INTRODUO AOS MOTORES DE COMBUSTO INTERNA

Conceitos fundamentais Os motores de combusto interna so mquinas que transformam a energia qumica

dos combustveis em energia mecnica entregue a outra mquina atravs do volante.

Motores Trmicos so mquinas cuja finalidade transformar a energia calorfica em energia mecnica diretamente utilizvel.

Classificao dos motores

1 - Quanto combusto: a) Motores de combusto interna ou endotrmicos considerado a combusto

interna, quando esta se processa no prprio fluido operante.

OBS: Nos motores endotrmicos a energia calorfica pode ser obtida de combustveis lquidos, gasosos e slidos.

Ex.: Motores a gasolina; Motores a gs; Motores a diesel; Turbina.

b) Motores combusto externa o motor considerado a combusto externa, quando esta se processa fora do fluido operante. Ex.: Locomotiva a vapor.

2 - Quanto ao movimento do pisto - Motores alternativos (Otto, Diesel) - Motores rotativos (Wankel, Quasiturbine)

3 - Quanto ignio - Por centelha (ICE, ciclo Otto) - Por compresso (ICO, ciclo Diesel)

4 - Quanto ao ciclo de trabalho - 2 tempos - 4 tempos

5 - Quanto ao nmero de cilindros - Monocilndricos - Policilndricos

6 - Quanto disposio dos cilindros - Em linha - Em V - Motor de cilindros opostos (boxer) - Motor radial (em estrela)

7 - Quanto ao tipo de utilizao - Estacionrios Destinados ao acionamento de mquinas estacionrias, tais como

Geradores, mquinas de solda, bombas ou outras mquinas que operam em rotao constante;

- Industriais Destinados ao acionamento de mquinas de construo civil, tais como tratores, carregadeiras, guindastes, compressores de ar, veculos de operao fora-de-estrada, etc;

- Veiculares Destinados ao acionamento de veculos de transporte em geral, tais como caminhes e nibus;

- Martimos Destinados propulso de barcos e mquinas de uso naval.

Como o motor produz energia: O motor uma fonte de energia, ele converte energia calorfica produzida pela

combusto em energia mecnica.

- Ciclo OTTO A mistura gasosa formada e admitida nas cmaras de combusto. Os mbolos que se deslocam dentro dos cilindros comprimem a mistura, que depois inflamada por uma vela de ignio. medida que a mistura se inflama, expande-se, empurrando o mbolo para baixo.

- Ciclo DIESEL Somente o ar comprimido, elevando sua presso e temperatura, s ento, injetando o combustvel que se inflama espontaneamente ao entrar na cmara de combusto.

Os motores de combusto interna mais conhecidos so:

Motores do ciclo Otto Motores que normalmente so alimentados por gasolina, lcool, gs liquefeito do

petrleo ou gs natural (metano) e que tem a ignio provocada por centelha em uma vela. Estes motores tambm so conhecidos por motor de ignio por centelha ICE. O combustvel introduzido na corrente de ar que flui no coletor de admisso atravs do carburador ou do sistema de injeo eletrnico ou ainda atravs de vlvulas redutora de presso de gs.

Corte de um motor do ciclo Otto.

Estes motores tm o ciclo de operao realizado em quatro ou dois tempos. A maioria dos motores de automveis do ciclo Otto de quatro tempos. Os motores de dois tempos so mais usados em motocicletas, aparadores de grama, moto-serras e pequenas unidades de gerao de energia eltrica.

Os quatro tempos de operao de um motor Otto so os seguintes:

Admisso:

Neste tempo uma mistura de ar e de combustvel aspirada para o interior do cilindro do motor atravs da vlvula de admisso que se encontra aberta. A mistura ar-combustvel comea a ser formada no coletor de admisso pela introduo do combustvel na corrente de ar.

O combustvel introduzido na corrente de ar pelo sistema de carburao, usado nos motores mais antigos ou pelos sistemas de injeo eletrnica, presentes nos motores mais modernos.

