INSTITUTO POLITÉCNICO – CENTRO UNIVERSITÁRIO UNARAFAEL ROBERTO DE ABREU MOURA

MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA

Belo Horizonte01/2015

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Sumário

Resumo.................................................................................. .............................3

Introdução............................................................................................................3

Revisão Bibliográfica...........................................................................................4

Partes e Componentes.......................................................................................4

Tipos de Motores.................................................................................................8

Motores de movimento alternativo.......................................................................8

Motor a 4 tempos a gas-óleo.............................................................................11

Motor a 2 tempos a gasolina..............................................................................14

Motor a 2 tempos a gasóleo..............................................................................16

Conclusão..........................................................................................................18

Referências Bibliograficas.................................................................................19

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Resumo

O artigo propõe as aplicações do motor de combustão interna; e nos tipos

de motores existentes, analisando, funcional e estruturalmente os motores

segundo o tipo de movimento - motores de movimento alternativo, rotativo;

segundo o tipo de combustível utilizado – gasóleo, gasolina e gás; segundo a

forma como é realizada a combustão – por explosão e por compressão; e, por

fim, segundo o ciclo termodinâmico que idealiza o movimento do motor – Ciclo

de Otto, Ciclo Diesel, Ciclo Brayton.

Palavras chave- motor de combustão interna, Ciclo de Otto, Ciclo Diesel,

Ciclo Brayton..

Introdução

Nos motores de combustão interna, o combustível é queimado no

interior do cilindro motor. Os motores a gasolina, a gasóleo, a metano e a gás

líquido pertencem a esta categoria. O motor de combustão interna, que tornou

possíveis meios de transporte como o automóvel, o avião e até veículos

militares, foi evoluindo ao longo do tempo. Em 1860, Ettiene Lenoir registrou a

primeira patente relativa a um “motor de explosão”, a dois tempos. O ciclo a

quatro tempos apenas seria descrito por Alphonse Beau de Rochas, dois anos

depois, em 1862. No entanto, este trabalho não atraiu a atenção de nenhum

fabricante. A produção industrial de motores de combustão interna com ciclos

de quatro tempos iniciou-se em 1976 segundo a patente de Nikolaus Otto e

Eugen Langen. Rudolf Diesel foi o primeiro pesquisador a basear-se no

aquecimento produzido pela compressão do ar para inflamar o combustível,

tendo começado as suas pesquisas em 1890 e obtido, sete anos depois, um

motor operacional. Outro inovador é Louis Renault, fundador do Grupo Renault,

que criou, em 1902, o supercompressor, um sistema que aumenta a eficiência,

na medida em que introduz uma quantidade adicional de oxigénio no motor. A

finalidade deste sistema é semelhante à do turbocompressor, que usa os gases

de escape para fazer girar uma turbina e foi inventado em 1905 por Alfred

Brüchi. Inicialmente, estes motores utilizavam gás como combustível. O

responsável pelo primeiro motor de quatro tempos a gasolina utilizável, que foi

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concebido e projetado em 1885 foi Gottlieb Daimler, um sócio de Otto e de

Langen. Os motores atuais são semelhantes ao motor de Daimler e também ao

de Karl Benz, concretizado no mesmo ano que o anterior.

2 Revisão Bibliográfica

Os motores a combustão interna são aqueles em que o combustível é

queimado internamente. Um mecanismo constituído por pistão, biela e

virabrequim é que transforma a energia térmica (calorífica) em energia

mecânica. O movimento alternativo (vai e vem) do pistão dentro do cilindro é

transformado em movimento rotativo através da biela e do virabrequim. OS

motores de tratores possuem um ou mais cilindros e um correspondente

número de pistões e bielas.

2.1– Partes e componentes

a) Bloco: é a maior parte do motor e sustenta todas as outras partes.

Nele estão contidos os cilindros, geralmente em linha nos motores de tratores

de rodas. São normalmente construídos de ferro fundido, mas a este podem

ser adicionados outros elementos para melhorar suas propriedades.

Alguns blocos possuem tubos removíveis que formam as paredes dos

cilindros, chamadas de “camisas”. Estas camisas podem ser “úmidas” ou

“secas”, conforme entrem ou não em contato com a água de refrigeração do

motor.

Figura1– Bloco do motorFonte: http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust

%C3%A3o-Interna.pdfb) Cabeçote: este componente fecha o bloco na sua parte superior, sendo

que a união é feita por parafusos. Normalmente, é fabricado com o mesmo

material do bloco. Entre o bloco e o cabeçote existe uma junta de vedação.

