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 ABC dos motores de combustão interna

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zeca4x4



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PostSubject: ABC dos motores de combustão interna   Tue Dec 12, 2006 6:01 pm

Motor a dois tempos



Funcionamento

Normalmente um motor a 2 tempos não usa o cárter como depósito de óleo. A lubrificação obtém-se adicionando uma percentagem de óleo directamente à gasolina durante o abastecimento. Durante o ciclo de funcionamento, o óleo contido no combustível lubrifica o cilindro, permitindo depois a lubrificação do êmbolo e restantes partes móveis.

O motor possui duas janelas para comunicar com o exterior e uma entre o cilindro e o cárter.

A janela de escape, colocada na parte inferior do cilindro, faz a comunicação deste com o exterior, permitindo a saída dos gases queimados provenientes da explosão.

A janela de comunicação entre o cilindro e o cárter,é a janela, por onde vai ser introduzida a mistura gasosa formada pelo ar e pelo combustível.

Ao ser iniciado o movimento ascendente do êmbolo, este obstrui todas as janelas, sendo comprimida a mistura gasosa existente na parte superior do cilindro durante esta parte do passeio do êmbolo.

Ultrapassando a janela de admissão, esta fica a descoberto, permitindo a admissão da mistura gasosa no cárter.

Quando o êmbolo atinge o PMS (ponto morto superior) dá-se a explosão, devido à inflamação dos gases produzida pela libertação da faísca na vela, pelo que estes empurram o êmbolo em direcção ao PMI (ponto morto inferior), produzindo assim trabalho e movimentando o eixo de manivelas(cambota).

Durante esta parte do passeio, o êmbolo vai obstruindo a janela de admissão, enquanto vai libertando a de escape possibilitando a saída dos produtos provenientes da combustão.

Até chegar ao PMI, o êmbolo liberta completamente a janela de passagem entre o cárter e o cilindro permitindo que a mistura gasosa seja direccionada para o cilindro, acabando de empurrar os gases queimados que ainda aí se encontrem.

Após a expulsão dos gases o motor fica nas condições iniciais permitindo que o ciclo se repita


Last edited by on Wed Dec 13, 2006 4:33 am; edited 3 times in total
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PostSubject: Re: ABC dos motores de combustão interna   Tue Dec 12, 2006 6:07 pm

Motor a quatro tempos



Funcionamento

Considerando o uso de apenas duas válvulas que são comandadas pelos ressaltos de árvore de cames, uma designada por válvula de admissão (à direita na animação), que permite a introdução no cilindro de uma mistura gasosa composta por ar e combustível e outra designada como válvula de escape (à esquerda na animação), que permite a expulsão para a atmosfera dos gases queimados, o ciclo de funcionamento de um motor de combustão a 4 tempos é o seguinte:

Com o êmbolo (também designado por pistão) no PMS (ponto morto superior) é aberta a válvula de admissão, enquanto se mantém fechada a válvula de escape. A dosagem da mistura gasosa é regulada pelo sistema de alimentação, que pode ser um carburador ou um sistema de injecção.

O êmbolo é impulsionado para baixo pelo veio de manivelas (cambota), move-se então até ao PMI (ponto morto inferior). A este passeio do êmbolo é chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admissão.

Fecha-se nesta altura a válvula de admissão, ficando o cilindro cheio com a mistura gasosa, que é agora comprimida pelo pistão, impulsionado no seu sentido ascendente em direcção à cabeça do motor pelo veio de manivelas até atingir de novo o PMS. Na animação observa-se que durante este movimento as duas válvulas se encontram fechadas. A este segundo passeio do êmbolo é chamado o segundo tempo do ciclo, ou tempo de compressão.

Quando o êmbolo atingiu o PMS, a mistura gasosa que se encontra comprimida no espaço existente entre a face superior do êmbolo e a cabeça do motor, denominado câmara de combustão, é inflamada devido a uma faísca produzida pela vela e explode. O aumento de pressão devido ao movimento de expansão destes gases empurra o êmbolo até ao PMI, impulsionando desta maneira o veio de manivelas e produzindo a força rotativa necessária ao movimento do eixo do motor que será posteriormente transmitido ao exterior. A este terceiro passeio do êmbolo é chamado o terceiro tempo do ciclo, tempo de expansão ou explosão, tempo motor ou tempo útil, uma vez que é o único que efectivamente produz trabalho, pois durante os outros tempos, apenas se usa a energia de rotação acumulada no volante (solidário com o veio de manivelas), o que faz com que ele ao rodar permita a continuidade do movimento do veio de manivelas durante os outros três tempos.

