processos de funcionamento dos motores de combustão interna introdução
TRANSCRIPT
Pro
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ss
os
de
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cio
na
me
nto
do
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oto
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de
co
mb
us
tão
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O
bje
tivo
s
Conhecer e identificar os processos de funcionam
ento dos motores, considerando os tem
pos e ciclos
termodinâm
icos. M
oto
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2 te
mp
os
me
câ
nic
os
Os m
otores deste tipo combinam
em dois cursos do êm
bolo as funções dos motores de quatro tem
pos. Assim
, há um curso
motor para cada volta do virabrequim
. Norm
almente esses m
otores não têm válvulas, elim
inando
outros mecanism
os, ou seja, todo o aparato do comando de válvulas. O
cárter, que possui dimensões reduzidas, recebe a
mistura ar +
combustível e o óleo de lubrificação. E
ste deve ser cuidadosamente fechado, pois nele se dá a pré com
pressão da
mistura, conform
e mostrado na F
igura 1.
Fig
ura
1: F
un
cio
na
me
nto
mo
tor 2
tem
po
s
Fonte: M
ahle, 2007 C
iclo
Otto
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u G
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1º te
mp
o –
ad
mis
sã
o e
co
mp
res
sã
o O
êmbolo, ou pistão, dirige-se ao P
MS
,
fechadas, abrindo-se a janela de admissão. C
om o m
ovimento do êm
bolo, gera
cárter e, assim, por diferença de pressão, adm
ite
será utilizada no próximo ciclo. O
virabrequim dá m
eia volta (180º) fechando o ciclo.
Pouco antes de atingir o P
MS
, ocorre a centelha, provocando
pistão. Inicia-se, então, o próximo ciclo.
Pro
ce
ss
os
de
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cio
na
me
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s m
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co
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Conhecer e identificar os processos de funcionam
ento dos motores, considerando os tem
pos e ciclos
Mo
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tem
po
s m
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ân
ico
s
e tipo combinam
em dois cursos do êm
bolo as funções dos motores de quatro tem
pos. Assim
, há um curso
. Norm
almente esses m
otores não têm válvulas, elim
inando
o aparato do comando de válvulas. O
cárter, que possui dimensões reduzidas, recebe a
mistura ar +
combustível e o óleo de lubrificação. E
ste deve ser cuidadosamente fechado, pois nele se dá a pré com
pressão da
1: F
un
cio
na
me
nto
mo
tor 2
tem
po
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cic
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l, ga
so
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GN
V
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mis
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co
mp
res
sã
o
se ao PM
S, com
primindo a m
istura ar + com
bustível. As janelas de escape e carga são
se a janela de admissão. C
om o m
ovimento do êm
bolo, gera-se uma pressão baixa dentro do
rter e, assim, por diferença de pressão, adm
ite-se uma nova m
istura ar + com
bustível + óleo lubrificante, que
será utilizada no próximo ciclo. O
virabrequim dá m
eia volta (180º) fechando o ciclo.
Pouco antes de atingir o P
MS
, ocorre a centelha, provocando a combustão da m
istura e gerando uma força sobre o
Pro
ce
ss
os
de
fun
cio
na
me
nto
do
s m
oto
res
de
co
mb
us
tão
Conhecer e identificar os processos de funcionam
ento dos motores, considerando os tem
pos e ciclos
e tipo combinam
em dois cursos do êm
bolo as funções dos motores de quatro tem
pos. Assim
, há um curso
. Norm
almente esses m
otores não têm válvulas, elim
inando-se o uso de tuchos, hastes e
o aparato do comando de válvulas. O
cárter, que possui dimensões reduzidas, recebe a
mistura ar +
combustível e o óleo de lubrificação. E
ste deve ser cuidadosamente fechado, pois nele se dá a pré com
pressão da
bustível. As janelas de escape e carga são
se uma pressão baixa dentro do
se uma nova m
istura ar + com
bustível + óleo lubrificante, que
a combustão da m
istura e gerando uma força sobre o
2º te
mp
o –
co
mb
us
tão
e e
sc
ap
e
Considerado com
curso de trabalho, iniciando a combustão no P
MS
, por meio de um
a centelha, o êmbolo é forçado até
o PM
I. Durante o curso, o êm
bolo passa na janela de descarga dando vazão aos gases da combustão. A
o mesm
o
tempo, o êm
bolo abre a janela de carga, permitindo que um
a nova mistura ar +
combustível + óleo lubrificante entre no
cilindro preparando-o para o novo ciclo e forçando os gases provenientes da combustão para fora (lavagem
). O
virabrequim, neste prim
eiro tempo, dá m
eia volta (180º).
Cic
lo D
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die
se
l ou
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Fig
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2 F
un
cio
na
me
nto
do
mo
tor 2
tem
po
s –
cic
lo D
iese
l F
onte: Mahle, 2007
Os m
otores Diesel, de dois tem
pos, têm funcionam
ento semelhante ao m
otor de dois tempos a gasolina ou a
álcool. Porém
, admitem
apenas ar puro, geral-mente forçado no interior do cilindro por um
compressor de
baixa pressão (volumétrico). P
ossui também
, um sistem
a de lubrificação forçada idêntica à dos motores de
quatro tempos.
Mo
tor d
e 4
tem
po
s m
ec
ân
ico
s
Cic
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tto –
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no
l, ga
so
lina
ou
GN
V
O prim
eiro tempo, denom
inado admissão, é definido pelo m
ovimento do pistão do P
MS
para o PM
I. Neste
instante, a válvula de admissão se abre, e a m
istura de ar e combustível é vaporizada e aspirada para o
interior do cilindro (Figura 3). O
virabrequim efetua m
eia volta (180°). F
igu
ra 3
: 1º te
mp
o –
ad
mis
sã
o
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006 A
compressão ocorre quando a válvula de adm
issão se fecha. À m
edida que o pistão se desloca para o PM
S,
comprim
e a mistura de com
bustível e ar (Figura 6.4). O
virabrequim executa outra m
eia volta, completando a
primeira volta com
pleta (360°).
