottaRodrigo Souza da Silva

CapaFiguramundo

NT Editora, uma empresa do Grupo NTSCS Q. 2 – Bl. D – Salas 307 e 308 – Ed. Oscar NiemeyerCEP 70316-900 – Brasília – DFFone: (61) 3421-9200 [email protected]

V 1.0

Todos os esforços foram feitos para creditar devidamente os detentores dos direitos das imagens utilizadas nesse livro. Eventuais omissões de crédito e copyright não são intencionais e serão devidamente solucionadas nas próximas edições, bastando que seus proprietários contatem os editores.

Motores de Combustão Interna. / NT Editora.

-- Brasília: 2014. 192p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm.

ISBN - 978-85-8416-053-2

1. Motor; 2. Ciclo Otto; 3. Combustão interna.

Copyright © 2014 por NT Editora.

Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou

outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora.

LEGENDA

ÍCONES

Prezado(a) aluno(a),Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o ajudará a compreender melhor o conteúdo abor-dado e também como fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo:

Saiba MaisEste ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidi-ano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado.

ImportanteO conteúdo indicado com este ícone tem bastante importância para seus es-tudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor.

DicasEste ícone apresenta dicas de estudo.

Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas.

Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro.

Bons estudos!

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Sumário

1. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA .................................................................. 71.1 Breve histórico dos motores .........................................................................................................71.2 Definição de motor de combustão interna (MCI) .................................................................91.3 Classificação dos motores de combustão interna ..............................................................10

2. MOTORES DO CICLO OTTO .................................................................................. 272.1 Revisão do conceito do motor do ciclo Otto........................................................................272.2 Funcionamento do ciclo Otto ....................................................................................................282.3 Visão geral dos componentes e subsistemas integrados em um motor ...................44

3. BLOCO DO MOTOR E CÁRTER DE ÓLEO ............................................................. 483.1 Localização e função do bloco do motor ..............................................................................493.2 Características construtivas ........................................................................................................513.3 Galerias de lubrificação e circuito de arrefecimento .........................................................533.4 Cilindros de combustão ...............................................................................................................563.5 Mancais de assentamento do virabrequim ..........................................................................573.6 Juntas, gaxetas e retentores .......................................................................................................583.7 Filtros de óleo e água ....................................................................................................................613.8 Localização e função do cárter de óleo ..................................................................................63

4. VIRABREQUIM, PISTÕES, BIELAS, CASQUILHOS E VOLANTE DO MOTOR ..... 674.1 Virabrequim ......................................................................................................................................684.2 Pistões, bielas e anéis de pistão ................................................................................................714.3 Casquilhos e rolamentos .............................................................................................................764.4 Volante do motor............................................................................................................................794.5 Polia do motor .................................................................................................................................804.6 Conjunto montado ........................................................................................................................81

5. CABEÇOTE ............................................................................................................. 875.1 Localização e função do cabeçote do motor .......................................................................885.2 Eixo de comando de válvulas ....................................................................................................915.3 Eixos de balanceamento do conjunto (ante vibração) .................................................. 1045.4 Engrenagens, correias e correntes de distribuição ......................................................... 1055.5 Válvulas de admissão e escape ............................................................................................... 1075.6 Relação entre diagramas de queima e folga de regulagem de válvulas ................. 1105.7 Lubrificação do conjunto ......................................................................................................... 111

5Motores de Combustão Interna

6. ADMISSÃO DE AR E SISTEMA DE ESCAPE ...................................................... 1156.1 Sistema de admissão de ar .....................................................................................................1166.2 Sistema de escape ......................................................................................................................126

7. ALIMENTAÇÃO E GERENCIAMENTO DA INJEÇÃO ......................................... 1347.1 Localização e funções ...............................................................................................................1397.2 Tanques, linhas e filtros de combustível ............................................................................1427.3 Sistema eletrônico de injeção de combustível ................................................................1487.4 Funcionamento do sistema de injeção ..............................................................................158

8. SISTEMA DE ARREFECIMENTO E SISTEMAS PERIFÉRICOS DO MOTOR ...... 1648.1 Sistema de arrefecimento .......................................................................................................1648.2 Sistemas periféricos do motor ...............................................................................................175

GLOSSÁRIO ............................................................................................................ 185

BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................... 192

APRESENTAÇÃO

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Olá! Seja bem-vindo ao Curso de Motores de Combustão Interna!

Neste curso, você terá a oportunidade de aprender conceitos básicos sobre os tipos e o prin-cípio de funcionamento dos motores de combustão interna existentes, com destaque para o motor mais conhecido e utilizado no mundo, o motor de aplicação veicular.

Os motores de combustão interna fazem parte do nosso cotidiano, seja impulsionando veí-culos, como automóveis, motos, caminhões, grandes embarcações, máquinas agrícolas ou gerando energia elétrica, como ocorre em boa parte dos municípios no Brasil.

Alguns tipos de motores serão apresentados de forma introdutória, permitindo que o aluno te-nha uma percepção geral da enorme abrangência deste tema quando consideramos as mais variadas concepções, aplicações e características de funcionamento dos motores de combustão interna.

