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Capitulo 1

RECORDATORIO DAS DIFERENTES CLASES DE MOTORES TERMICOS Alguns terminos dos motores Portugus Bloco Cilindro Pisto Biela Virabrequim Volante Cabeote Carter de oleo Vlvula Mola de vlvula Guia de vlvula Junta de cabeote Anel Pino do pisto Eixo de comando de vlvulas Mancal de biela Mancal do virabrequim Vela Coletor de admisso Dimetro do cilindro Tampa de vlvulas Tucho Vareta Camisa mida Curso Balancim Coletor de escape Casquillo Ingls Crank case Cylinder Piston Connecting rod Crankshaft Flywheel Cylinder head Oil sump Valve Valve spring Valve guide Cylinder head gasket Ring Piston pin Camshaft Crankpin Main bearing Spark plug Inlet manifold Bore Rocker-arm cover plate Tappet Push-rod Stroke Rocker-arm Exhaust manifold Francs Carter cylindres Cylindre Piston Bielle Vilebrequin Volant dinertie Culasse Carter dhuile Soupape Ressort de soupape Guide soupape Joint de culasse Segment Axe piston Arbre cames Maneton Tourillons Bougie Tubulure dadmission Alsage Cache-culbuteur Poussoir de culbuteur Tige de culbuteur Chemise humide Course Culbuteur Collecteur dchapement Coussinets

I.1. Introduo Distinguimos geralmente dois tipos de motores de combusto: - Os motores a combusto interna: Nos quais os produtos de combusto so eles mesmos o fluido de trabalho. -Os motores a combusto externa: Nos quais o calor liberado por uma combusto e transferido a um fluido intermedirio (ar, hidrognio, Helio, vapor de gua, fluido orgnico, ...) que constitui o fluido gerador do trabalho mecnico. Em esta categoria entram: as maquinas a vapor ou a ciclo Rankine, o motor Stirling, ... Na primeira categoria dos motores a combusto interna, podemos distinguir:

- Os motores alternativos: -Motores a ignio comandada ou motores a gasolina, ainda chamados comumente motores de exploso. -Motores Diesel o a ignio por compresso que so motores de pistes ou a capsulimo (mecanismo estanco que realiza volumes variveis de manera cclica). - As turbomaquinas: -Turbinas de gs, que, ao contrario que os motores precedentes, so maquinas a fluxo continuo. Nestas ultimas maquinas, as diferentes evolues do fluido motor em lugar em espaos sucessivos e justapostos, ao contrario do que acontece nos motores alternativos onde estas transformaes so realizadas no mesmo espao, o cilindro. Estes motores constituem atualmente a maioria das unidades de produo de potncia mecnica em muitas reas, sobre tudo, na rea dos transportes onde esto particularmente desenvolvidos a causa das suas vantagens: Bom rendimento, tamanho compacto, confiabilidade, ...; Isto explica a extenso que tem nestes dias a industria dos motores e o conjunto da sas ramas em todos os paises do mundo. 1. I.2. Principais trminos tcnicos utilizados na rea dos motores alternativos 2. I.2.1 Arquitetura geral dum motor alternativo a combusto interna As caractersticas particulares e o funcionamento respectivo dos dois tipos de motores (gasolina e Diesel) sero detalhados mais tarde. Para recordar os elementos comuns dos dois motores alternativos clssicos, vemos as figuras I.1a e I.1b Para os motores de trao automvel representados, os rgos principais so: -Bloco Serve de suporte a todos os rgos principais (virabrequim, cabeote, ...) e aos rgos anexos (motor de partida, alternador, embreagem....) -Cilindro: Seja usinado diretamente no bloco Seja constitudo duma camisa seca (montada no bloco)o duma camisa mida (em contato com o liquido de arrefecimento) -Pisto Com mobilidade na camisa, tem segmentos para assegurar a estanqueidade entre a cmara de combusto e o bloco. Submetido a presso dos gases que transmite a biela pelo eixo do pisto.

-Biela Assegura a transmisso entre o pisto e o virabrequim e transmite a este ultimo o esforo resultante da presso dos gases no cilindro. -Virabrequim Sua funo e a transformao do movimento linear alternativo do pisto em um movimento circular do eixo de sada do motor. Sobre os motores multicilindricos, dependendo do seu numero e disposio, podemos observar diferentes formatos de virabrequim. A rotao do virabrequim no interior do bloco se realiza pelo intermdio dos mancais do virabrequim. As bielas se articulam sobre os mancais da biela. Nestas unies rotativas so utilizadas geralmente casquilhos ou bronzinas recobertos dum material antifricao. -Volante Disco fixado na extremidade do virabrequim e cuja inercia permite, sobretudo nos motores com pequeno numero de cilindros, regularizar a velocidade de rotaao. Tem geralmente uma coroa dentada para a movimentaao a partir do motor de partida. -Cabeote Fixado na parte superior do bloco, delimita juntamente com o pisto o volume da cmara de combusto. Uma junta assegura a estanqueidade entre o cabeote e o bloco. O cabeote tem os condutos de admisso e de escapamento cuja comunicao ou no com a cmara determinada pelas vlvulas. A abertura e o fechamento das vlvulas comandada pelo sistema de distribuio formado em geral por: Eixo de comando, molas, eventualmente balancins, tuchos, etc... -Carter de leo E o reservatrio de leo, situado na parte inferior do motor, que permite alimentar o sistema de lubrificao dos elementos moveis do motor. Um sistema de arrefecimento, por gua o ar, e previsto para evacuar uma parte do calor liberada pela combusto para assegurar a integridade das peas do motor.