Fig
ura
4: 2
º tem
po
– c
om
pre
ss
ão
F
onte: Mercedes B
enz do Brasil, 2006
O tem
po de combustão ocorre pouco antes de o pistão atingir o P
MS
. O sistem
a de ignição transmite
corrente elétrica a vela, fazendo saltar uma centelha entre os eletrodos, o que provoca logo a inflam
ação da m
istura que se encontra fortemente com
primida. O
s gases em expansão resultantes da com
bustão, forçam o
pistão do PM
S para o P
MI (F
igura 6.5). O virabrequim
efetua outra meia volta (540°).
Fig
ura
5: 3
º tem
po
– c
om
bu
stã
o/e
xp
an
são
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006
O tem
po de combustão ocorre pouco antes de o pistão atingir o P
MS
. O sistem
a de ignição transmite
corrente elétrica a vela, fazendo saltar uma centelha entre os eletrodos, o que provoca logo a inflam
ação da tura que se encontra fortem
ente comprim
ida. Os gases em
expansão resultantes da combustão, forçam
o pistão do P
MS
para o PM
I (Figura 6.5). O
virabrequim efetua outra m
eia volta (540°).
co
mb
ustã
o/e
xp
an
são
O tem
po de combustão ocorre pouco antes de o pistão atingir o P
MS
. O sistem
a de ignição transmite
corrente elétrica a vela, fazendo saltar uma centelha entre os eletrodos, o que provoca logo a inflam
ação da tura que se encontra fortem
ente comprim
ida. Os gases em
expansão resultantes da combustão, forçam
o pistão do P
MS
para o PM
I (Figura 6.5). O
virabrequim efetua outra m
eia volta (540°).
O escape é o tem
po decorrido após a queima da m
istura e a expansão dos gases. É o m
omento em
que a
válvula de escape se abre. Os gases queim
ados são forçados para fora do cilindro, quando o pistão se m
ovimenta do P
MI para o P
MS
(Figura 6.6). O
virabrequim executa outra m
eia
volta completa (720°).
Fig
ura
6: 4
º tem
po
– e
sc
ap
e
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006 U
ma vez que o pistão realiza quatro tem
pos
operação é ciclo de quatro tempos.
É im
portante salientar que, nos motores de quatro tem
pos, somente no tem
po de
energia mecânica; os outros três tem
pos são passivos, isto é, absorvem energia.
Te
mp
era
tura
e p
res
sã
o n
o fin
al d
a c
om
pre
ssã
o A
temperatura, no final da com
pressão, é uma função da taxa de com
pressão e da t
(Figura 7).
Fig
ura
7: T
em
pe
ratu
ra n
o fin
al d
a c
om
pre
ss
ão
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006 A
pressão, no final da compressão é um
a função da taxa de compressão e
8).
O escape é o tem
po decorrido após a queima da m
istura e a expansão dos gases. É o m
omento em
que a
válvula de escape se abre. Os gases queim
ados são forçados para fora do cilindro, quando o pistão se M
S (F
igura 6.6). O virabrequim
executa outra meia-volta, com
pletando a segunda
Um
a vez que o pistão realiza quatro tempos – adm
issão, compressão, com
bustão e escape
É im
portante salientar que, nos motores de quatro tem
pos, somente no tem
po de co
mb
ustã
o
energia mecânica; os outros três tem
pos são passivos, isto é, absorvem energia.
Te
mp
era
tura
e p
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al d
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om
pre
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o
A tem
peratura, no final da compressão, é um
a função da taxa de compressão e da t
7: T
em
pe
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om
pre
ss
ão
A pressão, no final da com
pressão é uma função da taxa de com
pressão e da pressão de admissão (F
igura
O escape é o tem
po decorrido após a queima da m
istura e a expansão dos gases. É o m
omento em
que a
válvula de escape se abre. Os gases queim
ados são forçados para fora do cilindro, quando o pistão se volta, com
pletando a segunda
e escape – o nome técnico dessa
co
mb
ustã
o que se produz
A tem
peratura, no final da compressão, é um
a função da taxa de compressão e da tem
peratura de admissão
da pressão de admissão (F
igura
Fig
ura
8: P
res
são
no
fina
l da
co
mp
res
são
F
onte: Mercedes B
enz do Brasil, 2006
Motores que utilizam
o ciclo Otto necessitam
de um sistem
a de ignição. Esse sistem
a é composto
bateria que alimenta a voltagem
induzida pela bobina. A bobina é um
dispositivo capaz de elevar a voltagem
elétrica recebida da bateria para alimentar as velas de ignição.
As velas são dispositivos que prom
ovem as faíscas e estas, pelas altas tensões
comprim
ida no cilindro. As velas de ignição, tam
bém, devem
resistir às mudanças bruscas de tem
peratura e pressão, alta
voltagem, vibração m
ecânica e corrosão química dos gases da com
bustão.
A F
igura 9 mostra o esquem
a de ligação das velas de ignição com o sistem
a elétrico do motor.
Fig
ura
9: E
sq
uem
a e
létric
o d
e lig
aç
ão
da
s v
ela
s d
o m
oto
r cic
lo O
tto F
onte: Mercedes B
enz do Brasil, 2006
Motores que utilizam
o ciclo Otto necessitam
de um sistem
a de ignição. Esse sistem
a é composto
bateria que alimenta a voltagem
induzida pela bobina. A bobina é um
dispositivo capaz de elevar a voltagem
elétrica recebida da bateria para alimentar as velas de ignição.
As velas são dispositivos que prom
ovem as faíscas e estas, pelas altas tensões a que são subm
etidas, inflamam
a mistura
comprim
ida no cilindro. As velas de ignição, tam
bém, devem
resistir às mudanças bruscas de tem
peratura e pressão, alta
voltagem, vibração m
ecânica e corrosão química dos gases da com
bustão.
squema de ligação das velas de ignição com
o sistema elétrico do m
otor.