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Figura 2 – CabeçoteFonte: http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust

%C3%A3o-Interna.pdf

c) Cárter: o cárter fecha o bloco na sua parte inferior e serve de depósito

para o óleo lubrificante do motor. Normalmente, é fabricado de chapa dura, por

prensagem.

Figura3 – CárterFonte: http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust

%C3%A3o-Interna.pdf

d) Pistão (êmbolo): é a parte do motor que recebe o movimento de exp

ansão dos gases. Normalmente, é feito de ligas de alumínio e tem um

formato aproximadamente cilíndrico. No pistão encontram-se dois tipos de

anéis:

d.1) anéis de vedação – estão mais próximos da parte superior (cabeça)

do pistão;

d.2) anéis de lubrificação – estão localizados na parte inferior do pistão e

têm a finalidade de lubrificar as paredes do cilindro. O pistão liga-se à biela

através de um pino. O pino é normalmente fabricado de aço cementado. Figura

6

Figura 4 – Partes do pistãoFonte: http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust

%C3%A3o-Interna.pdf

e) Biela: é a parte do motor que liga o pistão ao virabrequim. É fabricado

de aço forjado e divide-se em três partes: cabeça, corpo e pé. A cabeça é

presa ao pistão pelo pino e o pé está ligado ao virabrequim através de um

material antifricção, chamado casquilho ou bronzina.

Figura 5 – BielaFonte: http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust

%C3%A3o-Interna.pdf

f) Virabrequim: é também chamado de girabrequim ou árvore de

manivelas. É fabricado em aço forjado ou fundido. Possui mancais de dois

tipos:

f.1) excêntricos – estão ligados aos pés das bielas;

f.2) de centro – sustentam o virabrequim ao bloco.

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Figura 6 – VirabrequimFonte: http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust

%C3%A3o-Interna.pdf

g) Volante: é constituído por uma massa de ferro fundido e é fixado no

virabrequim. Acumula a energia cinética, propiciando uma velocidade angular

uniforme no eixo de transmissão do motor. O volante absorve energia durante

o tempo útil de cada pistão (expansão devido à explosão do combustível),

liberando-a nos outros tempos do ciclo (quando cada pistão não está no tempo

de potência), concorrendo com isso para reduzir os efeitos de variação do

tempo do motor.

h) Válvulas: existem dois tipos de válvulas: de admissão e de escape. Elas

são acionadas por um sistema de comando de válvulas. O movimento do

virabrequim é transmitido para o eixo de comando de válvulas por meio de

engrenagens. O eixo de comando de válvulas liga-se por uma vareta ao eixo

dos balancins. Este, por sua vez, é que acionará as válvulas. 9 A abertura e o

fechamento das válvulas estão relacionadas com o movimento do pistão e com

o ponto de injeção, de modo a possibilitar o perfeito funcionamento do motor.

As engrenagens da distribuição podem ter uma relação de 1:2, o que significa

que cada rotação da árvore de manivelas corresponde a meia rotação da

árvore de comando de válvulas.

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Figura 7 – VálvulasFonte: http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust

%C3%A3o-Interna.pdf

i) Partes complementares: são os sistemas auxiliares indispensáveis ao

funcionamento do motor: sistema de alimentação de combustível, sistema de

alimentação de ar, sistema de arrefecimento, sistema de lubrificação e sistema

elétrico.

2.2-Tipos de motores

a) Classificação Segundo o tipo de movimento:

a.a. Motores de movimento alternativo: Os motores de movimento

alternativo, vulgarmente utilizados nos veículos automóveis, têm como princípio

de funcionamento o movimento alternativo do êmbolo no interior do cilindro que

transmite, através da biela, um movimento circular à cambota. A sequência de

operações – admissão, compressão, expansão e escape – realiza-se num ciclo

de 4 movimentos do êmbolo, motor de 4 tempos, ou num ciclo de 2

movimentos do êmbolo, motor de 2 tempos.

Motor a 4 tempos a gasolina:

1º Tempo – Admissão

Válvula de admissão está aberta (válvula esquerda da fig.8);

Válvula de escape está fechada (válvula direita da fig.8).

Ao descer, o pistão aspira a mistura ar-gasolina doseada pelo

carburador (como indica a seta da fig.8).

9

O cilindro da câmara de explosão encontra-se a uma pressão um

pouco mais baixa do que a pressão atmosférica normal.

Fig. 8 – Admissão (alterado de http://www.pion.sbfisica.org)

2º Tempo - Compressão

Válvula de admissão (válvula esquerda da fig.9) e de escape estão

fechadas (válvula direita da fig.9).

O pistão, por efeito da energia cinética acumulada pelo volante na

fase anterior, sobe (sai do PMI – Ponto Morto Inferior) e comprime a

mistura ar-gasolina, como indica a seta da fig.9.