É muito importante que você se dedique e entenda cada uma das lições antes de iniciar uma nova lição. Isso facilitará o desenvolvimento do seu aprendizado e a compreensão do funcionamento do motor, etapa a etapa. Não deixe de resolver as questões ao final de cada lição, pois só assim você poderá testar os seus conhecimentos sobre o conteúdo já apresentado, antes de prosseguir com o estudo.

Aproveite esta oportunidade para desenvolver os seus conhecimentos!

Bons estudos,

Robson Guedes de Sousa

Glauco Bueno da Silva


Figura 1 – Ilustração do primeiro motor de combustão interna

1. MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

Objetivos

Ao finalizar esta lição, você deverá ser capaz de:

• Conceituarummotordecombustãointerna;

• Apresentarbrevementeassuasprincipaisclassificações;e

• Explicarosprincípiosbásicosdefuncionamento.

Vamosaotrabalho?

1.1 Breve histórico dos motoresAhistóriadosmotores,secontadadesdeoinício,se

integraàhistóriadaprópriafísicaemaisintimamenteàhis-tóriadeumdosramosdafísica,chamadotermodinâmica.

ATermodinâmicaéoramodaciênciafísicaquees-tuda, entre outras grandezas, principalmente as relaçõesentre o calortrocadoeotrabalhorealizado.Deumaformamaissucintaedidática,pode-sedizerqueaTermodinâmi-caestudaasrelaçõesentreatemperaturaeotrabalho,em-boraexistamoutrasgrandezasenvolvidas.

Oprimeiromotordecombustãointernaeraàpólvo-ra,desenvolvidoem1673pelofísicoholandêsC.Huygens,objetivandoo bombeamentode águapara as fontes dopaláciodeVesailles,naFrança,amandodoreiLouisXIV.Ofuncionamentodessemotor,emboracaracterizecombus-tãointerna,erabastantediferentedosmotoresdehoje.

Calor: calor é um termo associado à transferência de energia térmica de um sistema ou corpo físico para outro, em decorrência da diferença de temperatura entre eles.

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Figura 2 – Ilustração do motor a vapor de NewcomenEm1712, o inglêsT.New-comen desenvolveu o primeiromotoravapor,massetratavadeummotordecombustãoexterna,emqueacombustãoerarealiza-daforadomotoreaenergiatér-mica a ser transformada em tra-balhoeraconduzidapelovapor.

Já em 1824, o físico SadiCarnot, considerado o pai datermodinâmica por ter obtidosucesso na apresentação defundamentos termodinâmicos eteoriassobreasmáquinastérmi-cas, escrevia Reflexões sobre a po-tência motriz do fogo, conceitos ligadosaosprincípiosbásicosdefuncionamentodosmotores.

Quase50anosmaistarde,em1876,NikolausOttoconstruiuoprimeiromotoràcombustãodequatrotempos,queemprestaoseunome,omotordecicloOtto.EmboraaideiaoriginaltenhasidodoengenheirofrancêsA.BeaudeRochas,queconcebeuoprincípiodefuncionamentodomotordecombustãointernadequatrotempos,Ottofoioresponsávelpelaprimeirarealizaçãoprática.

Em1897,naAlemanha,surgeomotoraDiesel,batizadocomonomedeseucriador,oenge-nheiroalemãoRudolfDiesel.Em1904,omundoconheciaoprimeironaviomovidoadieseleem1912aprimeiralocomotivaadiesel.

Figura 3 – Ilustração do motor de ciclo Otto

Figura 4 – Primeiro motor do ciclo Diesel

Potência mo-triz: por vezes chamada de força motriz. A potência motriz define-se como a capacidade de mover ou produzir trabalho.

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Daíemdianteodesenvolvimentodosmotoresdecombustãointernaganhounovasaplicaçõeseosavançosemtecnologiasurgiramemintervaloscadavezmaiscurtos,conduzindoahistóriaaosdiasdehoje,emqueosmotoresdosveículospossuemdiversossensoresefuncionamsobasupervi-sãodecomputadores.

Seráquevocêfixouosconceitosiniciais?Vamosexercitar?

Exercitando o conhecimento...

OmotordecombustãointernadenominadoOttorecebeessenomeporquê?

a) FuncionasobosprincípiosdociclotermodinâmicoapresentadoporNicolausOtto,batizadodecicloOtto,emhomenagemaoseucriador.

b)Apenasparadiferenciá-lodomotorDiesel.

...

Se você escolheu a opção “a”, você acertou! Parabéns! O motor Otto tem esse nome porque funciona de acordo com o ciclo termodinâmico conhecido como ciclo Otto, que leva o nome de seu criador.

1.2 Definição de motor de combustão interna (MCI)Antesdeconceituarummotordecombustãointerna,éimportante definir o que são máqui-

nas e máquinas térmicas.Máquinapodeserdefinidacomouminstrumento,aparelho,dispositivoouumconjuntodemecanismoscombinadosdedicadosa transmitirmovimentoe/ou transformarformasdiferentesdeenergiaentre si,porexemplo,energiamecânicaemenergiaelétrica, energiaquímicaemenergiatérmica,energiatérmicaemenergiamecânicaetc.As máquinas térmicas, por suavez,sãomáquinasquepermitemtransformarcaloremtrabalho.