9: E
sq
uem
a e
létric
o d
e lig
aç
ão
da
s v
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s d
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oto
r cic
lo O
tto
Motores que utilizam
o ciclo Otto necessitam
de um sistem
a de ignição. Esse sistem
a é composto pela
bateria que alimenta a voltagem
induzida pela bobina. A bobina é um
dispositivo capaz de elevar a voltagem
a que são submetidas, inflam
am a m
istura
comprim
ida no cilindro. As velas de ignição, tam
bém, devem
resistir às mudanças bruscas de tem
peratura e pressão, alta
squema de ligação das velas de ignição com
o sistema elétrico do m
otor.
Cic
lo D
ies
el –
die
se
l ou
bio
die
sel
Rudolf D
iesel, em 1897, utilizando um
já melhorado m
onocilíndrico (com
específico de 247 g de combustível por cavalo e por hora), desenvolve u
26,2% (os m
otores a gasolina rendiam 20%
e os a vapor 10%).
O m
otor Diesel desenvolvido, trabalhando a quatro tem
pos, possui,
motor 4 tem
pos a gasolina:
a)
O m
otor aspira e comprim
e apenas ar.
b)
Um
sistema de injeção dosa, distribui e atom
iza o combustível em
direção dos cilindros. O com
bustível se inflama ao
entrar em contato com
o ar forte-mente aquecido pela com
pressão, promovendo altas taxas de com
pressão.
Ad
mis
são
– nesse tempo, o êm
bolo se movim
enta do PM
S até o P
MI. C
om
aspiração somente de ar no interior do cilindro (F
igura 6.10a). Diferencia
mistura ar-com
bustível. A árvore de m
anivelas gira de 0º a 180º.
Co
mp
res
são
– com as duas válvulas fechadas,
o êmbolo se desloca do P
MI
compressão do ar (F
igura 6.10b) (diferencia
tempo, a árvore de m
anivelas gira mais 180º, de 180º a 360º, com
pletando 1 volta.
Fig
ura
10
: Te
mp
os
do
mo
tor d
e c
iclo
Die
se
l F
onte: Mercedes B
enz do Brasil, 2006
die
se
l ou
bio
die
sel
Rudolf D
iesel, em 1897, utilizando um
já melhorado m
onocilíndrico (com diâm
etro de 250 mm
, curso de 400 mm
e consumo
específico de 247 g de combustível por cavalo e por hora), desenvolve um
motor de 20 hp a 172 rpm
e rendimento térm
ico de
26,2% (os m
otores a gasolina rendiam 20%
e os a vapor 10%).
O m
otor Diesel desenvolvido, trabalhando a quatro tem
pos, possui, basicamente, duas grandes diferenças de um
r aspira e comprim
e apenas ar.
Um
sistema de injeção dosa, distribui e atom
iza o combustível em
direção dos cilindros. O com
bustível se inflama ao
mente aquecido pela com
pressão, promovendo altas taxas de com
pressão.
nesse tempo, o êm
bolo se movim
enta do PM
S até o P
MI. C
om a válvula de adm
issão aberta, ocorre a
aspiração somente de ar no interior do cilindro (F
igura 6.10a). Diferencia-se do ciclo O
tto no qual ocorre a aspiração da
e de manivelas gira de 0º a 180º.
com as duas válvulas fechadas,
o êmbolo se desloca do P
MI até o
PM
S, ocorrendo, então, a
compressão do ar (F
igura 6.10b) (diferencia-se do ciclo Otto pelas altas pressões de com
pressão atingidas). Nesse
, a árvore de manivelas gira m
ais 180º, de 180º a 360º, completando 1 volta.
10
: Te
mp
os
do
mo
tor d
e c
iclo
Die
se
l – (a
) ad
mis
sã
o e
(b) c
om
pre
ss
ão
de 250 mm
, curso de 400 mm
e consumo
m m
otor de 20 hp a 172 rpm e rendim
ento térmico de
, duas grandes diferenças de um
Um
sistema de injeção dosa, distribui e atom
iza o combustível em
direção dos cilindros. O com
bustível se inflama ao
mente aquecido pela com
pressão, promovendo altas taxas de com
pressão.
a válvula de admissão aberta, ocorre a
se do ciclo Otto no qual ocorre a aspiração da
até o P
MS
, ocorrendo, então, a
se do ciclo Otto pelas altas pressões de com
pressão atingidas). Nesse
Exp
los
ão
/exp
an
são
– quando o êmbolo está em
sua posição máxim
a (PM
S),
um certo volum
e de combustível no interior d
temperatura de 500 a 700ºC
e a alta pressão, o diesel, injetado nessas condições, faz com que ocorra a autoignição,
impulsionando o êm
bolo a PM
I, fazendo com que a biela transm
ita a força à árvore de manivela que gira de 3
Nesse tem
po, ocorre a realização de trabalho mecânico.
Esc
ap
e – nesse tem
po, com a válvula de escape aberta, os gases queim
ados
movim
ento do êmbolo do P
MI ao P
MS
(Figura
Fig
ura
11: T
em
po
s d
e u
m m
oto
r de c
iclo
Die
sel
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006
quando o êmbolo está em
sua posição máxim
a (PM
S), o bico injetor pulveriza, fina e fortem
ente,
um certo volum
e de combustível no interior da câm
ara de combustão (F
igura 11a). Nesse m
omento, o ar está a um
a
temperatura de 500 a 700ºC
e a alta pressão, o diesel, injetado nessas condições, faz com que ocorra a autoignição,
impulsionando o êm
bolo a PM
I, fazendo com que a biela transm
ita a força à árvore de manivela que gira de 3
Nesse tem
po, ocorre a realização de trabalho mecânico.
nesse tempo, com
a válvula de escape aberta, os gases queimados
são expelidos para fora do cilindro pelo
PM
S (F
igura11b), pelo giro de 540º a 720º, encerrando-se assim, o ciclo.
