O motor de combustão interna é uma máquina térmica, que transforma a energia proveniente de uma reação química em energia mecânica . O processo de conversão se dá através de ciclos termodinâmicos que envolvem expansão, compressão e mudança de temperatura de gases.
São considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam os próprios gases de combustão como fluido de trabalho. Ou seja, são estes gases que realizam os processos de compressão, aumento de temperatura (queima), expansão e finalmente exaustão.
Assim, este tipo de motor distingui-se dos ciclos de combustão externa, nos quais os processos de combustão ocorrem externamente ao motor. Neste caso, os gases de combustão transferem calor a um segundo fluido que opera como fluido de trabalho, como ocorre nos ciclos Rankine.
Motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de freqüente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão (queima controlada com frente de chama). O que pode-se chamar de explosão (queima descontrolada sem frente de chama definida) é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos provenientes da dissociação de gás nitrogênio.
Índice |
editar Ciclos termodinâmicos
editar Ciclo motor de Otto
- Ver artigo principal: Ciclo Otto
O motor baseado no ciclo ideal Otto caracteriza-se por ter sua ignição por faísca. Este tipo é o mais comumente utilizados em automóveis de passeio e motocicletas. Existem processos alternativos em motores experimentais para iniciar a queima como microondas ou uma injeção piloto.
editar Ciclo motor de Diesel
- Ver artigo principal: Ciclo Diesel
Os motores Diesel caracterizam-se pela ignição por compressão. O fluido de trabalho (normalmente ar) é comprimido sem ser misturado ao combustível e quando o combustível é injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama. As máquinas que impulsionam veículos pesados como caminhões, trens e navios, usualmente são baseadas no ciclo ideal de Diesel, o que não se refere ao combustível utilizado e sim ao ciclo termodinâmico em que operam.
editar Ciclo Brayton
- Ver artigo principal: Ciclo Brayton
O ciclo Brayton é utilizado como modelo ideal para turbinas a gás. Este caso se diferencia dos anteriores pelo fato de operar em regime permanente. Isto é conseqüencia do fato de os processos de compressão, transferência de calor, expansão e exaustão ocorrem ao mesmo tempo, mas, em locais diferentes. Assim, este tipo de motor distingui-se dos motores alternativos, onde os processos ocorrem em uma única câmara, mas, em tempos diferentes.
editar Construção
Independentemente do ciclo temodinâmico em que opera, um motor de combustão interna pode ter mecanismos e formas construtivas extremamente diversas. Por exemplo, máquinas alternativas, a pistão, podem ser de dois tempos ou quatro tempos.
Em um motor alternativo, tempo é o percurso de um pistão, do ponto morto inferior ao ponto morto superior, o que equivale à meia volta da árvore de manivelas.
editar Motor dois tempos
Num motor dois tempos, um ciclo temodinâmico se completa a cada volta do eixo, compreendendo as etapas de admissão, compressão, transferência de calor e exaustão. Esta característica permite que o próprio pistão atue também como válvula, abrindo e fechando as janelas (aberturas) na parede da câmara de combustão. Esta opção simplifica a máquina, também dispensando comando de válvula e é muito utilizada em motores de pequeno porte.
Mas, para motores de grande porte, isto não é uma alternativa adequada por reduzir o curso para compressão e permitir a comunicação direta entre a admissão de combustível e os dutos de exaustão. Os maiores motores de propulsão naval, a Diesel, operam em dois tempos, mas, com o emprego de apenas uma janela e uma válvula no cabeçote.
editar Motor quatro tempos
Já nos motores de quatro tempos, os gases completam um ciclo termodinâmico a cada duas voltas do eixo. Neste caso, para um pistão, ocorre admissão e compressão numa volta e transferência de calor na consecutiva.
Esta alternância requer necessariamente o emprego de um (ou mais) comando de válvulas, engrenado à árvore de manivelas de tal forma que tenha metade da velocidade de rotação da mesma, permitindo que o ciclo de abertura de válvulas dure os quatro tempos.
editar Motor Wankel
- Ver artigo principal: Motor Wankel
O motor Wankel é uma variação de motor de combustão interna que utiliza rotores em lugar de pistões. Motores do tipo Wankel oferecem, em relação aos motores a pistão, as vantagens de produzir menos vibrações, mais potência do que um motor a pistão na mesma cilindrada e demandam menos peças em sua construção. Como desvantagem, eles aquecem mais, geram mais gases poluentes, têm manutenção dos elementos de vedação e são de manufatura mais complexa do que um motor a pistão. Em 1996, foi patenteado o motor Quasiturbine, um aperfeiçoamento do motor Wankel.
editar Elementos
O motor pode ser dividido em partes fixas e móveis. Partes fixas são as partes que não entram em movimento, quando o motor entra em funcionamento, em relação aos outros componetes do motor, por exemplo: bloco, cárter e cabeçote. Partes móveis são caracterizadas pelas partes que se movimentam quando o motor entra em funcionamento, tais como, árvore de manivelas, pistão, biela e comando de válvulas.
editar Comparação entre modelos
- Os motores dois tempos se destacam pela sua simplicidade construtiva e elevada potência. O ciclo de dois tempos realiza todo o processo com uma volta do virabrequim. Por esta razão, operam geralmente em rotações bem mais altas do que os motores de quatro tempos. Essa é a razão pela qual se consegue potências mais altas, embora o consumo seja maior e o índice de poluentes liberados também (menor tempo para a queima do combustível).