Figura 5 – Exemplo de máquina (esquerda) e máquina térmica (direita)

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Agora,queconhecemosadefiniçãodemáquinaedemáquinatérmica,define-seummotor de combustão interna ou motor à explosãocomoumamáquinatérmicaquetransformaaenergiaquímicapresentenocombustívelemtrabalhomecânico,oudeformaaindamaissimplesedidática,éumamáquinaquetransformacombustívelemmovimento.NosMCI,ofluidodetrabalhoconsistenosprodutosdaprópriacombustão,ouseja,otrabalhoútildomotorérealizadopormeiodaigniçãodamisturaarecombustíveledaconsequenteexpansãodosgasesgeradospelaqueima.

1.3 Classificação dos motores de combustão internaOsmotoresdecombustãointernasãodivididosconformesegue.

De acordo com o tipo de movimento do pistão

Motores alternativos

Otrabalhomecânicoéobtidopelomovimentodevaievemdopistão.

Motores rotativos

Otrabalhomecânicoéobtidopelomovimentoderotação(porexemplo,turbinasagás,mo-torWankel).

Figura 6 – Ilustração de um motor alternativo Figura 7 – Ilustração de um motor rotativo – motor Wankel

Combustível: é qualquer substância que reage com um comburen-te (como o oxi-gênio ou outro qualquer) libe-rando energia em forma de calor, gases e chamas. No MCI, refere-se à gasolina, ao álcool, GLP, GNV, diesel etc.

Combustão: também chamada de queima, é a reação quí-mica entre o combustível e o comburente. No MCI, refere-se à queima do combustível (álcool, GLP, GNV, gasolina, diesel etc.).

Pistão: também chamado de êmbolo, é o componente mecânico do motor, cilíndri-co e de mate-rial metálico, que realiza movimento alternativo dentro dos cilindros do motor.

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Motores de impulso

Trabalhoobtidopelaforçadereaçãoaosgasesexpelidosemaltavelocidadepelomotor(porexemplo,motorajato,foguetes).

Figura 8 – Exemplo de motor de impulso – Turbina

Seráquevocêentendeu?Vamosexercitar?


Osmotoresdecombustãointerna,classificadosdeacordocomotipodemovimentodopistãosãodivididosem:

...

Se você respondeu “alternativos, rotativos e de impulso” você acertou! Parabéns! São essas as classificações dos motores quanto ao tipo de movimento do pistão.

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Importante!

Sãomuitasasdiferenças,osmodeloseosdetalhesenvolvidosnofuncionamentodessestrêsti-posdemotoresdecombustãointerna.Umanoçãogeraldessasclassificaçõeséimportanteparatransmitirapercepçãodequeexistemvariadostiposeconstruçõesdemotoresdecombustãointerna,cadaqualcomcaracterísticaspróprias,queostornammaisadequadosadeterminadasaplicações.Apresentaremdetalhesosconceitoseofuncionamentodecadaumdelesextra-polariaacapacidadedestematerial.Porisso,aolongodestecurso,focaremosnosmotoresdecombustãointernadotipoalternativo,tambémconhecidoscomomotoresdeêmbolooudepistão,osmaisutilizadosnosautomóveisquevemosnasruas.

Nomenclatura relacionada às posições do pistão

Paraentendermelhorosmovimentosdopistão,quedeterminammuitosdosconceitosvistosaseguir,énecessárioentenderanomenclaturareferenteàsposiçõesdopistãonointeriordocilindro.Asduasposiçõesmaisextremas,quedeterminamocursodemovimentaçãodopistãosãochamadasdePMIePMS,conformeilustraafiguraabaixo.

Figura 9 – Nomenclatura das posições do pistão

• PontoMortoInferior(PMI):éaposiçãodacabeçadopistão,quandoesteseencontraomaisdistantepossíveldocabeçotedomotor.

• PontoMortoSuperior(PMS):éaposiçãodacabeçadopistão,quandoesteseencontraomaispróximopossíveldocabeçotedomotor.

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• Cursodopistão(S):éadistânciapercorridaentreoPMIeoPMS.

• Diâmetro(D):doscilindrosdomotor,ondeospistõesestãoalojados.

• V1:éovolumetotalentreoPMIeocabeçotedomotor.

• V2:échamadode“volumemorto”ou“volumedacâmaradecombustão”.Representaovolu-medamisturaarecombustível,quandototalmentecomprimidapelopistão,ouseja,ovolumeentreoPMSeocabeçotedomotor.

Vamosexercitar?


Cursodopistãosignifica:

a) Adireçãoqueopistãosemovimentaenquantosobeedescenocilindro.

b)AamplitudedemovimentodopistãoentreopontochamadoPMIeopontochama-doPMS.

...

Se você escolheu a opção “b”, você acertou! Parabéns! O curso do pistão é a distância entre o ponto morto superior e o ponto morto inferior, pois é de um ponto a outro que o pistão se movimenta continuamente.