11: T
em
po
s d
e u
m m
oto
r de c
iclo
Die
sel –
(a) e
xp
los
ão
/exp
an
são
e (b
) esc
ap
e
o bico injetor pulveriza, fina e fortemente,
). Nesse m
omento, o ar está a um
a
temperatura de 500 a 700ºC
e a alta pressão, o diesel, injetado nessas condições, faz com que ocorra a autoignição,
impulsionando o êm
bolo a PM
I, fazendo com que a biela transm
ita a força à árvore de manivela que gira de 360º a 540º.
são expelidos para fora do cilindro pelo
se assim, o ciclo.
Fig
ura
12
: Grá
fico
de
pre
ssõ
es
em
um
mo
tor c
iclo
Die
se
l de
do
is te
mp
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co
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mis
sã
o n
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eço
te e
fen
da
s d
e
ex
au
stã
o p
or flu
xo
co
ntín
uo
F
onte: Mercedes B
enz do Brasil, 2006
Onde: S
O – fendas de exaustão abertas
S
S – fendas fechadas
A
O →
SO
– expansão dos gases de combustão
A
S →
SS
– carga posterior (às vezes alta pressão)
EB
– início da injeção
EE
– fim da injeção
Valores m
édios para os pontos de distribuição:
AO
= 70ºC
antes do PM
I
AS
= 30ºC
depois do PM
I
SO
= 40ºC
antes do PM
I
SS
= 40ºC
depois do PM
I
2: G
ráfic
o d
e p
res
sõ
es
em
um
mo
tor c
iclo
Die
se
l de
do
is te
mp
os
co
m v
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ula
de
ad
mis
sã
o n
o c
ab
eço
te e
fen
da
s d
e
austão abertas
expansão dos gases de combustão
carga posterior (às vezes alta pressão)
Valores m
édios para os pontos de distribuição:
2: G
ráfic
o d
e p
res
sõ
es
em
um
mo
tor c
iclo
Die
se
l de
do
is te
mp
os
co
m v
álv
ula
de
ad
mis
sã
o n
o c
ab
eço
te e
fen
da
s d
e
Cic
lo m
isto
N
o ciclo Otto, o processo de com
bustão ocorre a volume constante, enquanto no ciclo D
iesel, o processo ocorre a
pressão constante. No entanto, na prática, esses dois ciclos não representam
o ciclo de funcionamento real
No ciclo O
tto, a combustão a volum
e constante pressupõe uma com
bustão instantânea. O
ciclo misto, representado pela F
igura descreve a operação dos m
otores Diesel de alta rotação. N
esse ciclo a combustão ocorre em
duas fases:
com parte do calor sendo fornecida a volum
e constante e o restante sendo fornecido à pressão constante. F
igu
ra 1
3: D
iag
ram
as
do
cic
lo m
isto
F
onte: Reis et al., 2005
A expressão (E
quação 6.1) para o rendimento térm
ico do ciclo é: O
nde: r = V1/V
2 a = V
3/V2’ b = P
2’/P2 k =
O rendim
ento térmico do ciclo m
isto é um valor interm
ediário entre o rendi
do ciclo Otto.
A E
quação 6.1 é a mais geral. N
o caso, se o valor de b = 1, a Equação 6.1 corresponde ao valor do
rendimento para um
ciclo Diesel; se a =
1, a Equação 6.1 corresponde ao valor do rendim
ento para um ciclo
Otto.
No ciclo O
tto, o processo de combustão ocorre a volum
e constante, enquanto no ciclo Diesel, o processo ocorre a
pressão constante. No entanto, na prática, esses dois ciclos não representam
o ciclo de funcionamento real
No ciclo O
tto, a combustão a volum
e constante pressupõe uma com
bustão instantânea.
sto, representado pela Figura 13, é um
comprom
isso entre ambos os ciclos. É
o que melhor
descreve a operação dos motores D
iesel de alta rotação. Nesse ciclo a com
bustão ocorre em duas fases:
com parte do calor sendo fornecida a volum
e constante e o restante sendo fornecido à pressão constante.
A expressão (E
quação 6.1) para o rendimento térm
ico do ciclo é:
Onde: r = V
1/V2 a =
V3/V
2’ b = P2’/P
2 k = γ = cp/cv
O rendim
ento térmico do ciclo m
isto é um valor interm
ediário entre o rendi-mento térm
ico do ciclo Diesel e o
A E
quação 6.1 é a mais geral. N
o caso, se o valor de b = 1, a Equação 6.1 corresponde ao valor do
lo Diesel; se a =
1, a Equação 6.1 corresponde ao valor do rendim
ento para um ciclo
No ciclo O
tto, o processo de combustão ocorre a volum
e constante, enquanto no ciclo Diesel, o processo ocorre a
pressão constante. No entanto, na prática, esses dois ciclos não representam
o ciclo de funcionamento real do m
otor.
No ciclo O
tto, a combustão a volum
e constante pressupõe uma com
bustão instantânea.
omisso entre am
bos os ciclos. É o que m
elhor descreve a operação dos m
otores Diesel de alta rotação. N
esse ciclo a combustão ocorre em
duas fases:
com parte do calor sendo fornecida a volum
e constante e o restante sendo fornecido à pressão constante.
mento térm
ico do ciclo Diesel e o
A E
quação 6.1 é a mais geral. N
o caso, se o valor de b = 1, a Equação 6.1 corresponde ao valor do
lo Diesel; se a =
1, a Equação 6.1 corresponde ao valor do rendim
ento para um ciclo
Os diagram
as mostram
bem que esses dois ciclos se assem
elham no plano prático. N
a reali
não é completam
ente de pressão variável e de volume constante, m
as se aproxima do ciclo m
isto, porque a “explosão”
dos gases é apenas uma com
bustão rápida, mas não instantânea.
