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UNIVERSIDADE PRESIDENTE ANTNIO CARLOS FACULDADE DE TECNOLOGIA E CINCIAS DE CONSELHEIRO LAFAIETE

ENGENHARIA INDUSTRIAL MECNICA

JESS JESUS REIS JNIOR

CICLO DE OTTO ASPECTOS GERAIS

CONSELHEIRO LAFAIETE 2013

JESS JESUS REIS JNIOR

CICLO DE OTTO ASPECTOS GERAIS

Trabalho apresentado Universidade Presidente Antnio Carlos UNIPAC /Faculdade de Tecnologia e Cincias de Conselheiro Lafaiete FATEC, como Requisito parcial para obteno de crditos na Dependncia na Disciplina Termodinmica II ministrada pelo Prof. Eduardo Souza.

CONSELHEIRO LAFAIETE 2013Sumrio

1. Introduo............................................................................................................42. Histrico do Ciclo Otto.........................................................................................53. Classificao dos Motores de Combusto Interna..............................................8

3.1. Mtodo de ignio Componentes no Motor de Combusto Interna.........83.2. Ciclo de Trabalho...................................................................................153.3. Disposio dos Cilindros........................................................................163.4. Movimento dos Pistes..........................................................................17

4. Componentes de um motor de combusto interna............................................17

4.1Elementos fixos......................................................................................174.2Elementos mveis..................................................................................214.3Elementos auxiliares..............................................................................274.4Elementos opcionais (aumento de desempenho)..................................29

5. Motor Ciclo Otto.................................................................................................30

5.1. Modelo Ideal...........................................................................................305.2. Ciclo Mecnico.......................................................................................315.3. Ciclo Real...............................................................................................325.4. Ciclo Real X Terico...............................................................................33

6. Aspectos interessantes......................................................................................34

6.1. Controle da Mistura Ar-Combustvel (Sonda Lambda)..........................346.2. Motor VTec.............................................................................................35

7. Concluso..........................................................................................................36

8. Referncias Bibliogrficas.................................................................................38

1. INTRODUO

O ciclo Otto, teve incio de seus estudos por Beau de Rochase posteriormente concebido com sucesso pelo engenheiroalemoNikolaus Ottoem1876, o qual deu origem ao nome do ciclo. Trata-se de um ciclo termodinmico que por sua vez constitui qualquer srie deprocessos termodinmicostais que, ao transcurso de todos eles, o sistema regresse a seu estadoinicial. Este ciclo idealiza o funcionamento demotores de combusto internadeignioporcentelha.E como motor de combusto interna, o ciclo Otto utiliza como fluido de trabalho produtos de combusto. A mistura ar-combustvel, que podem ser lquidos (Gasolina,lcool, etc) ou Gasosos (gs natural, GLP, gases residuais, etc.) queima dentro de um cilindro,e devido a esta queima formam-se gases quentes que se expandem rapidamente, empurrando um pisto no interior do cilindro e transferindo este movimento para as demais partes mecnicas do motor.Os motores automotivos de quatro tempos so baseados no ciclo Otto e equipam a maioria dosautomveisde passeio. Mesmo com maior nmero de partes mveis, maior complexidade, peso e volume, quando comparamos motores de dois tempos de mesma potncia so mais eficientes e menos poluentes.Neste trabalho demonstrarei alguns aspectos essenciais sobre motores automotivos, os quais devem ser assimilados como pr-requisito para o aprendizado sobre o Ciclo de Otto, abordando suas aplicaes e curiosidades na indstria automotiva.