De acordo com a disposição e o número dos cilindros

Aalteraçãodadisposiçãodoscilindrospermitequesealteretambémascaracterísticasdimen-sionaisdosmotores,ouseja,podemtornaromotormaiscompactoemaltura,larguraoucomprimen-to.Asprincipaisclassificaçõessãoasseguintes:

• Emlinha

Figura 10 – Motor 4 cilindros em linha Figura 11 – Motor 6 cilindros em linha

Cilindros : são os volu-mes cilíndricos vazados no bloco do mo-tor por onde se movimentam os pistões. Sua porção superior é denominada câmara de combustão ou câmara de explosão e é onde ocorre a deflagração do combus-tível.

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•EmV

Figura 12 – Motor 4 cilindros em V ou motor V4 Figura 13 – Motor 6 cilindros em V ou motor V6

•Opostosouboxer

Figura 14 – Motor Boxer de 4 cilindros Figura 15 – Motor Boxer de 6 cilindros

•Radial

Figura 16 – Cilindros radiais – 5 cilindros Figura 17 – Motor radial 9 cilindros

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Quandovocêouviro termo“motorV6”, saberáquese tratadeummotorcomadis-posiçãodoscilindrosemformatode equeestemotorpossuiumtotalde cilindros.Entendido?

De acordo com o tipo de ignição

Motoresdeigniçãoporfaíscaoucentelha(MIF)–motorOtto

Nestesmotores,énecessárioquehajaumafaíscaparainflamarocombustívelnointeriordomotor.

Figura 18 – Ilustração do centelhamento no interior da câmara de combustão

Figura 19 – Ilustração da ignição por compres-são no interior da câmara de combustão

Motoresdeigniçãoespontâneaouporcompressão(MIE)–motorDiesel

Nestesmotores,ocombustível se inflamaespontaneamenteaoentraremcontatocomoarquentesobfortecompressãonointeriordocilindro,semanecessidadedecentelha.

Saibamais!

Originalmente,osmotoresdecombustãointernaforamconcebidosparaaaplicaçãoemindús-triasenãoemveículos.Elesderivamdasmáquinasavapor,queequipavamtecelagens,navios,guinchoseguindastes.

Centelha: fagulha, faísca ou partícula incandescente.

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DiferençasentreosmotoresciclosOtto(MIF)eDiesel(MIE)

Mecanicamenteofuncionamentodosdoistiposdemotoresnãoapresentamuitasdiferenças.Oprincípiodefuncionamentoébasicamenteomesmo,entretanto,emdecorrênciadaaltataxadecompressãonecessáriaparaa igniçãoespontâneanosmotoresDiesel,elesnormalmentepossuemconstruçãomaisrobustaetrabalhamemregimesderotaçãomenores.AsprincipaisdiferençasentreosciclosOttoeDieselseresumemconformeaseguir:

• Admissãodocombustívelnacâmaradecombustão

NosmotoresconvencionaisdocicloOtto–MIF,amisturaarecombustíveléhomogeneizada antesdaintroduçãonacâmaradecombustão(ouseja,antesdapassagempelaválvuladeadmissão), excetoquandoforummotorcominjeçãodiretadecombustível,casoemqueseadmiteapenasarpelaválvuladeadmissãoeocombustíveléinjetadodiretamentenocilindro,sempassarpelaválvuladeadmissão.

JánosmotoresdocicloDiesel–MIE,háadmissãoapenasdeareocombustívelé injetadoatravésdeumsistemadeinjeçãodealtapressão,devidoànecessidadedeseinjetaroóleoDieselfina-mentepulverizado.Ocombustíveléinjetadoaofinaldocursodecompressãodopistão,e,emfraçãodesegundo,seespalhapelacâmaradecombustãosemisturandoaoar,jácomprimidopelopistãoe,portanto,emaltatemperatura.

• Mododeignição

NosMIF,conformejávimos,aigniçãoéprovocadaporumafaísca.Essafaíscaoucentelhaépro-duzidapelavela,queestáligadaaumsistemaelétrico.NosMIE,acombustãoocorreporautoignição, ouseja,oDieselseinflamaquandosubmetidoàtemperaturadeautoignição(TAI),apósocontatocomoarquente.

OscombustíveisemgeralpossuemvalorestípicosdeTAI,conformemostraafiguraaseguir.

Figura 20 – Tabela de valores típicos de temperatura de autoignição – TAI (°C)

Temperaturadeautoignição–TAI(ºC)

Diesel Etanolhidratado Metanol GasolinaE22

250 420 478 400

• Taxadecompressão

NosMIF,omomentodaigniçãodocombustívelécomandadopelafaísca,portanto,ataxadecompressãoserárelativamentebaixaparanãoprovocaraautoignição.JánosMIE,énecessáriaumataxadecompressãosuficientementeelevadaparaqueacompressãonointeriordocilindroeleveatemperaturaacimadaTAIdocombustível.

• ConceitodeTaxadecompressão

Ataxadecompressãoéumconceitointrínsecodosmotoresdecombustãointerna.Trata-sedarelaçãoentreovolumedacâmaracompletamentedistendida(pistãonaposiçãoinferior)eovolume

Homoge-neizada: derivação de homogêneo.

Válvula de admissão: é um dispo-sitivo que bloqueia ou libera a entra-da de gases nos cilindros do motor.