O cilindro encontra-se agora cheio de gases queimados. É nesta altura, em que o êmbolo impulsionado pelo veio de manivelas retoma o seu movimento ascendente, que a válvula de escape se abre, permitindo a expulsão para a atmosfera dos gases impelidos pelo êmbolo no seu movimento até ao PMS, altura em que se fecha a válvula de escape. A este quarto passeio do êmbolo é chamado o quarto tempo do ciclo, ou tempo de exaustão ou de escape.

Após a expulsão dos gases o motor fica nas condições iniciais permitindo que o ciclo se repita.

Motores de múltiplas válvulas

Esses motores são apenas aperfeiçoamentos para o ciclo otto ou quatro tempos e sua única diferença é que existe pelo menos duas válvulas para cumprir uma única funcão ao mesmo tempo. Num motor convencional, existe uma válvula para admissão e uma para exaustão.

Actualmente existem 3 configurações mais comuns para motores multiválvulas, são os modelos com 3, 4 ou 5 válvulas por cilindro.

No caso do motor com 3 válvulas por cilindro, 2 são para admissão e uma para exaustão, com 4 válvulas, 2 são para admissão e 2 para exaustão e no caso de 5 válvulas são 3 para admissão e 2 para exaustão.

A principal função de um motor de múltiplas válvulas é maximizar o fluxo de gases que entram e saem do motor, obtendo assim uma maior eficiência da combustão.

A utilização de sistemas multivalvulas é motivada pelas limitações geométricas e funcionais impostas ao diametro máximo admitido para as valvulas. Como os cilindros são circulares a sua secção pode ser aproveitada de uma forma mais eficiente utilizando várias válvulas.
Por outro lado, válvulas maiores levantam problemas de equilibrio e resistência de materiais.


Motor 16 Válvulas

Este tipo de motor a explosão é idêntico ao ciclo otto, sua pricipal diferença é a adoção de mais duas válvulas por cilindro, que trabalham simultaneamente as duas ja existentes, cada cilindro possui 4 válvulas (4cilindros x4válvulas = 16válvulas), aumentando o fluxo de gases do motor, assim desenvolvendo maior potência.
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PostSubject: Re: ABC dos motores de combustão interna   Wed Dec 27, 2006 1:57 pm

Motor Wankel

O motor Wankel é um tipo de motor de combustão interna ( motor de explosão ), inventado por Felix Wankel, que utiliza rotores em forma de triângulo em vez dos pistões dos motores convencionais.




Esse motor consiste essencialmente numa câmara cujo formato interno se aproxima da forma de um oito. Dentro dela, um rotor mais ou menos triangular - o pistão - gira excentricamente com relação ao eixo principal, que equivale ao veio de manivelas (cambota) dos motores alternativos. As formas destes dois elementos são tais que enquanto os cantos do pistão estão sempre equidistantes das paredes da câmara - e muito próximos a elas, formando uma vedação - eles sucessivamente aumentam e diminuem o espaço entre os lados convexos do triângulo - o rotor - e as paredes da câmara.






O ciclo de Wankel: admissão (azul), compressão (verde), explosão (vermelho)e exaustão (amarelo)Assim, se uma mistura for injetada numa das câmaras, quando está aumentando de tamanho, será comprimida na redução subsequente de volume, enquanto o rotor, ou pistão, gira. Deste modo, o ciclo clássico de quatro tempos - admissão, compressão, explosão e escape - é produzido e, além disso, as três faces do rotor estão em três fases diferentes do ciclo, ao mesmo tempo.

Cada rotor equivale a três cilindros de um motor alternativo.

História
«A ideia dos pistões rotativos revolucionou o mundo», afirmava em 1955 a publicidade da firma alemã NSU, uma das que adquiriram a patente do motor rotativo idealizado e realizado por Félix Wankel.

«Neste tipo de motor, os pistões e as bielas não funcionam violentamente como nos motores convencionais nem existe cambota. Por esta razão, o novo motor funciona com suavidade sendo, ao mesmo tempo, muito robusto.