- Os motores quatro tempos necessitam de duas voltas para completar o ciclo. Possui um grande número de peças móveis e alta vibração. A organização dos cilindros pode contribuir para a redução destas vibrações.
- Os motores Wankel se destacam pela suavidade, uma vez que não existe pistão e um rotor é que faz o movimento de rotação. Geralmente, para uma mesma potência, são menores do que os motores a pistão. Devido a forma não convencional de sua câmara (com muitas curvas) sua fabricação se torna mais cara e complicada. Além disso, a sua geometria torna a vedação da câmera de combustão um problema difícil de ser resolvido.
editar Combustíveis
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Principais características:
- Número de Cetanas(N.C.) - para ciclo diesel
Este número revela a facilidade de auto-ignição de um combustível. Quanto mais fácil sua ignição, maior é o número de cetanas.
- Número de Octanas (N.O.) ou Octanagem - para ciclo otto
Varia inversamente ao número de Cetanas. Quanto maior o N.C., menor será o N.O. . Este número diz a respeito da qualidade do combustível em relação a sua resistência sobre a auto-ignição. Os motores do ciclo Otto, por exemplo, necessitam ter uma elevada temperatura de auto-ignição para não haver um aumento muito brusco de pressão, ocorrendo as famosas "batidas de pino" (detonação explicada anteriormente). O N.O. pode ser aumentado pela adição de aditivos anti-detonantes ou pela mistura de combustíveis N.O. maiores.
Este número fornece a quantidade de energia que uma certa quantidade de combustível pode produzir. Quanto maior este número, melhor o combustível (juntamente com relação ar-combustível).
- Facilidadade de Auto-Ignição (veja Cetanas)
Quanto maior a cadeia carbônica, menor é a temperatura de auto-ignição
Tem grande importância no jato de combustível injetado na câmara. Caso o combustível seja muito viscoso, a atomização do combustível será prejudicada, assim, num motor frio a partida será afetada. Caso contrário, uma baixa viscosidade dificulta a lubrificação do sistema injetor, aumentando o desgaste do mesmo.
- Relação ar-combustível ou combustível-ar estequiométrica
Mede a proporção de ar que deve ser utilizada para queimar (teoricamente) todo o combustível (em massa). Juntamente com o (i.e. multiplicado pelo) poder calorífico é uma medida de quanta energia pode ser colocada no cilindro a cada ciclo.
- Resíduo de Carbono
- Teor de Cinzas
- Água e Sedimentos
Devido à constante evolução dos motores e da eletrônica embarcada no automóvel os engenheiros estão conseguindo criar motores muito mais potentes e econômicos com mesma cilindrada. Um meio de conseguir esta melhora é aumentar a taxa de compressão do motor, mas com isso surge um inconveniente em ciclo otto, a detonação. Ela ocorre quando um resto de combustível no final da combustão tem sua temperatura e pressão elevados a ponto de se auto-ignitar. Essa queima não controlada do combustível gera um ruído característico (conhecido como batida de pino apesar de nenhum pino bater, o ruído é proveniente da ressonância da câmara de combustão transmitida ao bloco) e eventualmente dano mecânico, principalmente em pistão, anéis, vela e válvulas. Para melhorar o rendimento do veículo pode-se utilizar gasolina de alta octanagem, que ajuda a evitar esse fenômeno. Já a pré-ignição ocorre quando o combustível começa a queima antes da faísca da vela, devido a algum ponto com alta temperatura na câmara de combustão e também é influenciado (um pouco) pela taxa de compressão.
Verifique a taxa de compressão do motor do seu automóvel, se ela for maior do que 10,5:1, haverá grande diferença em utilizar gasolina de alta octanagem. Fique atendo, pois poucos motores possuem a taxa de compressão acima da citada (exemplo: os motores bicombustiveis e o Celta VHC ), normalmente a taxa de compressão para um motor a gasolina é de 9:1. Nesses casos (taxa ~9:1) um combustível de alta octanagem não gera nenhum benefício.
editar Ver também
- Wärstsilä-Sulzer RT-flex96C, o maior motor de combustão interna do mundo.
| Componentes do automóvel : Motor |
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Cabeça: junta da cabeça – cilindro – injector — válvula – balanceiro – vela – colector |