Durante o tempo de admisso o mbolo desloca-se dentro do cilindro do ponto morto superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI). O volume varrido entre o PMS e o PMI chamado cilindrada unitria do motor. Compresso:

Neste tempo a mistura ar-combustvel comprimida ocorrendo uma maior integrao entre as partculas de combustvel e de ar. Durante este tempo o mbolo desloca-se do PMI para o PMS e as vlvulas de admisso e de escape encontram-se fechadas. Quando o mbolo aproxima-se do PMS o sistema de ignio dispara uma centelha entre os eletrodos de uma vela que se encontra introduzida no seio da mistura. Exploso:

A centelha disparada na vela provoca a ignio da mistura, deflagrando a rpida combusto da mistura previamente comprimida. Durante este tempo o mbolo movimenta-se do PMS para o PMI. Quando o mbolo aproxima-se do PMI, neste tempo, a vlvula de escape abre-se. Descarga:

Neste tempo o mbolo desloca-se do PMI para o PMS enquanto a vlvula de escape encontra-se aberta. Durante o tempo de descarga os gases formados no processo de combusto so varridos do cilindro para o meio ambiente.

Motores do ciclo Diesel

Motores que normalmente so alimentados por leo Diesel ou leos vegetais e que tem a combusto iniciada por auto-ignio do combustvel injetado no seio de uma massa de ar comprimida at ultrapassar a temperatura de ignio do combustvel usado.

O combustvel injetado no interior da cmara de combusto por meio de uma bomba mecnica ou eltrica de alta presso.

Motor do ciclo Diesel.

Estes motores tambm so denominados motores de ignio por compresso ICO.

Estes motores tm o ciclo de operao realizado em quatro ou dois tempos. A maioria dos motores de caminhes e nibus do ciclo Diesel de quatro tempos. Os motores de dois tempos no ciclo diesel so raros.

Os quatro tempos de operao de um motor Diesel so os seguintes:

Admisso: Neste tempo, apenas ar aspirado para o interior do cilindro do motor atravs da

vlvula de admisso que se encontra aberta. Durante o tempo de admisso o mbolo desloca-se dentro do cilindro do ponto morto superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI). O volume varrido entre o PMS e o PMI chamado cilindrada unitria do motor.

Compresso: Neste tempo o ar comprimido a uma presso e temperatura superior ao do ponto

de auto-ignio do combustvel a ser usado. Durante este tempo o mbolo desloca-se do

PMI para o PMS e as vlvula de admisso e de escape encontram-se fechadas. Quando o mbolo aproxima-se do PMS o sistema de injeo mecnica introduz o combustvel no seio da massa de ar previamente comprimida.

Exploso: A massa de combustvel injetada misturada massa de ar reagindo rapidamente e

trocando calor at que entra em combusto espontnea. Durante este tempo o mbolo movimenta-se do PMS para o PMI. Quando o mbolo aproxima-se do PMI, a vlvula de escape abre-se.

Ignio por compresso.

Descarga: Neste tempo o mbolo desloca-se do PMI para o PMS enquanto a vlvula de escape

encontra-se aberta. Durante o tempo de descarga os gases formados no processo de combusto so varridos do cilindro para o meio ambiente.

OBS.: importante salientar que somente no curso de combusto se energia mecnica, os outros trs tempos so passivos, ou seja absorvem energia.

Motores de 02 tempos

Os motores deste tipo combinam em dois cursos do mbolo as funes dos motores de quatro tempos, sendo assim, h um curso motor para cada volta do virabrequim. Normalmente estes motores no tm vlvulas, eliminando-se o uso de tuchos, hastes, etc. O Carter, que possui dimenses reduzidas, recebe a mistura ar-combustvel e o leo de lubrificao. Deve ser cuidadosamente fechado pois nele se d a pr-compresso da mistura.

Motores Wankel

O motor Wankel um motor rotativo com concepo totalmente distinta dos motores Otto e Diesel e que apesar de ser muito interessante, ocupa uma faixa de mercado muito pequena.