Era a primeira vez que o motor de explosão convencional tinha um rival aparentemente capaz de quebrar a sua hegemonia. Mas as coisas não seriam tão simples como pensavam alguns. Após a primeira euforia, veio a ressaca e a maioria das marcas interessadas no motor rotativo acabaram por recuar e abandonar o seu desenvolvimento.

O conceito essencial é simples na sua formulação, mas difícil na sua explicação. Trata-se de um motor compacto que precisa de muito menos peças que um convencional, mas a sua fabricação resulta mais cara e não cumpre tão facilmente com as normas, cada vez mais exigentes, sobre o consumo e a poluição. Apesar das suas indiscutíveis qualidades de eficácia mecânica, baixo nível de vibrações e ruído e utlização de pouco espaço para o motor, o motor ainda não conseguiu destronar o de pistões (Ciclo de Otto) de movimento alternativo, com longos anos de uso e um notável grau de aperfeiçoamento técnico e, consequentemente, economico.

Entre suas desvantagens incluem-se uma curva de potência não muito elástica e os problemas em manter uma vedação ideal entre os cantos do rotor e as paredes da câmara devido à dilatação térmica, o que causa algumas dificuldades devido ao rigor das especificações do projeto e às tolerâncias mínimas na produção. Além disso o motor Wankel aquece muito mais que o motor a pistões, devido às altas rotações, trabalhando sempre no "limite", por assim dizer.

O elevado numero de segmentos necessários ao seu funcionamento não lhe permite atingir a durabilidade de um motor convencional.

A Mazda atualmente conta com uma nova geração de motores rotativos, chamado de Wankel Renesis pela marca, que apresentam um consumo muito semelhante a carros concorrentes. Devido ao seu princípio de funcionamento, em que não existem mudanças bruscas de direcção no movimento dos seus componentes internos (alteração no sentido de movimento dos pistões), as vibrações produzidas pelo motor são menores, assim como o nível de ruído.

Outro aspecto importante, é que o binário é disponibilizado de forma mais homogenea e constante. Como se não bastasse, são muito mais compactos e leves, possibilitando compartimentos de motor menores e um centro de gravidade do carro mais baixo.
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PostSubject: Re: ABC dos motores de combustão interna   Thu Sep 25, 2008 5:40 am

O ciclo Otto

Foi em 1870 que o alemão Nikolaus August Otto desenvolveu a forma de funcionamento usada pela esmagadora maioria dos motores da actualidade. O conhecido ciclo Otto.

Sem duvida que de todos os tipos de motor de combustão interna o mais usado é o de quatro tempos.

Para os mais interessados nesta questão do funcionamento dos motores das suas viaturas vamos tentar dar uma explicação um pouco mais aprofundada do funcionamento do motor de quatro tempos.

O motor é uma máquina térmica que converte a energia química do combustível em trabalho.

Tudo começa, portanto, no combustível, que é a fonte primária de energia que permite que o motor -a máquina térmica- funcione. Gasolina, álcool, diesel e gás natural são compostos orgânicos que podem reagir com o oxigénio e produzir calor pela reação de combustão.

A quantidade de calor produzida por cada unidade de massa do combustível é definida pela propriedade chamada de poder calorífico, que é de aproximadamente 10.500 Kcal/Kg na gasolina e 6.500 Kcal/Kg no álcool. Essa é a razão pela qual os motores a gasolina apresentam menor consumo por quilômetro relativamente aos movidos a álcool ou gás .

Calor residual
O objetivo do motor é transformar em trabalho esses 10.500 ou 6.500 kcal de energia química presente em cada quilograma do combustível. Porém, só conseguiremos fazer isto com uma parte relativamente pequena do total de energia disponibilizada, uma vez que máquinas térmicas tendem a apresentar baixo rendimento. Isso significa que a maior parte da energia se perderá no meio ambiente, na forma de calor residual que é eliminado pelo sistema de refrigeração do motor.


Automóveis convencionais são movidos por motores de quatro tempos, que operam o chamado Ciclo Otto: admissão, compressão, explosão e escape, que ocorrem dentro de um cilindro equipado com um pistão móvel.