Qu
ad
ro 6
.1: C
om
para
ção
en
tre o
s m
oto
res d
e c
iclo
Ott
Cic
lo O
tto
Adm
issão de combustível
Carburação/injeção
Alteração da rotação
Mistura ar/com
bustível
Ignição F
onte externa
Taxa de com
pressão 6 a 9 gasolina 9 a 14 álcool
Tipo de com
bustível Leves
Fonte: Mercedes Benz do Brasil, 2006
Re
su
mo
N
esta aula, verificou-se os processos de funcionamento dos m
otores
Otto, que utiliza com
o combustível etanol, gasolina ou G
NV
e,
biodiesel. Estes podem
ser de 2 ou 4 tempos m
ecânicos. Os tem
pos podem ser classificados com
o admissão,
compressão, com
bustão e escapamento, com
pletando o ciclo de funcionamento.
Ativ
ida
de
s d
e a
pre
nd
iza
1.
Diferencie um
motor de 2 tem
pos de um de 4 tem
pos para ciclo Otto.
2.
Com
o ocorre o processo de ignição nos motores de ciclo D
iesel?
3.
Com
o ocorre o processo de ignição nos motores de ciclo O
tto?
4.
Qual é a função do carburador nos m
otores de ciclo Otto?
5.
Por que os m
otores do ciclo Diesel não podem
operar somente com
etanol?
Os diagram
as mostram
bem que esses dois ciclos se assem
elham no plano prático. N
a reali
não é completam
ente de pressão variável e de volume constante, m
as se aproxima do ciclo m
isto, porque a “explosão”
dos gases é apenas uma com
bustão rápida, mas não instantânea.
Qu
ad
ro 6
.1: C
om
para
ção
en
tre o
s m
oto
res d
e c
iclo
Otto
e c
iclo
Die
sel
Cic
lo O
tto
Ciclo D
iesel
Carburação/injeção
Injeção
Mistura ar/com
bustível C
ombustível
Autoignição
14 a 22
Pesados
se os processos de funcionamento dos m
otores considerando os ciclos termodinâm
icos: ciclo
Otto, que utiliza com
o combustível etanol, gasolina ou G
NV
e, ciclo Diesel, que tem
como com
bustível o diesel ou
biodiesel. Estes podem
ser de 2 ou 4 tempos m
ecânicos. Os tem
pos podem ser classificados com
o admissão,
compressão, com
bustão e escapamento, com
pletando o ciclo de funcionamento.
Ativ
ida
de
s d
e a
pre
nd
iza
ge
m
Diferencie um
motor de 2 tem
pos de um de 4 tem
pos para ciclo Otto.
Com
o ocorre o processo de ignição nos motores de ciclo D
iesel?
Com
o ocorre o processo de ignição nos motores de ciclo O
tto?
Qual é a função do carburador nos m
otores de ciclo Otto?
Por que os m
otores do ciclo Diesel não podem
operar somente com
etanol?
Os diagram
as mostram
bem que esses dois ciclos se assem
elham no plano prático. N
a realidade, o motor a gasolina
não é completam
ente de pressão variável e de volume constante, m
as se aproxima do ciclo m
isto, porque a “explosão”
os ciclos termodinâm
icos: ciclo
ciclo Diesel, que tem
como com
bustível o diesel ou
biodiesel. Estes podem
ser de 2 ou 4 tempos m
ecânicos. Os tem
pos podem ser classificados com
o admissão,
Ca
rac
terís
tica
s té
cn
ica
s d
e d
es
em
pen
ho
O
bje
tivo
s
Fam
iliarizar-se com
noções
e conceitos
preliminares
das grandezas
físicas que
explicam
o
comportam
ento mecânico e suas unidades de m
edidas.
Determ
inar as principais características técnicas de desempenho dos m
otores.
Relacionar as características técnicas com
o processo de transformação de energia que ocorre nos
motores de com
bustão. N
oç
õe
s p
relim
ina
res
de
me
câ
nic
a
O desem
penho dos motores está relacionado ao processo de transform
ação de energia dos combustíveis em
energia
mecânica
e às
especificações técnicas
de projetos
inerentes a
cada m
odelo de
motor,
os quais
possuem
parâmetros
específicos como: potência, torque, consum
o de combustível e rendim
ento.
As
características que
melhor
definem
o desem
penho dos
motores
de com
-bustão podem
ser
entendidas pelas
grandezas físicas que estão diretamente ligadas aos parâm
etros mecânicos, bem
como o ferram
ental disponível para
avaliar medidas e conferir padrões técnicos específicos de cada sistem
a que compõe os m
otores. Assim
, destacamos as
seguintes grandezas físicas:
Fo
rça
Q
ualquer agente capaz de alterar o estado de repouso ou de movim
ento de um corpo. P
ara um corpo de m
assa
constante, a força resultante sobre ele possui módulo igual ao produto entre m
assa e aceleração. Unidade: new
ton (N).
Ma
ss
a
É a m
edida da quantidade de matéria contida em
uma substância. N
ão varia com a tem
peratura, pressão ou localização
no espaço. Unidade: gram
a (g).
Pe
so
É
uma m
edida da força gravitacional que atua sobre uma substância. U
nidade: newton (N
). T
rab
alh
o
É o resultado da ação de um
a força atuante sobre um corpo em
um
medida da energia transferida pela aplicação de um
a força ao longo de um deslocam
ento. Unidade: joule (J).
Representado por W
ork (w
). P
otê
nc
ia
É a grandeza que determ
ina a quantidade de energia ou trabalho concedida por uma fonte a cada unidade de tem
po.
Unidade: w
att (W). P
ode ser calculada pela variação de energia do sistema em
determinado intervalo de tem
po.
É a quantidade de trabalho realizada por unidade de tem
po. P
otê
nc
ia d
e u
m m
oto
r É
a quantidade de energia fornecida pelo motor a cada un
Onde: P
ot – potência de movim
ento F
v – velocidade de deslocam
ento É
a medida da quantidade de m
atéria contida em um
a substância. Não varia com
a temperatura, pressão ou localização
É um
a medida da força gravitacional que atua sobre um
a substância. Unidade: new
ton (N).
É o resultado da ação de um
a força atuante sobre um corpo em
um determ
inadoia transferida pela aplicação de um
a força ao longo de um deslocam
ento. Unidade: joule (J).
a grandeza que determina a quantidade de energia ou trabalho concedida por um
a fonte a cada unidade de tempo.
pela variação de energia do sistema em
determinado intervalo de tem
po.
a quantidade de trabalho realizada por unidade de tempo.