Motor Wankel

Principais componentes de um motor de combusto interna

Os componentes dos motores alternativos, quanto a sua caracterstica de funcionamento se dividem em 3 partes: Componentes fixos; Componentes mveis e; Componentes auxiliares.

Os principais componentes fixos so: - Bloco; - Cilindro; - Crter; - Cabeote;

Os principais componentes mveis so: - Pisto; - Biela; - Girabrequim (rvore de manivelas); - Volante; - Vlvula; - Eixo do comando de vlvulas, etc.

Os componentes auxiliares so essenciais para o funcionamento do motor. Os principais so: velas, coletores de admisso e de escape, motor de arranque, alternador, carburador, bicos injetores, filtros de ar, de leo e de combustvel, bombas de gua e de combustvel, distribuidor, etc.

Bloco Representa o corpo do motor, nele so usinados os cilindros ou os furos para a

colocao destes. Na sua parte inferior esto alojados os mancais centrais, onde se apia o girabrequim, e na parte superior localiza-se o cabeote. O bloco serve ainda de suporte para alguns componentes auxiliares como a bomba de gua, alternador, distribuidor, etc.

Bloco de um motor

No interior do bloco existem diversas passagens para circulao de gua e leo. Os cilindros so circundados por espaos ocos, denominados camisas dgua, por onde circula a gua de refrigerao. Nos motores refrigerados a ar os cilindros so separados e circundados por aletas, cuja finalidade aumentar a superfcie de transferncia de calor.

Cilindros aletados (motor horizontal)

Quando os cilindros so fixos no bloco, formando uma s pea, dizemos que o bloco do tipo integral, ou tambm chamado de monobloco. O bloco integral, quando comparado com o de cilindros substituveis, tem a desvantagem de no poder sofrer mais que um certo nmero de retficas em seus cilindros, devido diminuio da espessura de suas paredes. Em casos extremos, quando o bloco integral no suportar mais retficas, pode-

se efetuar o encamisamento, isto , o bloco retificado e um cilindro de menor dimetro prensado dentro dele, como se fosse um cilindro substituvel.

Cabeote Tambm conhecido como tampo, a parte superior do motor, onde se localizam

as vlvulas, cmaras de combusto, velas, etc. O tamanho e a forma do cabeote variam de acordo com o tipo de motor. Alguns

motores apresentam o eixo de comando de vlvulas no cabeote, que passa ento a incorporar todo o sistema de vlvulas.

O cabeote apresenta galerias em seu interior, em torno das cmaras de combusto, por onde circula a gua de refrigerao. Nos motores arrefecidos a ar, o cabeote possui aletas.

A vedao da gua de refrigerao, dos gases de combusto e do leo lubrificante feita por intermdio de uma junta, fabricada a base de amianto revestida nas em algumas partes com anis de cobre, ao ou silicone. Estes anis tm a funo de melhorar a vedao nas partes mais crticas. Isto possvel porque estes pontos, ao receberem os anis, tero maior espessura e, assim, recebem maior carga durante o fechamento.

Os cabeotes so fabricados, na sua maioria, em liga de alumnio. Em alguns casos especiais, so fabricados em ferro fundido. Os de liga de alumnio so mais leves e possuem uma maior capacidade de resfriamento, devido ao alto coeficiente de transmisso de calor.

O aperto dos parafusos de fixao do cabeote no pode ser feito aleatoriamente, devendo seguir certa ordem, conforme prescrio do fabricante. Caso contrrio, o cabeote poder empenar, provocando srios inconvenientes ao motor. A ordem de aperto dos parafusos deve ser em sentido de cruz, comeando do centro para as extremidades.

Cilindro onde o pisto se desloca, descrevendo movimento alternado. Geralmente

fabricado em ferro fundido com ligas.

Cilindro aletado

Quanto fixao, os cilindros podem ser: - Fixos (fundidos junto com o bloco); - Substituveis (quando no faz parte do bloco, o que possibilita sua substituio).