A figura 1 apresenta o esquema simplificado de um cilindro de um motor a explosão de quatro tempos.




Figura 1: Esquema de cilindro de um motor a explosão de quatro tempos



Energia que se transforma em trabalho
Para entender como o Ciclo Otto transforma a energia química do combustível em trabalho, vamos usar duas equações bem conhecidas e simples. A primeira é a definição de trabalho:

T = P.V

Onde T representa o trabalho desenvolvido, P a pressão e V o volume.

Quem se lembrou de uma outra equação, que diz que trabalho é o produto da força pela distância, não precisa ficar confuso.

Como pressão = força/área e a distância = volume/área, as duas equações representam a mesma coisa.

A segunda equação será a da Lei Geral dos Gases Perfeitos:

(P1.V1)/T1=(P2.V2)/T2

Onde P representa a pressão, V o volume e T a temperatura absoluta


Esta equação indica que uma massa de gás, quando aquecida, aumenta sua pressão e volume na mesma proporção do aumento de sua temperatura absoluta.

O que ocorre dentro de cada cilindro do motor a explosão é exatamente a transferência dessas regras das equações ideais da física para a realidade técnica das nossas máquinas.


Os quatro tempos do Ciclo Otto
Para entender isto, vamos rever resumidamente o funcionamento de cada um dos tempos do Ciclo Otto.


Primeiro tempo: admissão
Para que o combustível atinja as características explosivas necessárias ao funcionamento do ciclo, é necessário que ele seja misturado a uma quantidade de ar.

Para isso, o pistão que estava no ponto morto superior desce, criando um vácuo parcial no cilindro, que suga o ar atmosférico enquanto recebe o combustível do sistema de injeção através da válvula de admissão aberta.

Essa mistura combustível-ar obedece a uma proporção definida, relação estequeométrica, controlada pela injeção electrónica ou pelo carburador.

Ao fim do tempo de admissão, o pistão encontra-se no ponto morto inferior e todo volume do cilindro está ocupado pela mistura combustível-ar.


Segundo tempo: compressão
O pistão que estava no ponto morto inferior sobe até o ponto morto superior com as válvulas de admissão e escape fechadas.

Com este movimento, a mistura combustível-ar é comprimida, alcançando a capacidade ideal de explosão.

A relação entre a pressão final e a pressão inicial da mistura combustível-ar durante o tempo de compressão é chamada de taxa de compressão, sendo comumente expressa na forma 11: 1, 10: 1, 9:1 (onze por um, dez por um, nove por um) etc.

Ao final do segundo tempo, o pistão atinge o ponto morto superior e a mistura está comprimida e pronta para explodir.


Terceiro tempo: explosão ou ignição
Este é o único tempo verdadeiramente motor do ciclo. Nele a mistura combustível-ar entra em ignição e explode.
Nos motores do Ciclo Otto, essa ignição é provocada por uma faísca emitida pela vela (nos motores de Ciclo Diesel a explosão ocorre ao fim do tempo de compressão como resultado do aumento da temperatura em função do aumento da pressão, sem necessidade de emissão de faísca).

Com a explosão, a energia química do combustível transforma-se em calor e energia mecânica sob a forma de pressão, que por sua vez causa a expansão do gás, conforme a Lei Geral dos Gases Perfeitos (equação 2) ajustada para condições não ideais.

A pressão desloca o pistão do ponto morto superior para o inferior, que no trajeto produz o trabalho representado pelo produto da pressão interna pelo volume do cilindro, conforme equação 1.


Quarto tempo: escape
A válvula de escape abre-se, o pistão sobe do ponto morto inferior para o superior, e os gases de combustão são expelidos para o sistema de escape.

Na transição entre tempo de escape e a admissão existe um período de tempo em que as duas válvulas se encontram abertas simultâneamente designado por lavagem.

A abertura e fecho das válvulas é comandado por um veio de excentricos, árvore de cames, que determina as velocidades e tempos de comando das válvulas.

Por sua vez, o veio de excentricos é comandado pelo designado sistema de distribuição do motor. Este comando é feito através de uma corrente ou correia ligada ao veio de manivelas, normalmente designado por cambota.

Em certos veículos modernos existem os chamados sistemas de distribuição variável que permitem alterar o comando de abertura das válvulas consoante o regime de funcionamento do motor.

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