Autoignição: é quando ocorre a combustão es-pontânea, sem a presença de uma fonte de ignição, como uma faísca. Ocorre quan-do o simples contato do combustível com o com-burente já é suficiente para promover a reação.

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dacâmeracompletamentecomprimida(pistãonaposiçãosuperior).Porexemplo,quandoummotorpossuitaxadecompressãode10:1,significaqueovolumedacâmaraédezvezesmaiorquandoopistãoestánoPontoMortoInferiordoquequandoopistãoestánoPontoMortoSuperior.

Figura 21 – Volume da câmara distendida e comprimida

Afiguraabaixomostraalgunsvaloresdetaxadecompressãonormalmentepraticadosparaosdiferentestiposdecombustível.Entretanto,comopassardotempo,apresençacadavezmaisintensadaeletrônicanosmotorestendeaalteraressarelação.

Figura 22 – Valores típicos de taxa de compressão

Relaçãooutaxadecompressão

MIF MIE

Etanolhidratado GasolinaE22 Diesel

10,0:1até14,0:1 8,5:1até13,0:1 15,0:1até24,0:1

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Saibamais!

Ovolumetotalouacilindradatotaldeummotoréovolumededeslocamentodopistão(doPMIaoPMS)multiplicadopelonúmerodecilindros.Porexemplo,umveículoquepossuaummotorde4cilindroscomcilindradade2.0(litros),possuiumvolumededeslocamentode0,5litroemcadaumdos4cilindros.


Ofenômenodaautoigniçãoétambémconhecidocomo:

a) Igniçãoespontânea. b) Igniçãoesporádica.

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Se você escolheu a opção “a”, você acertou! Parabéns! A ignição espontânea ou autoignição é a situação em que um combustível ou material se incendeia naturalmente ao ser submetido a uma determinada temperatura, mesmo sem a presença de fogo ou de faísca.

De acordo com o ciclo de operação

Motoresalternativosaquatrotempos(4T)

Nosmotoresquatrotempos,umciclodeoperaçãosecompletaapósquatroetapasouquatromovimentosdopistão,apósosquaisociclosereinicia.Naverdade,estasquatroetapassãoprocessosdistintos,conhecidoscomoadmissão,compressão,expansãoeexaustão.Duranteociclodequatrotempos,oeixodomotorrealizaduasvoltascompletas.

Figura 23 – Ciclo de 4 tempos do motor alternativo

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•Tempodeadmissão

Naetapadeadmissão,aválvuladeadmissãoseabreenquantoopistãosemovimentadecimaparabaixo,doPMSaoPMI,criandoumadepressãoquepromoveofluxodosgasesatravésdaválvulaparadentrodacâmara.Ocilindroépreenchidocomamisturaarecombustível,ou,nocasodosMIF,cominjeçãodiretadecombustíveledosMIE,somentecomar.

• Tempodecompressão

Naetapadecompressão,comaválvuladeadmissãofechada,opistãosemovimentadoPMIaoPMS,comprimindoosgasesdentrodacâmara,quepodemseramisturaarecombustível,nocasodosMIFseminjeçãodiretadecombustível,ousomentear,nocasodosMIEoudosMIFcominjeçãodireta.Ocilindroentãoépreenchidocomamisturaarecombustível,ou,nocasodosMIFcominjeçãodiretadecombustíveledosMIE,somentecomar.

Importante!

NosMIEenosMIFcominjeçãodireta,ainjeçãodecombustívelérealizadadiretamentenocilin-dro,duranteacompressãodoar.Éimportantereiterarque,nomotorDiesel(MIE),acompressãoserámaiordoquenomotorOtto(MIF)paraqueatemperaturadeautoignição(TAI)docombus-tívelDieselsejaultrapassada.

• Tempodeexpansão

Naetapadeexpansão,opistãosemovimentadoPMSaoPMI,assimcomonaetapadeadmis-são,masdessavezcomaválvuladeadmissãofechada.

Entreasetapasdecompressãoeexpansão,ocorreaignição/explosãodocombustíveldase-guinteforma:nosMIF,quandoopistãoseaproximadoPMS,aveladeigniçãopromoveacentelhaqueprovocaaigniçãodocombustível.JánoMIE,éinjetadoocombustívelnoarquente,sobaltapressão,provocandoaautoignição.

TantonosMIFquantonosMIE,acombustão/explosãodocombustívelprovocaumgrandeau-mentodapressãoqueimpulsionaopistãoparaoPMI,enquantoosprodutosdacombustão(gases)sofremumprocessodeexpansão.Aetapadeexpansão,dessaforma,éoprocessonoqualrealmenteéproduzidootrabalhoútildomotor.

• Tempodeexaustão/escape

Apósaetapadeexaustão,assimcomonotempodecompressão,opistãonovamentesemovi-mentadoPMIaoPMS,masdessavezcomaválvuladeescapeaberta,expulsandoparaforadocilindroosgasesproduzidosnaqueima.Emseguida,seiniciaumnovociclo4Tpelotempodeadmissão.

