Capítulo 03 - Motores De Combustão Interna

Capítulo 03 - Motores de Combustão Interna

3.1 – Introdução

O objetivo deste capítulo é dar uma noção de como funcionam os motores de combustão interna, tendo em vista o seu caráter de transformação de energia, enfatizando os ciclos de operação mais usuais. Há muitos processos que ocorrem durante um ciclo, como a lubrificação, o arrefecimento, etc. mas estes não serão analisados aqui.

As máquinas térmicas são aquelas máquinas que transformam a energia química dos hidrocarbonetos em energia térmica. Mas os motores de combustão interna, de um modo específico, transformam a energia térmica em energia mecânica.

Eles podem ser classificados segundo seus ciclos de operação: ciclo Otto, para os que utilizam álcool e gasolina; e ciclo Diesel para motores movidos a óleo diesel. Os carros movidos a Gás Natural Veicular (GNV) podem operar nos dois ciclos, entretanto são mais usuais para os motores Otto.

Os Motores de combustão interna podem se dividir, também, em motores de dois tempos e motores de quatro tempos. Os motores dois tempos caíram em desuso por serem mais poluentes.

3.2 - Componentes de um motor de combustão interna

Para entender como o motor funciona é preciso conhecer suas partes integrantes. Os capítulos anteriores deram subsídio a este tópico, uma vez que muitos elementos dos motores transformam movimentos de translação em movimentos de rotação, ou movimentos de rotação em movimentos de translação (movimentos alternados).

Figura 01- motor diesel em corte

01- Bomba d’água 02- Termostato 03- carburador 04- Coletor de admissão

05- coletor de escapamento 06- Tucho, cortado 07- Árvore de comando de válvulas 08- Tubo de ventilação

09- Bomba de óleo 10- Árvore de manivelas 11- engrenagem da árvore de manivelas 12- Polia da árvore de manivelas

13 engrenagem da árvore de comando de válvulas

Tabela 01 – componentes de um motor diesel

A figura abaixo mostra um esquema mais simplificado dos acionamentos de um motor de combustão interna.

Figura 02 – acionamentos dos pistões e das válvulas

O princípio de funcionamento dos motores é o mesmo, embora haja variações quanto às disposições de seus acionamentos, ou seja, muitos motores vêm com a árvore de comando de válvulas atuando diretamente sobre elas, ao invés de usar balancins e hastes (como na figura acima); outros motores mais modernos não possuem carburador, mas um sistema de injeção eletrônica de combustível; etc.

3.3 - Motor Quatro Tempos

Os motores de quatro tempos funcionam segundo o esquema mostrado pelas figuras abaixo:

1º Tempo – Admissão 2º Tempo - Compressão

3º Tempo – Trabalho 4º Tempo – Escapamento

Figura 03 – esquema de um motor quatro tempos

1º Tempo – Admissão

Durante o 1º tempo, ou seja, a admissão, a válvula de admissão se abre, e a mistura ar-combustível entra na câmara de combustão enquanto ela se expande, indo do ponto morto superior (PMS) ao ponto morto inferior (PMI). A árvore de manivela gira 180º.

Nota: No PMS, a câmara de combustão, formada pelo pistão e sua camisa, possui o menor volume. No PMI ela possui o seu maior volume. Portanto, a taxa de compressão de um motor é a razão entre os volumes no PMI e no PMS. Para um motor a gasolina ela é em torno de 10:1 e para os motores a álcool ela é de 14:1. Em outras palavras, o álcool sofre uma compressão maior que a gasolina, durante o momento da compressão. O óleo diesel sofre uma compressão ainda maior, 20:1.

2º Tempo – Compressão

Neste instante a válvula de admissão se fecha, vedando a câmara de combustão, e o êmbolo desloca-se do PMI para o PMS, comprimindo a mistura ar-combustível. A pressão de compressão varia de 60 a 80 kgf/cm² e a temperatura aumenta.

3º Tempo – Trabalho (expansão)

Neste instante, a vela solta uma centelha inflamando a mistura, produzindo uma onda de calor muito forte, aumentando a pressão e fazendo retornar o cilindro para o PMI: é a realização do trabalho. As duas válvulas estão fechadas.

4º Tempo – Escapamento

Neste instante, a válvula de escapamento se abre, enquanto o êmbolo vai do PMI para o PMS, expulsando os gases da combustão. Com isto completa-se um ciclo.

3.4 - Ciclo Otto teórico

O ciclo Otto compreende duas transformações adiabáticas e duas isotérmicas, como mostra o diagrama abaixo:

Figura 04 – Dagrama ciclo Otto

A-B – compressão adiabática (sem troca de calor)

B-C – ignição (isotérmica)

C-D – expansão (adiabática): realizando trabalho

D-A – expansão (abertura da válvula de escapamento- isotérmica)

A linha horizontal da esquerda para a direita é admissão, caso contrário, escapamento dos gases.

3.5 - Ciclo Diesel

O chamado motor de ciclo Diesel foi criado por um alemão com esse sobrenome, Jean. Rudolf Diesel, que conseguiu patentear seu projeto em 22 de fevereiro de 1893, mas a apresentação oficial do motor só ocorreu em 1898. Desenvolvia apenas 10 cv de potência e logo passou a ser fabricado em toda a Alemanha. Suas primeiras aplicações foram em fábricas geradoras de energia.

Os motores do ciclo Diesel de 4 tempos são utilizados em menor escala no automobilismo, do que os de ciclo Otto. O ciclo Diesel tem maior emprego nos motores de grandes potências e dimensões como: embarcações marítimas, locomotivas, caminhões, geradores, etc.