É a quantidade de energia fornecida pelo m
otor a cada unidade de tempo.
potência de movim
ento F – força
velocidade de deslocamento
É a m
edida da quantidade de matéria contida em
uma substância. N
ão varia com a tem
peratura, pressão ou localização
É um
a medida da força gravitacional que atua sobre um
a substância. Unidade: new
ton (N).
determinado deslocam
ento. É um
a ia transferida pela aplicação de um
a força ao longo de um deslocam
ento. Unidade: joule (J).
a grandeza que determina a quantidade de energia ou trabalho concedida por um
a fonte a cada unidade de tempo.
pela variação de energia do sistema em
determinado intervalo de tem
po.
Onde: P
ot – potência de movim
ento T
w
– velocidade angular T
orq
ue
É
uma quantidade física vetorial. É
uma m
edida da força que age em um
objeto fazendo com que ele m
esmo
gire.
• O
objeto gira sobre um ponto central (ponto pivô).
• A
distância do ponto pivô ao ponto onde atua uma força “F
” é
“r”, assim definido pela relação:
Fig
ura
7.1
: Es
qu
em
a re
pre
se
nta
tivo
do
torq
ue
Fonte: C
TIS
M, adaptado de M
ercedes Benz do B
rasil, 2006
potência de movim
ento T – torque
É um
a quantidade física vetorial. É um
a medida da força que age em
um objeto fazendo com
que ele mesm
o
O objeto gira sobre um
ponto central (ponto pivô).
A distância do ponto pivô ao ponto onde atua um
a força “F” é denom
inado braço do movim
ento e denotada por
Fig
ura
7.1
: Es
qu
em
a re
pre
se
nta
tivo
do
torq
ue
Fonte: C
TIS
M, adaptado de M
ercedes Benz do B
rasil, 2006
É um
a quantidade física vetorial. É um
a medida da força que age em
um objeto fazendo com
que ele mesm
o
do movim
ento e denotada por
No
Quadro
1, são
apresentadas as
novas unidades
de m
edidas, segundo
o S
istema
Internacional de Unidades. N
o decorrer dos tempos, foram
implanta
medidas, cada vez m
ais difíceis de serem entendidos, por isso foram
cr
Qu
ad
ro 7
.1: U
nid
ad
es
de m
ed
idas p
elo
Sis
tem
a In
tern
ac
ion
al
No
me
nc
latu
ra D
eno
min
ação
Potência w
att
Mom
ento de força new
ton metro
Massa
quilograma
Força new
ton
Pressão bar
Distância
metro
Intensidade de corrente am
père
Tensão volt
Fonte: A
daptado de UF
MG
– DE
ME
C, 2000
Outros
aspectos correspondentes
a um
a análise
técnica conjunta
dizem
res
características dimensionais que os m
otores apresentam.
Cilin
dra
da
É
o volume total deslocado pelo pistão em
seu curso entre o ponto morto inferior (P
MI) e o
ponto morto superior (P
MS
), multiplicado pelo núm
ero de cilindros do motor. É
indicada em
centímetros cúbicos (cm
1, são
apresentadas as
novas unidades
de m
edidas, segundo
o S
istema
Internacional de Unidades. N
o decorrer dos tempos, foram
implanta-dos diversos sistem
as de m
edidas, cada vez mais difíceis de serem
entendidos, por isso foram cr
Qu
ad
ro 7
.1: U
nid
ad
es
de m
ed
idas p
elo
Sis
tem
a In
tern
ac
ion
al
Un
idad
e N
ova
Un
idad
e A
ntig
a
Den
om
inaç
ão
Ab
reviatura
Den
om
inaç
ão
Ab
reviatura
W
cavalo vapor cv
newton m
etro N
m
metroquilogram
a força m
kgf
kg
- -
N
quilopound kp
bar quilogram
a força/cm²
kgf/cm²
m
- -
A
- -
V -
-
DE
ME
C, 2000
tos correspondentes
a um
a análise
técnica conjunta
dizem
res
características dimensionais que os m
otores apresentam.
É o volum
e total deslocado pelo pistão em seu curso entre o ponto m
orto inferior (PM
I) e o (P
MS
), multiplicado pelo núm
ero de cilindros do motor. É
indicada em
centímetros cúbicos (cm
3) ou litros e tem a seguinte fórm
ula (Equação 7.9):
1, são
apresentadas as
novas unidades
de m
edidas, segundo
o S
istema
dos diversos sistemas de
medidas, cada vez m
ais difíceis de serem entendidos, por isso foram
criadas novas unidades.
tos correspondentes
a um
a análise
técnica conjunta
dizem
res-peito às
É o volum
e total deslocado pelo pistão em seu curso entre o ponto m
orto inferior (PM
I) e o (P
MS
), multiplicado pelo núm
ero de cilindros do motor. É
indicada em
) ou litros e tem a seguinte fórm
ula (Equação 7.9):
Es
qu
em
a re
pre
se
nta
tivo
da
cilin
dra
da
no
mo
tor
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006 C
aracterísticas técnicas para um m
otor de combustão ciclo O
tto, a partir da análise do catálogo do fabricante,
têm-se os seguintes dados:
• M
otor dianteiro longitudinal M.P
.F.I. (
• N
úmero de cilindros: 04.
• D
iâmetro do cilindro: 86,0 m
m.
• C
urso do pistão: 86,0 mm
.
• T
axa de compressão: 9,2:1.
Assim
: O
s dados observados, referentes às características técnicas do motor,
possibilitaram definir a cilindrada desse m
otor como 2000 cm
motorização 2.0 (dois ponto zero).
Es
qu
em
a re
pre
se
nta
tivo
da
cilin
dra
da
no
mo
tor
Características técnicas para um
motor de com
bustão ciclo Otto, a partir da análise do catálogo do fabricante,
ro longitudinal M.P
.F.I. (M
ulti P
oin
t Fuel In
jectio
n).