- Mapadequeima–motor4T

Omapadequeima,emummotor4T,consistenainteraçãoentreosprocessosemcadacilindrodomotor.Duranteociclo4Tcompleto,opistãopercorreuocursodocilindroquatrovezes,enquantooeixodomotorrealizouduasvoltas.Afigura24representa,emumMCIde4cilindros,ainteraçãoentreostempos.Oeixohorizontalα representaasrotaçõesdoeixodomotor,emqueos720°(duasvoltas)correspondemaumciclocompletodequatrotempos.

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Figura 24 – Interação entre os 4 tempos de um ciclo de operação em um MCI de 4 cilindros

0º 180º 360º 540º 720º

α

Número de cilindros

1 Expansão Escape Admissão Compressão

2 Escape Admissão Compressão Expansão

3 Compressão Expansão Escape Admissão

4 Admissão Compressão Expansão Escape

Ciclosdomotor

Motoresalternativosadoistempos(2T)

Nosmotoresdoistempos,umciclodeoperaçãosecompletaapósduasetapasoudoismovi-mentosdopistão, reiniciando-seemseguida.Analogamenteao funcionamentodomotor4tempos,emqueoeixodomotorrealizaduasvoltasporciclo;nomotor2T,tem-seapenasumavoltadoeixodomotorporciclo.Osprocessoscitadosnomotor4tempos,quaissejam,admissão,compressão,expansãoeexaustão,tambémocorrememummotordoistempos,entretanto,algunsdelessesobrepõememummesmotempooucurso.Ouseja,emummesmodeslocamentodopistãoocorremaisdeumprocesso.

Figura 25 – Motor 2T de ignição por faísca

• 1º tempo

Comopistãonopontomortosuperior(PMS)ecomamisturajácomprimida,saltaafaíscaqueproduzacombustão.Analogamenteaomotor4T,aaltapressãogeradapelaexplosãoprojetaopistãoparaopontomortoinferior(PMI).DuranteocursoentreoPMSeoPMI,opistãocomprimeovolume

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docárter(reservatórioinferior)elevandoapressãoP1atéquedescubraajanelaB,quepossuiafunçãodesaídadeescapedosgasesqueimados.Essesgases,aindasobelevadapressão,escapamnatural-menteparaforadosistema.Aindaduranteodeslocamento,opistãodescobreajanelaC,quepossuiafunçãodeadmissãodamistura.AjaneladeadmissãoCabertapermiteacomunicaçãoentreocárter eocilindro,fazendocomqueanovamistura,atéentãosobpressãonocárter,ocupeocilindroparaumnovocursodecompressão.

Observenafigura25que,emfacedaposiçãodasjanelasdeescapeBeadmissãoC,haveráummomentoduranteoprocessoemqueasduaspassagensestarãosimultaneamenteabertas,possibili-tandoofluxodemisturanova,juntoaosgasesdeescapamento,paraforadosistema.Essefenômenoéconhecidocomo“curto-circuito”entreadmissãoeescape,eseusefeitosvariamemfunçãodaquali-dadedoprojetodasjanelas(admissãoeescape)edacabeçadopistão.

• 2ºtempo

Aolongododeslocamentodoascendentedopistão,doPMIaoPMS,fecha-seajaneladead-missãoC,ajaneladeescapeBe,emseguida,opistãoliberaapassagemA.Emdecorrênciadomo-vimentoascendentedopistãojácomaspassagensB e Cfechadas,écriadaumadepressão(sucção)P1nocárter,quepromoveopreenchimentodocártercommisturanovaatravésdajanelaA,queestáaberta.Note,ainda,queenquantoaascensãodopistãopromoveadepressãonocárter(reservatórioinferior),permitindoaentradadanovamistura,aomesmotemporealizaacompressãodamisturaanteriormenteadmitidanacâmaradecombustão.

Aofimdaascensãodopistão,aoseaproximardoPMS,ocorrenovamenteocentelhamento respon-sávelpelaigniçãodocombustível.Esta,porsuavez,promoveacombustão/explosãogerandoapressãoqueprojetaopistãodoPMSparaoPMI,reiniciandooprocessodeexpansãojádescritono1ºtempo.

- Mapadequeima–motor2Tdeigniçãoporfaísca–MIFouOtto

Omapadequeima, emummotor 2T, consiste na interação entre os processos no cilindro. Duranteociclo2Tcompleto,opistãopercorreuocursodocilindroduasvezes,enquantooeixodomotor(árvoredemanivelas)realizouapenasumavolta.Afigura26representaainteraçãoentreessesprocessos,envolvendoastemperaturasepressõestípicasdoMIFde2T.

Figura 26 – Interação entre os processos de um ciclo de operação em um motor de ignição por faísca (Otto) de 2T

Fase do ciclo Transferência CompressãoCombustão etrabalho

Escape Transferência CompressãoCombustão etrabalho

Escape

Temperaturadosgases°C

20 200a400 2000a2800 500a1200 120 200a400 2000a2800 500a1200

Pressãodogás(bar)

1 5a8 15a30 1a3 1 5a8 15a30 1a3

Posiçãodopistão

0º 90º 180º 270º 360º 90º 180º270º 360º

Rotaçãodaárvore de manivelas

1 2

Cárter: parte inferior do motor que fun-ciona como reservatório de óleo lubrifi-cante.

