11-MotorCombustaoInterna

PINHEIRO, Paulo C. C. Eng. Mecnica, UFMG

Prof. Paulo Cesar C. PinheiroDept. Engenharia Mecnica da UFMG

Maio 2015

MOTORES DE COMBUSTO INTERNA


Motor de Combusto Externa


Histrico do Motor O princpio de funcionamento - 300 anos: Huygens, Hautefeuille e

Papin - Segunda metade do sculo XVII - plvora; 1860 - Lenoir construa - primeiro motor de combusto interna ; 1862 - Beaus de Rochas - imaginou motor de combusto interna

de mbolos de quatro tempos; 1876 - Nikolaus A. Otto patenteou o motor de 4 tempos, utilizando

combustvel gasoso 1882 - Gottlieb Daimler, comeou a trabalhar no desenvolvimento

do seu prprio motor. Seu motor bicilndrico em V de 1889 foi o primeiro motor a ser produzido em quantidades. Utilizava combustvel lquido e carburador do tipo Venturi, foi chamado de "Mercedes.

1893 - Rudolf Diesel construiu um novo tipo de motor de combusto interna diferente do motor de Otto, utilizando como combustvel o leo. Seu motor possua 10 CV e eficincia de 26,6%, o dobro da eficincia de qualquer outro motor desta poca.


Histrico do Motor

1860 - Motor de Lenoir (Mquina a vapor convertida) queima de gs natural, em uma mquina a vapor de piston de dupla ao, utilizando ignio eltrica


Tecnologias Complementares Automveis

- Pneus (1888, Dunlop)- Combustvel lquido barato (Indstria petrolfera, PA 1859) - Carburador de efeito Venturi (1892, Willi Maybach)- Transmisso mecnica varivel (Tipo primitivo, Levassor, 1891)- Partida eltrica (Kettering 1912)


Motor de Combusto Interna


Classificao dos Motores

- Motor de Combusto Interna ou Externa - Ignio por centelha ou Ignio por compresso- Configurao- Posio das Vlvulas- 2 tempos ou 4 tempos


Configurao dos Motores

Radial (Aviao)

Em V(Automvel)

Em Linha(Automvel)

Opostos Horizontal (Vw, Porsche, Subaru)

Pistons Opostos


Funo do Motor

Os motores de combusto interna possuem partes fundamentais, responsveis pela transformao da energia dos combustveis em trabalho mecnico e sistemas complementares, responsveis pelo fornecimento de condies favorveis para que o processo se realize de forma eficiente e contnua.


Motor Otto

Inventado por Nikolas Augustus Otto em 1870. Tambm conhecido como motor a 4 tempos. Motor de combusto interna. O mais utilizado em automveis. Utilizado em carros, caminhes, geradores, avies etc. Necessita de uma vela para realizar a combusto


Motor 4 Tempos (Otto)

AlimentaoA vlvula de alimentao

abre, admitindo combustvel e ar.

A vlvula de escape fechada

CompressoAmbas as vlvulas fechadas

A mistura ar/combustvel comprimida pela subida

do pisto. A centelha da vela

Prximo ao fim da compressoAcende a mistura.

ColetorAlimentao

Vela IgnioCilindro

Pisto

Biela Virabrequim

TrabalhoA mistura ar/combustvel

queima, aumentado a temperatura e presso. Devido a combusto, a expanso dos gases

empurra o pisto para baixo. Ambas a vlvulas

fechadas

1 2 3 4

ExaustoA vlvula de exausto abre, e os produtos da

combusto so empurrados pelo pisto

para fora do cilindro.

ColetorEscape

Vlvula de EscapeVlvula Alimentao




Ciclo Otto (Admisso)

Durante o tempo de admisso, o pisto se move para baixo.

A mistura gasosa ar / combustvel introduzida no cilindro.

A energia que entra no sistema a energia qumica do combustvel

O -> A no ciclo Otto


Ciclo Otto (Compresso)

O pisto se move para cima A mistura ar / combustvel

comprimida adiabaticamente. A temperatura aumenta O trabalho produzido sobre o gs

positivo e igual a rea abaixo da curva

A -> B no ciclo Otto


Ciclo Otto (Combusto)

Com a centelha da vela, ocorre a combusto

(este no um dos tempos do motor)

A combusto ocorre muito rpida, enquanto o pisto se encontra na sua posio mais alta (ponto morto superior).

Converso da energia qumica do combustvel em energia interna.

B -> C no ciclo Otto


Ciclo Otto (Trabalho)

No tempo de trabalho, o gs expande adiabaticamente

Isto provoca uma queda na temperatura Trabalho produzido pela expanso do

gs O trabalho igual a rea sobre a curva C -> D no ciclo Otto


Ciclo Otto (Abertura Vlvula)

Este o processo D -> A no ciclo Otto A vlvula de descarga abre quando o pisto atinge a posio mais

baixa (ponto morto inferior) A presso cai imediatamente O volume aproximadamente constante.

No produzido trabalho A energia comea a ser expelida do interior do cilindro.