O volume da mistura inicial é reduzido ao volume da câmara de

explosão; conseqüentemente aumenta a pressão.

Fig. 9 – Compressão (alterado de http://www.pion.sbfisica.org)

3º Tempo – Explosão-expansão

10

Válvula de admissão (válvula esquerda da fig.10) e de escape

permanecem fechadas (válvula direita da fig.10).

Um pouco antes de o pistão ter atingido o topo (PMS – Ponto Morto

Superior), salta a faísca da vela de ignição que provoca a inflamação

e combustão da mistura.

A temperatura e a pressão elevam-se bruscamente, atingindo o

máximo valor.

O pistão é empurrado para baixo, como indica a seta da fig.10

Fig. 10 – Explosão-expansão (alterado de http://www.pion.sbfisica.org)

4º Tempo – Escape (ou Descarga)

Válvula de admissão está fechada (válvula esquerda da fig.11);

Válvula de escape é aberta (válvula direita da fig.11).

Antes do pistão ter atingido o fundo do cilindro, PMI, abre-se a válvula

de escape: a pressão, descendo bruscamente ao valor da pressão

atmosférica, imprime aos gases combustíveis a velocidade de saída do

cilindro (escape espontâneo).

O pistão, por efeito da energia armazenada pelo volante, sai do PMI,

como indica a seta da fig.11, e completa o escape dos gases

combustíveis (escape forçado).

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Fig. 11 – Compressão (alterado de http://www.pion.sbfisica.org)

Motor a 4 tempos a gas-óleo:

1º Tempo – Admissão

Válvula de admissão aberta (válvula esquerda da fig.12);

Válvula de escape fechada (válvula esquerda da fig.12).

O pistão, ao descer do PMS, como indica a seta da fig.12, aspira

o ar do exterior que é depurado através da passagem pelo filtro e

enche o cilindro a uma pressão um pouco mais baixa do que a

atmosférica.

Fig. 12 – Admissão (retirado de O Automóvel – Curso Técnico, Vol.1,

Domenico Lucchesi)

2º Tempo – Compressão

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Válvula de admissão (válvula esquerda da fig.13) e de escape

(válvula esquerda da fig.13) estão fechadas.

O pistão, por efeito da energia cinética acumulada pelo volante

durante a fase anterior, sobe do PMI e comprime o ar na câmara

de compressão.

Devido à compressão, a temperatura do ar atinge

aprovimadamente 600ºC.

Fig. 13 – Compressão (retirado de O Automóvel – Curso Técnico, Vol.1,

Domenico Lucchesi)

3º Tempo – Combustão-expansão

As válvulas de admissão (válvula esquerda da fig.14) e de escape

(válvula direita da fig.14) permanecem fechadas.

Um pouco antes de o pistão atingir o PMS, o gasóleo é injectado

numa finíssima pulverização por meio da bomba de injecção.

Dada a elevada temperatura do ar comprimido, o gasóleo inflama-

se espontaneamente (sem necessidade de velas de ignição) e os

produtos da combustão expandem-se impelindo o pistão para

baixo.

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Fig. 14 – Admissão (retirado de O Automóvel – Curso Técnico,

Vol.1, Domenico Lucchesi)

4º Tempo – Escape

Válvula de admissão fechada (válvula esquerda da fig.15);

Válvula de escape (válvula direita da fig.15) aberta.

Antes de o pistão ter alcançado o PMI, abrese a válvula de

escape: os gases queimados são descarregados para a

atmosfera (escape espontâneo).

Devido à energia cinética do volante, o pistão sobe do PMI,

completando o escape dos gases queimados (escape forçado).

Fig. 15 – Escape ( retirado de O Automóvel – Curso Técnico, Vol.1, Domenico

Lucchesi)

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Motor a 2 tempos a gasolina: Estes motores não possuem válvulas

mas sim orifícios ou fendas nas paredes do cilindro Motor:

1 – Cabeça do Cilindro

2 – Orifício de escape dos gases queimados

3 – Orifício de introdução da mistura fresca no cárter

4 – Cárter estanque de pressão

5 – Atletas para o arrefecimento da cabeça do cilindro

6 – Deflector na cabeça do pistão

7 – Orifício de passagem da mistura do cárter.

Fig. 16 – Motor a 2 tempos a gasolina (alterado de O Automóvel –

Curso Técnico, Vol.1, Domenico Lucchesi)

1º Tempo – curso de descida do pistão

Quando ocorre a ignição, a mistura gasolina-ar explode e expande-se,

empurrando o êmbolo para baixo, como indica a seta da fig.17. Depois

do pistão tapar o oríficio a, da figura, exerce uma compressão no cárter

da mistura que foi aspirada no cilindro.