Centelha-mento: derivação de centelha.

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Motor2Tdeigniçãoporcompressão–MIEouDiesel

Quandosetratadeummotor2TMIE(Diesel),emdetrimentodocárter,aplica-seumamáquinaauxiliarparaaadmissãodamistura,acionadapeloeixodomotor.Umabombadelavagem(compres-sorvolumétrico)éutilizadapara introduzirumagrandequantidadedearpela janeladeadmissão,estearpromoveaexpulsão(exaustão)dosgasesdecombustãopelasjanelasdeescape,sendoumapartedestearretidaquandodofechamentodessasjanelas.

AssimcomoocorrenosMIF2T,opistãocomprimeoaratéoPMS,mascomaelevadataxadecompressãonecessáriaparaaautoigniçãonosmotoresaDiesel.QuandoopistãoseaproximadoPMS,injeta-seocombustívelpulverizadoque,emcontatocomoarquente,queimaespontaneamente.Dessaqueima/explosãosurgeaenergiadeexpansão(pressão)necessáriaparaaproduçãodotrabalhoútil.

Figura 27 – Motor 2T Diesel (MIE) – Concepção com a utilização de válvulas de escape

Principaisdiferençasentreosmotoresde4Te2T

Pelosconceitosdefuncionamentojáapresentados,foipossívelentenderqueosprincípiosre-lacionadosaosprocessosdeadmissão,compressão,expansãoeexaustãoestãopresentestantonosmotores4Tquantonosmotores2T.Adiferençamaisrelevante,comojávimos,estánofatodotraba-lhoútilseralcançadoemapenasdoisdeslocamentosnomotor2T(quecorrespondemaumavoltadoeixodomotor)edanecessidadedequatrodeslocamentosnomotor(quecorrespondemaduasvoltasnoeixodomotor).Essarelaçãoentreaquantidadedevoltasdoeixodomotoréchamadadefatordetempos,paraoqualsedesignaaletrax.

Emrazãodessefator,seesperariaque,emumaúnicarotação,ummotor2Tproduzisseodobrodapotênciadeummotor4T.Entretanto,asdeficiênciasexistentesnosprocessos,emdecorrênciadasuperposiçãodeestágiosnomotor2Timpedemqueissoaconteça.

Outradesvantagemdomotor2Tdecorredautilizaçãodocártercomoalojamentodamisturaarecombustível,nãosendopossívelutilizá-locomoreservatórioexclusivodolubrificante,assimcomoocorrenosmotores4T.Poressemotivo,nosmotores2T,alubrificaçãoérealizadamisturando-seolu-brificanteaocombustívelemumafraçãoaproximadade1:20,ouseja,umapartedelubrificanteparavintepartesdecombustível.

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Atenção!

Emrazãodamisturadelubrificantecomcombustível,osdoisprocessos,tantoodelubrificaçãoquantoodecombustão, tornam-seprecários.Adurabilidadedomotoré comprometidaemdecorrênciadacontaminaçãodolubrificantepelocombustívele,emoutrogiro,acontaminaçãodocombustívelpeloóleolubrificantefazcomqueeste,aoserqueimado,elevesubstancialmen-teaemissãodepoluentesjuntoaosgasesdeescapeproduzidospelomotor.

Omotor 2T, por sua vez, não apresenta só desvantagens quando comparado aomotor 4T. Ociclo2Ttemcomovantagemaconstruçãomaissimples,semousodosistemadeválvulas,oquepermitetorná-lomaiscompactoelevedoqueummotor4Tdemesmapotência.

Vamosexercitar?


Quaissãoosquatroprocessosdeumciclodeoperaçãoemummotor 4T?

...

Se você respondeu admissão, compressão, expansão e exaustão, você acertou! Parabéns!

Resumindo...

Aolongodestalição,vocêconheceuumabrevehistóriasobreodesenvolvimentodosconcei-tostermodinâmicosaplicadosaosmotoresesobreodesenvolvimentodosmotoresdecombustãoin-terna.Aprendeuaconceituarummotordecombustãointernae,ainda,conheceuasclassificaçõesdostiposdemotores,relacionadasaotipodemovimentodopistão,àdisposiçãoeaonúmerodecilindrosdomotor,aotipodeigniçãoeàclassificaçãodeacordocomociclodeoperação.

Seráquevocêatingiutodososobjetivos?

Verifiquesevocêestáaptoa:

• Conceituarummotordecombustãointerna;

• Apresentarbrevementeassuasprincipaisclassificações;e

• ExplicarosprincípiosbásicosdefuncionamentodeumMCI.

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Parabéns,

vocêfinalizou esta lição!

Agora responda àsquestões aolado.

Exercícios

Questão 01–Osmotoresdecombustãointernasãoobjetodeestudomaisexploradoporqualramodafísica?

a) Cinemática,queestudaomovimentodoscorpos.

b)Termodinâmica,queestudaasrelaçõesentretrocadecaloretrabalho.

c) Eletricidade,queestudaosfenômenoselétricos.

d)Ótica,queestudaosfenômenosdaluzedasradiaçõeseletromagnéticas.