Devido ao movimento alternado do pisto, os cilindros, com o decorrer do tempo, sofrem um desgaste que pode ocorrer em maior ou menor tempo, dependendo de certos fatores, como por exemplo: - Material abrasivo no combustvel ou no leo lubrificante ou no ar; - gua no combustvel ou no leo lubrificante; - Viscosidade inadequada do leo; - Superaquecimento do motor; - Insuficincia de presso de leo.

Crter Sua funo servir como depsito de leo e cobrir os componentes inferiores do

motor. Todo leo depositado no crter deve estar em contato com a entrada da bomba, para que o ar no seja aspirado por ela.

mbolo ou Pisto o componente do motor que recebe diretamente o impulso da combusto dos

gases e o transmite ao girabrequim atravs da biela. Pode ser forjado ou fundido em liga de alumnio. Em sua parte superior podem existir cavidades, que compem a cmara de combusto do cilindro. Nos motores com o pisto com a cabea plana a cmara de combusto tem seu formato definido pelo cabeote.

Entre o pisto e a parede do cilindro existe uma folga, de frao de milmetro, preenchido pelos anis de segmento, que tm a funo de evitar que os gases escapem para o crter e controlar a lubrificao entre as superfcies.

O pisto deve possuir: elevada resistncia mecnica, pois pode suportar foras da ordem de toneladas; boa resistncia ao calor, pois fica sujeito a temperaturas de at 2000C; elevada resistncia ao desgaste (em 6000 rpm o pisto sobe e desce 100 vezes por segundo); boa condutibilidade trmica; leveza e baixo nvel de rudo.

Biela o componente mvel de ligao entre o pisto e o virabrequim.

Junto com virabrequim, transforma o movimento retilneo do pisto em movimento rotativo, transmitido depois ao cmbio e posteriormente s rodas. O elo menor atravessado pelo pino do pisto, e o maior, bipartido, abraa o moente (mancal mvel do virabrequim) da manivela. O mancal fixo do girabrequim chama-se munho.

Virabrequim Tambm conhecido como rvore de manivelas ou virabrequim, o maior e mais

pesado componente mvel do interior do motor. Tem fixado em sua parte frontal uma polia que distribui movimento para os acessrios externos do motor, como o eixo do comando de vlvulas e a bomba dgua. Na sua regio posterior fixado o volante do motor e nesse a embreagem. O girabrequim fica apoiado nos mancais principais do bloco. Pode sofrer retficas ao longo do tempo.

Volante Geralmente produzido em ao, o componente responsvel pelo armazenamento da

energia cintica durante a fase de exploso/expanso (ativa) do motor e sua restituio durante as fases de admisso, compresso e exausto (passivas). Quanto mais pesado for o volante, mais estvel o motor, porm, menor ser a sua acelerao.

Vlvulas Permitem a entrada da mistura ar-combustvel para o cilindro (vlvula de admisso)

e liberam os gases queimados aps a combusto (vlvula de escape). As vlvulas devem resistir a altas temperaturas, presses e a corroso

(principalmente a de escape). Devem ser leves e possuir boa dureza superficial. Para situaes mais crticas, a vlvula de escapamento pode ser oca e possuir sdio em seu interior para facilitar as trocas trmicas.

Eixo do Comando de Vlvulas Tem a funo de controlar o movimento de abertura e fechamento das vlvulas de

admisso e escape. acionado pelo girabrequim atravs de correia dentada, engrenagens ou corrente.

O comando de vlvulas possui excntricos (ou cmes) que organizam precisamente qual vlvula deve se abrir ou fechar num certo instante determinado. A cada ciclo do motor, o girabrequim d duas voltas, enquanto o comando d apenas uma.

Os motores ICE atuais possuem comando de vlvula no cabeote. Os motores mais antigos e os motores ICO o possuem o comando de vlvula no bloco. Neste caso, o comando necessita, alm dos tuchos, de varetas e balancins para transmitir seus movimentos s vlvulas. O comando de vlvula se interliga ao girabrequim de forma sincronizada para proporcionar a abertura e fechamento das vlvulas no momento adequado.