Ciclo Otto (Descarga, exausto)

No tempo de descarga, o pisto se move para cima, enquanto a vlvula de descarga se mantm aberta.

Os gases residuais so expelidos para a atmosfera.

O volume diminui. A -> O no ciclo Otto


Ciclo Otto - Rendimento Se a mistura ar / combustvel considerada um gs ideal, ento a

eficincia do ciclo Otto :

a razo do calor especfico molar V1 / V2 a taxa de compresso Valores tpicos:

Taxa de compresso 8-10 = 1,4 e = 56%

Os rendimentos do motores reais se situam na faixa de 15% a 25% Principalmente devido ao atrito, perda de energia por conduo, e

combusto incompleta da mistura ar/combustvel.

( ) 11 211e

V V =



Compression(ports closed)Air Taken Into

Crankcase

Combustion(ports closed)

Exhaust(intake port closed)

Air compressed in crankcase

Scavengingand Intake

(ports open)


Admisso e compresso da mistura

Continuao da admisso e o inicio da combusto da mistura ar/combustvel.

Pisto desce ao pmicom a exploso, os gases pre-comprimidos no crter passam pelo canal de lavagem.

Lavagem, a mistura pre-comprimidos no crter expulsam os gases da combusto, dando incio a um novo ciclo





Ciclo Otto


Motor DieselRudolf Diesel 1893

- Opera com um ciclo similar ao ciclo Otto, sem a vela de ignio.- A taxa de compresso muito maior, e a temperatura do ar dentro do cilindro no fim do tempo de compresso muito maior.- O combustvel injetado e a temperatura alta o suficiente para fazer a ignio da mistura, sem a necessidade da vela de ignio.- Devido as altas taxas de compresso, os motores Diesel so maiseficientes que os motores a gasolina.


Motor DieselRudolf Diesel 1893A principal diferena entre o motor a gasolina e o motor a diesel a vela de ignio.

No motor Diesel comprime-se ar, de modo que a taxa de compresso pode ser muito maior. O ciclo Diesel possui 4 tempos: Alimentao do ar, compresso do ar, injeo do combustvel (queima) e descarga (exausto). Quanto maior a taxa de compresso, maior o rendimento do ciclo.

O injetor deve ser capaz de suportar as temperaturas e presses no interior do cilindro e tambm injetar o combustvel em uma fina nuvem.

O processo de injeo diferente do motor a gasolina: no motor a gasolina o combustvel injetado no cilindro durante o tempo de admisso, e depois comprimida. A mistura ar / combustvel limita a taxa de compresso do motor. Se a mistura muito comprimida, entra em combusto espontnea e provoca a batida de pino.

O ar aquecido que provoca a ignio do combustvel.


Diferena Motor Diesel x OttoO motor a gasolina alimenta uma mistura de ar / combustvel que comprimida e a ignio provocada por uma vela de ignio. No motor Diesel a alimentao de somente ar, e o combustvel injetado no ar comprimido. Assim, o motor Diesel no necessita de uma vela para operar. A temperatura do ar comprimido provoca a ignio do combustvel.

No motor a gasolina a taxa de compresso de 8:1 a 12:1, enquanto no motor Diesel 14:1 at 25:1. A maior taxa de compresso produz uma maior eficincia e uma maior potncia.

Os motores a gasolina podem usar carburador, onde a mistura ar / combustvel realizada antes do ar entrar no cilindro, ou injeo de combustvel na entrada, onde o combustvel injetado prximo vlvula de admisso (for a do cilindro). Os motores a Diesel usam injeo direta de combustvel: o combustvel injetado diretamente dentro do cilindro.

O leo Diesel um combustvel mais pesado e oleoso que a gasolina. Sua composio qumica C14H30 comparada com a gasolina que C9H20. O Diesel evapora muito mais lentamente que a gasolina, uma vez que mais pesado. necessrio menos refinamento para produzir Diesel, de modo que normalmente mais barato que a gasolina. Tem maior densidade que a gasolina.


Motor 4 Tempos (Diesel)

Admisso Compresso Combusto Exausto


Operao do Motor Diesel

Os motores diesel usam ignio por compresso

injetado apenas ar no cilindro

O ar comprimido

O spray de diesel injetado no ar quente e pressurizado (acima de 800C e 1.000 psi/70 kg/cm2)

As gotculas de diesel comeam a evaporar combusto

Taxas de compresso de 18 a 26:1


Motor Wankel (Rotativo, 4 tempos)- O rotor (Orbital) percorre uma trajetria toroidal dentro da camisa- Ocorrem 3 Ciclos simultaneamente (com 120 de defasagem)- O rotor gira em torno do Virabrequim (o virabrequim gira 3 vezes para cada rotao do rotor)


Motor Wankel (Rotativo, 4 tempos)


Motor Wankel (Rotativo, 4 tempos)


Maior Motor Diesel do Mundo

http://www.bath.ac.uk/~ccsshb/12cyl/

Potncia = 5.790 kW (7.780 HP)Cilindrada = 25.480.000 cm3 (25.480 L)Peso = 2.300 t