Os dados observados, referentes às características técnicas do m
otor, em estu-dos aplicados à E
quação 7.8,
possibilitaram definir a cilindrada desse m
otor como 2000 cm
3, 2,0 litros ou popularmente com
o é conhecido,
Características técnicas para um
motor de com
bustão ciclo Otto, a partir da análise do catálogo do fabricante,
dos aplicados à Equação 7.8,
, 2,0 litros ou popularmente com
o é conhecido,
Câ
ma
ra d
e c
om
pre
ss
ão
ou
de
co
mb
us
tão
É o espaço livre que fica acim
a do pistão, quando este se encontra no ponto morto superior (P
MS
). Nesse espaço,
a mistura ar/com
bustível do motor a gasolina, que entrou pela válvula de adm
issão, será comprim
i
faísca emitida pela vela de ignição explodirá para que a expansão dos gases m
ovimente o pistão e dê
ao funcionamento do m
otor.
Nos m
otores de ciclo Diesel, no espaço da câm
ara de compressão é confinado o ar de adm
issão que entrou p
de admissão, atingindo alta pressão e tem
peratura, ao ponto de receber a pulverização de combustível proveniente do
bico injetor para realizar a detonação e a
Dependendo do grau de m
odernidade do motor, a câm
ara pode estpistões – esta m
ais comum
ente encontrada. Basicam
ente, o volume da câm
ara de combustão define a taxa
de compressão do m
otor. Quanto m
enor for seu volume, m
aior será essa relação e,
melhor o rendim
ento do motor. T
odos os componentes que atuam
em sua form
ação ou ao seu redor influenciam
diretamente em
sua eficiência como a posição das válvulas e o desenho dos dutos de adm
issão, por exem
plo. C
âm
ara
de c
om
bu
stã
o –
ca
be
ça
do
pis
tão
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006 C
âm
ara
de
co
mp
res
sã
o o
u d
e c
om
bu
stã
o
É o espaço livre que fica acim
a do pistão, quando este se encontra no ponto morto superior (P
MS
). Nesse espaço,
a mistura ar/com
bustível do motor a gasolina, que entrou pela válvula de adm
issão, será comprim
i
faísca emitida pela vela de ignição explodirá para que a expansão dos gases m
ovimente o pistão e dê
Nos m
otores de ciclo Diesel, no espaço da câm
ara de compressão é confinado o ar de adm
issão que entrou p
de admissão, atingindo alta pressão e tem
peratura, ao ponto de receber a pulverização de combustível proveniente do
bico injetor para realizar a detonação e a conseqüente combustão.
Dependendo do grau de m
odernidade do motor, a câm
ara pode estar inserida no cabeçote ou na cabeça dos esta m
ais comum
ente encontrada. Basicam
ente, o volume da câm
ara de combustão define a taxa
de compressão do m
otor. Quanto m
enor for seu volume, m
aior será essa relação e,
ento do motor. T
odos os componentes que atuam
em sua form
ação ou ao seu redor influenciam
diretamente em
sua eficiência como a posição das válvulas e o desenho dos dutos de adm
issão,
ca
be
ça
do
pis
tão
É o espaço livre que fica acim
a do pistão, quando este se encontra no ponto morto superior (P
MS
). Nesse espaço,
a mistura ar/com
bustível do motor a gasolina, que entrou pela válvula de adm
issão, será comprim
ida e, após, a
faísca emitida pela vela de ignição explodirá para que a expansão dos gases m
ovimente o pistão e dê seqüência
Nos m
otores de ciclo Diesel, no espaço da câm
ara de compressão é confinado o ar de adm
issão que entrou pela válvula
de admissão, atingindo alta pressão e tem
peratura, ao ponto de receber a pulverização de combustível proveniente do
ar inserida no cabeçote ou na cabeça dos esta m
ais comum
ente encontrada. Basicam
ente, o volume da câm
ara de combustão define a taxa
de compressão do m
otor. Quanto m
enor for seu volume, m
aior será essa relação e, conseqüentemente,
ento do motor. T
odos os componentes que atuam
em sua form
ação ou ao seu redor influenciam
diretamente em
sua eficiência como a posição das válvulas e o desenho dos dutos de adm
issão,
Re
laç
ão
ou
tax
a d
e c
om
pre
ss
ão
É um
a relação matem
ática que indica quantas vezes a mistura ar/com
bustível, ou simpl
(no caso dos motores de ciclo D
iesel) para dentro dos cilindros pelo pistão e comprim
ida, dentro da câmara de
combustão, antes que se inicie o processo de queim
a.
Assim
, um m
otor a gasolina, que tenha especificada uma taxa de com
que o volume aspirado para dentro do cilindro foi com
primido oito vezes antes que a centelha da vela de
ignição iniciasse a combustão, F
igura 7.4. E
sq
ue
ma
de
mo
ns
trativ
o d
a ta
xa
de
co
mp
r F
onte: CT
ISM
, adaptado de Mercedes B
enz do Brasil, 2006
Do ponto de vista term
odinâmico, a taxa de com
pressão é diretamente responsável pelo rendim
ento térmico do m
otor.
Assim
, quanto maior a taxa de com
pressão, melhor será o aproveitam
ento energé
combustível consum
ido. Por esse m
otivo é que os motores D
iesel consomem
menos que um
similar a gasolina,
funcionando com taxas de com
pressão altíssimas (17:1 nos
mesm
a potência, consumindo m
enos combustível.
Re
laç
ão
ou
tax
a d
e c
om
pre
ss
ão
É
uma relação m
atemática que indica quantas vezes a m
istura ar/combustível, ou sim
pl
(no caso dos motores de ciclo D
iesel) para dentro dos cilindros pelo pistão e comprim
ida, dentro da câmara de
, antes que se inicie o processo de queima.
Assim
, um m
otor a gasolina, que tenha especificada uma taxa de com
pressão de 8:1, por exemplo, indica
que o volume aspirado para dentro do cilindro foi com
primido oito vezes antes que a centelha da vela de
ignição iniciasse a combustão, F
igura 7.4.