O sincronismo dos eixos e o perfil do cames garantem o momento da abertura e do fechamento das vlvulas, bem como a durao da abertura destas vlvulas. J h desenvolvimento no sentido de permitir a abertura e fechamento das vlvulas atravs de comandos eletrnicos.

Comando no cabeote Comando lateral

CARACTERSTICAS FUNDAMENTAIS DO MOTOR

PMI (Ponto morto inferior) Ponto onde o pisto esta mais afastado do cabeote. PMS (Ponto morto superior) Ponto onde o pisto esta mais prximo do cabeote.

Volume deslocado (v) ou Cilindrada unitria

o volume deslocado pelo mbolo quando ele percorre o curso (L) entre o Ponto Morto Superior (PMS) e o Ponto Morto Inferior (PMI).

V = DL 4 Onde: V = Cilindrada unitria (cm) D = Dimetro do cilindro (cm) L = Curso do pisto (cm)

Cilindrada total o volume deslocado multiplicado pelo nmero de cilindros do motor.

Onde: CT = Cilindrada total (Volume deslocado total) (cm) D = Dimetro do cilindro (cm) L = Curso do mbolo ou seja, distncia que pisto percorre entre o PMS e o seu PMI (cm) N = Nmero de cilindros do motor.

Cmara de compresso ou de combusto, volume morto E o espao livre que fica acima do pisto quando este se encontra no PMS. Nela, a

mistura de ar/combustvel do motor a gasolina, que entrou pela vlvula de admisso, ser comprimida e, aps a fasca emitida pela vela, explodir para que a expanso dos gases movimente o pisto e d seqncia ao funcionamento do motor.

Sua forma varia de acordo com o tipo do motor e deve ser projetada visando: - Criar certa turbulncia durante a fase de compresso, de modo que a velocidade de propagao da chama seja a maior possvel; - Criar uma turbulncia durante o intervalo do ngulo de cruzamento das vlvulas, de modo a obter uma melhor varredura dos gases; - Fazer com que a propagao da chama percorra a menor distncia possvel entre o incio da centelha (no caso dos motores ICE) e as paredes da cmara, de modo a reduzir a possibilidade de ocorrncia de detonao.

Taxa de Compresso (Relao de compresso)

Relao matemtica que indica quantas vezes a mistura ar/combustvel ou simplesmente o ar aspirado (no caso do ciclo diesel) para dentro dos cilindros pelo pisto comprimido dentro da cmara de combusto antes que se inicie o processo de queima.

TC = Vd + vc vc

Onde: TC = Taxa de compresso (valor adimensional ex.: 8:1) Vd = Cilindrada do motor (cilindrada unitria) (cm) vc = Volume da cmara de combusto (cm)

Exemplo 1:

Tomando como exemplo o motor de um RENAULT CLIO HI-FLEX Previlge. De seu catlogo tm-se os seguintes dados: - Motor dianteiro transversal - N de cilindros 4 - Dimetro do cilindro 79,5mm - Curso do pisto 80,5mm - Taxa de compresso 9,7:1 Calcule a cilindrada total deste motor.

Assim:

CT = .7,95 . 8,05 . 4 CT = 1598,380 cm 4 Conhecido no mercado como, 1.6 ou 1,6 litros.

Exemplo 2:

Tomando como exemplo o motor de um CITROEN C4 2.0 VTS. De seu catlogo tm-se os seguintes dados: - Motor dianteiro transversal - N de cilindros 4 - N de vlvulas - 16 - Dimetro do cilindro 85,0mm - Curso do pisto 88,0mm - Taxa de compresso 10,8:1 Calcule o volume da cmara de combusto.

Clculo da cilindrada - V = DL = .8,5 . 8,8 = 499,356cm 4 4 Para uma taxa de compresso de 10,8:1, o volume da cmara de combusto ser : TC = Vd + vc vc = Vd = 499,356 , logo o vc = 50,95cm

vc TC 1 10,8 - 1