Maior Motor Diesel do Mundo


Partes do Motor


Partes do Motor


Partes do Motor

Air cleaner

Choke

Throttle

Intake manifold

Exhaust manifold

Piston ringsPiston

Wrist pinCylinder blockConnecting rod

Oil gallery to pistonOil gallery to headCrankcaseCrankpinCrankshaft

Cylinder head

Breather cap

Rocker armValve spring

Valve guidePushrod

SparkplugCombustion chamber

TappetDipstickCamCamshaft

Water jacketWet liner

Connecting rod bearing

Main bearing

Oil pan or sump


Principais Componentes Bloco do motor Cabeote Crter Cilindro Cmara de combusto

Fixos

Virabrequim Volante Pisto Biela Anis Vlvulas Comando de Vlvulas

Mveis


Bloco do Motor

Cilindros

Normalmente construdos de ferro fundidoNumero de cilindrosCilindros em linhaCilindros em V

Mancais do Virabrequim


Bloco do Motor

Corvete Z06 2006 7,0L V8 LS7


Camisa do Cilindro

Camisas secas contato direto com o blocoCamisas midas contato direto com o liquido de arrefecimentoCilindrada do motor


Camisa do Cilindro

As linhas de brunimento so reservatrios de leo Bom controle do filme de leo


Cmara de Combusto

Local onde o mbolo desloca-se com movimento retilneo alternado, est contido no interior do bloco.


Cabeote

Fecha o bloco do motorFeita em ferro fundido ou ligas mais levesJunta de vedao cobre ou bronze e amiantoAcomodam as vlvulas, vela ou bico injetor e coletores.Arrefecimento e lubrificao


Crter

Tampa da parte inferior do motor Reservatrio de leo. Junta de cortia Feito de ao estampado ou ferro devido a sua posio.


Pisto (Embolo)

Recebe o movimento de expanso O mais leve possvel Feito em ferro ao e ligas de alumnio. Arrefecimento leo e contato com as paredes


Pino do Pisto

Tem forma oca garante resistncia a flexo Funo de prender a biela ao pisto


Anis de Segmento

a) efetuar a vedao da cmara do cilindro, retendo a compresso;b) reduzir a rea de contato direta entre as paredes do pisto e do cilindro;c) controlar o fluxo de leo nas paredes do cilindro;d) dissipar o calor do pisto pelas paredes do cilindro.


Anis de Segmento

800 CTemperatura de Combusto

Coroa do Pisto

Raspador de leo

Camisa do Cilindro

Saia do Pisto

Anis de Compresso


Biela


Biela

Ajudar a transformar movimento retilneo em circular Bronzinas ou casquilhos feitos em bronze e revestidos com liga antifrico.


Virabrequim

Fabricado em ao forjado ou fundido.Canais de lubrificaoMoentes

MunhesContrapesos


Virabrequim


Volante

Disco de ferro fundido de grande massaFuno de acumular energia cintica.Flange que se liga ao virabrequim.Cremalheira liga-se ao motor de partida.


Vlvulas

Feitas em ao de alta dureza.Dois tiposNumero de vlvulas


Funcionamento das Vlvulas


Comando de Vlvulas


Comando de Vlvulas

OHV(OVERHEAD VALVE)


Comando de Vlvulas

OHC(OVERHEAD CAMSHAFT)

SOHCDOHC


Sistemas Complementares

Sistema de vlvulas Alimentao (ar) Ignio (injeo) Arrefecimento Lubrificao


Refrigerao a gua


Refrigerao a gua


Refrigerao a Ar


Sistema de Alimentao Motor Diesel

Tanque

Diesel

FiltrosBomba

Injetora

Injetor

Bomba de

Alimentao

O sistema de injeo opera a presses acima de 3.500 psi / 250 kg/cm2.


Sistema de Injeo Direta

50 psi typical

Monitored EngineOperating Conditions:

Manifold PressureEngine Speed

Air TemperatureCoolant Temperature

Acceleration

COMPUTERTRIGGER

INJECTOR DRIVE UNIT

Pressure Regulator FuelFilter

FuelPump

FUEL TANK

Injectors


Carburador (Efeito Venturi)

P+1/2 V2 = ConstanteEfeito Bernoulli:

Ref. Obert

O nvel constante na cuba mantido por uma bia que aciona uma vlvula de modo que ao descer permite a entrada de combustvel e ao subir fecha a vlvula

VlvulaEntrada combustvel

Bia

Gicleur

Borboleta Acelerador

Mistura Ar/Combustvel para o motor

BorboletaAfogador

Injetor Entrada Ar

Cuba

Combustvel Atomizado

Venturi


Turbo Compressor

Inventado por Alfred Buchi e patenteado em 1905.Aumenta a compresso e a potncia do motor.No funciona bem a baixas rotaes.


Gs NaturalO gs natural um combustvel fssil normalmente encontrado acima dos depsitos de petrleo. A idia de se utilizar o gs natural dos anos 30, nas s se viabilizou com o desenvolvimento dos gasodutos a prova de vazamentos.


Gs Natural


Gs Natural


Muito Obrigado pela

Ateno !

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