Questão02–VocêaprendeuqueosMotoresdeCombustãosãoclassificadoscomomáquinastérmicas.Escolhaaalternativaquemelhorexplicaessadefinição:

a) Sãoequipamentosparaancoramentodenaviosemportos.

b)Sãoequipamentostermicamenteisoladosondenãoentranemsaicalor.

c) Sãoequipamentosparamediçãodetemperaturaambiente.

d)Sãoequipamentosquepermitemtransformaraenergiaquímicacontidanocombus-tívelemtrabalhoeenergiatérmica(calor).

Questão03–OsMotoresdeCombustão InternadosciclosOttoedieselpodemserclassificadosapartirdequaiscaracterísticas?

a) Cornaqualsãopintadassuaspeçasexternas.

b)Seestãoinstaladosemumaindústriaouemumveículo.

c) Quantidadeedisposiçãogeométricadoscilindros,tipodemovimentodospistões,tipodeigniçãoefinalidadedeuso.

d)Posiçãonaqualsãoinstaladosnosveículos.

Questão04–PorqueosmotoresdecicloOttotambémsãoconhecidoscomomotoresdeigniçãoporfaíscaoucentelha(MIF)?

a) Porqueprecisamdeumacentelhaparaqueocorraaqueimadamisturaarecombus-tívelnointeriordascâmarasdecombustão.

b)Porquegerammuitas faíscasdevido à eletricidadeestáticaquandoestão emfuncionamento.

c) Porqueaofuncionar,oatritoentreaspeçasdomotorgerafaíscas.

d)Porquesemprequefuncionapodemosverificarfaíscasnabateriadocarro.

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Questão05–Porqueosmotoresdociclodieseltambémsãoconhecidoscomomoto-resdeigniçãoespontânea(MIE)?

a) PorquetêmtaxadecompressãoemsuascâmarasdecombustãoinferioràdomotorOtto,logoamisturainflamafacilmente.

b)Devidoaomecanismodeignição.Essesmotorespossuemaltataxadecompressão,promovendomaiorelevaçãodetemperaturadamistura,queinflamasemquehajaneces-sidadedefaíscaoucentelha.

c) Otipodecombustívelutilizadoéaltamenteinflamávelenãoprecisadaaçãodecen-telhasoufaíscas.

d)Utilizaoconceitode tochacontínuanacâmaradecombustão,dispensandoqual-quercentelhaoufaísca.

Questão06–Apartirdoaprendizadoaolongodalição,escolhaaalternativacorreta:

a) MotoresdocicloOttoutilizamdieselesãoaplicadosemcaminhõesdegrandecapa-cidadedecarga.

b)Motoresdociclodieselprecisamdeumacentelhaoufaíscaparaprovocaraqueimadamisturaarecombustívelemsuascâmarasdecombustão.

c) Motoresdociclodiesel,tambémconhecidoscomomotoresflex,sãolargamenteapli-cadosemcarrosdepasseio(noBrasil)emotocicletas.

d)OsmotoresdecicloOttoedieselutilizadosnosautomóveissãodequatrotempos,sendooprimeirodeusotípicoemveículosdepasseioeosegundoemaplicaçõesutilitá-riasedecargas.

Questão07–Oqueéataxadecompressãodeummotor?

a) Équantoincidedeimpostodevendasobreummotoremrazãodesuapotência.

b)Éadiferençaentreaentradaesaídadecombustíveldacâmaradecombustão.

c) Éa razãonaqualamassadear/combustívelécomprimidapelopistãodentrodocilindroentreoPMIeoPMS.

d)Éamedidadeprojetoquepermiteareduçãodasdimensõesdomotor.

Questão08–Asfasesdeummotorquatrotempossão:

a) Admissão,compressão,expansãoeexaustão.

b)Admissão,lavagem,vazamentoedescarga.

c) Entradadear,entradadecombustível,mistura,queimaedescarga.

d)Compressão,admissão,escapeequeima.

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Questão09–Asfasesdeummotordoistempossão:

a) Compressãoeescape.

b)Admissãoequeima.

c) Exaustãoeadmissão.

d)Nomotordoistempos,osprocessosdeadmissão,compressão,expansãoeexaustãosesobrepõemparcialmenteunsaosoutros,logo,osdoistemposoufasesreferem-se,tãosomente,aosdoismovimentosdepistão(descidaesubida)duranteumciclocompleto.

Questão10–Segundoosconhecimentosquevocêadquiriu,écorretoafirmar:

a) Osmotores de combustão interna sãomáquinas a vapor que utilizam diferentescombustíveisetêmdiferentesaplicaçõesnosdiasatuais.

b)Osmotoresdecombustãointernasãomáquinastérmicas,utilizamdiferentescombus-tíveis,podemoperaremdoisouquatrotemposesãoamplamenteutilizadasatualmente.

c) Somenteosmotoresdecombustãointernadociclodieselsãoutilizadosemaplica-çõesparaveículosdepasseio.

d)Osmotoresdecombustão internasãoaquelesqueutilizamálcool,gasolinaegásveicular.

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autor - grupo nt · 2018. 1. 31. · autor robson guedes de sousa mestrando em ciências mecânicas...

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