Quando se dirige para o fim do curso de descida, o pistão destapa o

orifício s, como representado na fig.17, pelo qual os produtos da

combustão são expelidos violentamente para o exterior devido à

apreciável diferença de pressão no interior do cilindro e na atmosfera.

Simultaneamente, ou com um pequeno atraso em relação à abertura do

orifício s de escape, o pistão destapa o orifício t de passagem, como

representado na fig.17: a nova mistura comprimida no cárter passa para

o cilindro, permite o escape dos gases residuais (lavagem) e enche o

cilindro.

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Fig. 17 – Motor a 2 tempos a gasolina – 1º tempo - (alterado de O Automóvel –

Curso Técnico, Vol.1, Domenico Lucchesi)

2º tempo – curso de subida do pistão

O pistão, ao subir no sentido da seta na fig.18, tapa primeiramente o

orifício t de passagem e a seguir o s de escape, como indicado na

figura.

A mistura que ainda se conseva no cárter expande-se e a pressão

diminui.

Quando o pistão destapa o orifício a de alimentação, como

representado na fig. 18, a mistura fresca doseada pelo carborador

passa para o cárter devido à depressão criada pelo movimento de

subida do pistão. A pressão no cárter aumenta.

O êmbolo sobe, fechando a janela de escape, s, como é visível na

fig.18 e comprimindo a mistura. Na vela salta a faísca e repete-se o

ciclo.

Figura 18– Motor a 2 tempos a gasolina – 2º tempo (alterado de O Automóvel –

Curso Técnico, Vol.1, Domenico Lucchesi)

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Motor a 2 tempos a gasóleo: Nos motores deste tipo o ciclo é realizado

numa rotação completa da árvore de manivelas ou cambota, isto é,

apenas com dois cursos do pistão, exactamente como acontece nos

motores a gasolina a 2 tempos.

1º tempo – curso de descida do pistão

Um pouco antes de o pistão ter atingido o PMS (Ponto Morto

Superior) na fase de compressão, inicia-se a distribuição do

gasóleo pulverizado. Este, ao entrar em contacto com o ar a alta

temperatura, anteriormente comprimido no cilindro, inflama-se

espontaneamente e expande-se, impelindo o pistão para baixo.

Pouco depois da metade do curso da descida, destapa-se o

orifício de escape (S) e os gases queimados são expulsos para a

atmosfera. Com um leve atraso em relação a S, destapam-se os

orifícios de varredura, pelo que o ar, impelido pelo compressor,

entra no cilindro, completando o escape dos gases queimados e

enchendo o cilindro de ar.

Fig. 19 – Motor a 2 tempos a gasóleo – 1º tempo (alterado de O Automóvel –

Curso Técnico, Vol.1, Domenico Lucchesi)

2º tempo – curso de subido do pistão

Por efeito da energia acumulada no volante durante o curso

anterior, o pistão sai do PMI (Ponto Morto Inferior). Para que o

pistão não feche os orifícios de varredura e de escape, o ar

insuflado pelo compressor completa a varredura e a alimentação

do cilindro. Assim que os referidos orifícios se fecham, inicia-se a

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compressão do ar. Com um pequeno avanço em relação ao PMS,

o gasóleo é injectado e repete-se o ciclo

Fig. 20 – Motor a 2 tempos a gasóleo – 2º tempo (alterado de O Automóvel –

Curso Técnico, Vol.1, Domenico Lucchesi)

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Conclusão

Conclui-se que os motores são de grande importância para a vida das pessoas,

pois elas são dependentes dos veículos seus carros, caminhões, motos e

outros veículos automotores, os quais são movidos por motores de combustão

interna. Para que esses motores funcionem perfeitamente, suas peças

precisam estar alinhadas milimetricamente e com as suas manutenções em

dia, pois o motor é formado por um conjunto de peças, as quais são igualmente

importantes para o seu funcionamento.

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Referências Bibliográficas

 Apostila de Motores a Combustão-Interna, Disponível em: < http://wp.ufpel.edu.br/mlaura/files/2013/01/Apostila-de-Motores-a-Combust%C3%A3o-Interna.pdf r/>

Motores a combustão interna, Disponível em:

<http://paginas.fe.up.pt/~projfeup/cd_2009_10/relatorios/R507.pdf>

Motores a combustão interna, Disponível em:

<http://www.coladaweb.com/fisica/mecanica/motores-de-combustao-interna

LUCCHES,. O Automóvel – Curso Técnico, (2006), Volume 1.