Es
qu
em
a d
em
on
stra
tivo
da ta
xa
de
co
mp
res
sã
o
Fonte: C
TIS
M, adaptado de M
ercedes Benz do B
rasil, 2006
Do ponto de vista term
odinâmico, a taxa de com
pressão é diretamente responsável pelo rendim
ento térmico do m
otor.
Assim
, quanto maior a taxa de com
pressão, melhor será o aproveitam
ento energético que o motor estará fazendo do
combustível consum
ido. Por esse m
otivo é que os motores D
iesel consomem
menos que um
similar a gasolina,
funcionando com taxas de com
pressão altíssimas (17:1 nos turbo diesel e até 22:1 nos diesel aspirados), e geram
a
a, consumindo m
enos combustível.
É um
a relação matem
ática que indica quantas vezes a mistura ar/com
bustível, ou simplesm
ente o ar, é aspirada
(no caso dos motores de ciclo D
iesel) para dentro dos cilindros pelo pistão e comprim
ida, dentro da câmara de
pressão de 8:1, por exemplo, indica
que o volume aspirado para dentro do cilindro foi com
primido oito vezes antes que a centelha da vela de
Do ponto de vista term
odinâmico, a taxa de com
pressão é diretamente responsável pelo rendim
ento térmico do m
otor.
tico que o motor estará fazendo do
combustível consum
ido. Por esse m
otivo é que os motores D
iesel consomem
menos que um
similar a gasolina,
e até 22:1 nos diesel aspirados), e geram a
Re
laç
ão
de
vo
lum
es
pa
ra ta
xa
de
co
mp
res
sã
o F
onte: Mercedes B
enz do Brasil, 2006
Há
algumas
limitações
físicas e
técnicas para
a sim
ples am
pliação dessa
taxa. P
rimeiram
ente, ocorre
a
dificuldade de obtenção de câmaras de com
bustão minúsculas. Já para as lim
itações técnicas, as restrições são
quanto às pro-priedades do com
bustível. A
lguns tipos toleram m
ais as taxas de compressão antes de se
autoinflamarem
(número de cetanos ou octanagem
).
A taxa de com
pressão (TC
) corresponde à relação: O
nde: V – cilindrada do m
otor
v – volume da câm
ara de combustão
Com
o exemplo, tom
amos as características técnicas para um
motor ciclo O
tto, obtidas pela análise dos dados do catálogo,
observam-se as seguintes inform
ações:
• M
otor transversal gasolina M.P
.F.I. (
• C
ilindrada: 1.6 litros / 1600 cm
• N
úmero de cilindros: 04.
• D
iâmetro do cilindro: 79,0 m
m.
Re
laç
ão
de
vo
lum
es
pa
ra ta
xa
de
co
mp
res
sã
o
Fonte: M
ercedes Benz do B
rasil, 2006
Há
algumas
limitações
físicas e
técnicas para
a sim
ples am
pliação dessa
taxa. P
rimeiram
ente, ocorre
a
de obtenção de câmaras de com
bustão minúsculas. Já para as lim
itações técnicas, as restrições são
priedades do com
bustível. A
lguns tipos toleram m
ais as taxas de compressão antes de se
autoinflamarem
(número de cetanos ou octanagem
).
de compressão (T
C) corresponde à relação:
cilindrada do motor
volume da câm
ara de combustão
Com
o exemplo, tom
amos as características técnicas para um
motor ciclo O
tto, obtidas pela análise dos dados do catálogo,
intes informações:
Motor transversal gasolina M
.P.F
.I. (Multi P
oin
t Fuel In
jectio
n).
Cilindrada: 1.6 litros / 1600 cm
3.
Núm
ero de cilindros: 04.
Diâm
etro do cilindro: 79,0 mm
.
Há
algumas
limitações
físicas e
técnicas para
a sim
ples am
pliação dessa
taxa. P
rimeiram
ente, ocorre
a
de obtenção de câmaras de com
bustão minúsculas. Já para as lim
itações técnicas, as restrições são
priedades do com
bustível. A
lguns tipos toleram m
ais as taxas de compressão antes de se
Com
o exemplo, tom
amos as características técnicas para um
motor ciclo O
tto, obtidas pela análise dos dados do catálogo,
• Curso do pistão: 81,5 mm.
• Taxa de compressão: 9,4:1.
Como a taxa de compressão já é dada, pode
Volume da câmara de combustão:
Pode-se, então, calcular a altura deixada no ci
Podemos concluir que a taxa de compressão é uma propriedade inerente ao motor (bloco, cabeçote,
pistões) e não ao combustível utilizado. Não se altera a taxa de compressão de um motor apenas modificando o tipo de combustível consumido.
Assim, para uma altura (h) do cilindro que compõe o volume da câmara de combustão, que tenha sido rebaixada de 0,6 mm, qual será a nova taxa de compressão deste motor?Assim, com a diminuição de 0,6 mm, a taxa de compress10,0:1.
Como a taxa de compressão já é dada, pode-se calcular então o volume da câmara de combustão v.
se, então, calcular a altura deixada no cilindro para a abertura das válvulas:
Podemos concluir que a taxa de compressão é uma propriedade inerente ao motor (bloco, cabeçote,
pistões) e não ao combustível utilizado. Não se altera a taxa de compressão de um motor apenas tipo de combustível consumido.
Assim, para uma altura (h) do cilindro que compõe o volume da câmara de combustão, que tenha sido rebaixada de 0,6 mm, qual será a nova taxa de compressão deste motor?
mm, a taxa de compressão aumentará de 9,4:1 para aproximadamente
se calcular então o volume da câmara de combustão v.
Podemos concluir que a taxa de compressão é uma propriedade inerente ao motor (bloco, cabeçote,
pistões) e não ao combustível utilizado. Não se altera a taxa de compressão de um motor apenas
Assim, para uma altura (h) do cilindro que compõe o volume da câmara de combustão, que tenha sido
ão aumentará de 9,4:1 para aproximadamente