Figura I.1a. Motor a ignio comandada Renault tipo 847 Corte transversal

Figura I.1a. Motor a ignio comandada Renault tipo 847 Corte longitudinal

Fig I.1b Corte transversal do motor FIAT FIRE 1000 Si na rea dos automveis, a arquitetura geral bastante semelhante entre os motores gasolinas e os Diesel (Fig I.1c e I.1d), os diferentes elementos de estes ltimos so mais reforados

tendo em conta as maiores presses internas e os maiores esforos que tem que transmitir. As diferenas tecnolgicas dos sistemas de alimentao em combustvel para estes dois tipos de motores, assim como o dispositivo de ignio especifico do motor de gasolina, so o resultado de processos de

Figura I.1c Esquema de conjunto do motor Renault gasolina F2N Fig. I.1d Esquema de conjunto do motor Renault Diesel F8M Injeo indireta

1.2.2 As dimenses caractersticas dum motor . Dimetro (D [mm]): Dimetro do cilindro. . Curso (L [mm]): Distncia recorrida pelo cilindro entre o Punto Morto Superior (a partir de agora: PMH (Point Mort Haut )) ou em ingls Top Dead Center (TDC) e o Punto morto inferior (a partir de agora: PMB (Point Mort Bas) ) ou em ingls Bottom Dead Center (BDC). . Si r = raio da manivela L = 2 * r -Cilindrada unitria (Vu [cm ]) : volume3

varrido pelo cilindro al recorrer o curso L. .D Vu = L.2

4 Si n o numero de cilindros do motor, a cilindrada total Vcyl e igual a Vcyl = n Vu . Relao volumtrica de compresso ( [adimensional]): Si e o volume do espao morto da cmara de combusto, isto , o volume que fica no TDC, a relao volumtrica de compresso e: Vu + v = v Em um motor de cilindrada unitria Vuy de relao volumtrica de compresso , o volume de espao morto e: Vu v= 1

Observao: No e correto usar taxa de compresso para falar da relao volumtrica de compresso. Si suponemos uma relao volumtrica de compresso = 10 em uma compresso isentrpica para ar com = 1,3 constante. Ento a taxa de compresso e igual a: = 10 = 20 Que e diferente da relao 10 / 1 da relao volumtrica de compresso 1,3

I.3. As diferentes familias de motores alternativos Os motores podem ser clasificados em varias familias, considerando alguns criterios basicos como: Ciclo termodinamico - Quatro tempos. - Dois tempos Cujos principios de funcionamento sao lembrados nas figuras I.3 e I.4

Modo de combustao (Capitulo VI) .- Igniao comandada (S.I: spark ignition engine) .- Diesel ou igniao por compressao. (C.I: Compression ignition engine) .- De carga estratificada (Stratified charge engine) - Diesel-gas ou Dual fuel Os mais classicos e entre os obsoletos:

- Semi-Diesel ou a bola quente Natureza do combustivel - Gasolina - Diesel ( em frances gazole) Que sao os carburantes mais classicos nos motores de traao. Tambem temos: - Carburantes gasosos: -Gas de petroleo liquifiado (GPL ou LPG: Liquified Petroleum Gas) - Gas natural comprimido (GNC) ou liquifiado (GNL). Ou seguindo a denominaao corrente de hoje: Gas natural vehiculo (GNV) -Carburantes pesados: Fuel pesado usados nos grandes motores Diesel .- Carburantes especiais: Alcool, Aceites vegetais ou compostos derivados. Existem tambem motores polycarburantes.

Modo de alimentaao em combustivel Para os motores a combustao por igniao: -Carburaao

- Injeao de gasolina: Pode ser: .- Indireta: Monopunto, mutlipunto, multipunto sequencial. A baixa pressao (> D. Disposiao e geometria de alguns organos do motor: .- Valvulas: Laterais, em cabeza.....motor multivalvulas (3, 4, 5 valvulas por cilindro) .- Arvol de comando: Latera, em cabeza. .- Forma da camara de combustao.

Fig I.16 Arquitetura dum motor birotor com pistes rotativos (Por cada giro completo de pisto, o arvore de sada efetua trs voltas)

I.4. Velocidade media do pisto Motores Diesel lentos, semi-rapidos e rpidos. A velocidade media do pisto Vp, expressada em m/s, representa o espao percurso pelo pisto na unidade de tempo. E dado por: 2 LN . ..10 LNVp =3

3.10

= 60 30 Com: L: Curso do pisto (mm) N: Velocidade de rotao (rpm) O valor mximo de Vp limitado pelas restries aceitveis devido as foras de inrcia assim como pela manuteno dum bom enchimento dos cilindros. O valor de Vp no regime nominal permite classificar os motores Diesel em:

Motores rpidos: -Motores Diesel de trao automvel: Vp = 12 -14 m/2 O que corresponde a regimes mximos de: N= 4000 5000 rpm A titulo indicativo, para motores de gasolina de potencia similar, Vp = 14 ~ 18 m/s com N = 5000 6000 rpm -Motores de trao pesos pesados ou de maquinas de trabalhos pblicos: Vp = 10 -12 m/s O que corresponde a N = 1500 2500 rpm ou N = 600 ~ 1500 rpm sobre os grandes Diesels; Motores semi-rapi