2. HISTRICO DO CICLO OTTOSculo XIX, a Europa era movida a vapor, mas as limitaes de tal mecanismo comeavam a implorar por inovaes na rea de motores. Alguns experimentos com motores de combusto interna vinham sendo feitos pela Europa, em especial o motor de combusto interna do belga Jean Joseph Etienne Lenoir (1822-1900), em Paris, por volta de 1860. Nikolaus August Otto (1832-1891) teve conhecimento de tal motor, e no tardou a produzi uma rplica da mquina de Lenoir. Com uma potncia de 2 hp a partir de um cilindro de 18 litros movido a gs (este feito a partir de carvo), era uma baixa eficincia. Otto estudou os efeitos da compresso do combustvel, e tentou produzir um motor que misturasse os gases combustveis antes da ignio, com sucessivas falhas.Por volta da dcada de 70, Otto j tinha fundado uma empresa de motores a gs, a Deutz Gasmotorenfabrik AG, e contava com o apoio de nomes como Eugen Langen, Gottlieb Daimler e Wilhelm Maybach trabalhando juntos. Em 1876 foi desenvolvido o primeiro motor de combusto interna que comprimia a mistura combustvel antes da combusto. Engenheiro, fsico e inventor alemo nascido em Holzhausen an der Haide, perto de Schlangenbad, para alguns apenas um grande mecnico, que inventou e construiu o primeiro motor de combusto interna de quatro tempos e determinou o ciclo terico sob o qual trabalha o motor de exploso (1876), o conhecidociclo Otto. Aos 16 anos deixou a escola e foi trabalhar em um supermercado. Ele tambm trabalhou como um balconista em Frankfurt e como um vendedor ambulante. Ele vendeu acar, bateria de cozinha e ch a supermercados na fronteira alem com a Blgica e a Frana, e como vendedor ambulante interessou-se por mecnica e aprendeu o engenho da mquina de gs inventada porEtienne Lenoir (1822-1900), a primeira mquina de combusto interna executvel. O primeiro motor de quatro tempos a queimar gasolina e realmente utilizvel foi concebido e projetado (1885) e construdo (1867) em sociedade comGottlieb DaimlereEugen Langen, tendo dado ao inventor a medalha de ouro da Feira de Hannover e a medalha de ouro pelo seumotor de gs atmosfricona Exposio de Paris (1867). Ele comeou sua fbrica em Kln, e depois instalou outra fbrica na Filadlfia, EUA, onde fabricou os motores conhecidos comoOttos columbianos(1893-1915). A empresa de Otto, a N.A. Otto & Cie. existe at hoje. O inventor do motor de combusto interna e do ciclo de Otto, omotor a gasolina, morreu em Kln, em portugus Colnia, na Alemanha.Depois da sua criao o motor de combusto interna criado por Nikolaus August Otto atravessaria os sculos impulsionando as formas de trao mecnica. Com as cincias da antiga gerao, do sculo XVII, foi que o homem buscou construir um mecanismo para gerar fora de uma maneira automtica, diferente de uma trao humana ou animal, e que pudesse lev-lo a grandes distncias e certas velocidades maiores que as de seus passos.Foi no ano de 1860 que a ideia de construir uma mquina que utilizasse o benzeno como combustvel pode ser, seis anos mais tarde em 1866, concretizada por um comerciante e interessado em cincias das mais diversas, Nikolaus August Otto. De nacionalidade Alem nascido em Holzhausen an der Haid, Otto teve contato na poca com outros inventores e cientistas que ao mesmo tempo e at antes de Otto j trabalhavam em projetos semelhantes, pois na poca, o motor a vapor j estava bem difundido entre eles. Inclusive com certa frequncia j se via algumas embarcaes nos rios e algumas locomotivas movidas pela presso do vapor cruzando o territrio Europeu e Americano.Logo aps, Daimler e Maybach deixaram a empresa, e juntos fizeram o primeiro motor Otto de alta velocidade (1883) e em 1885 o primeiro automvel movido a um motor Otto. O motor de Otto obteve inmeras vantagens em relao ao motor a vapor. Uma delas o baixo peso j que o motor a combusto interna no precisava de um reservatrio de gua para ser aquecida, muito menos um combustvel para ser queimado e aquecer a gua, sendo na poca comum utilizar a lenha ou o carvo.

1 - Motor de ciclo Otto (de 4 tempos) de 1876

3. CLASSIFICAO DOS MOTORES DE COMBUSTO INTERNA

Primeiramente, antes de ser apresentado o funcionamento do ciclo Otto em motores de combusto interna, ser mostrada a classificao e alguns componentes de um motor de combusto interna de quatro tempos.Como dito anteriormente, so consideradosmotores de combusto internaaqueles que utilizam os prprios gases de combusto comofluidodetrabalho, os quais realizam os processos decompresso, queima, expansoe finalmenteexausto. A mistura ar-combustvel queima dentro de um cilindro e por esta razo designado de motor de combusto interna.Sero classificados de quatro formas: Mtodo de Ignio; Ciclo de Trabalho; Disposio dos Cilindros; Movimento dos Pistes.

3.1. Mtodo de ignio:a. Ignio por centelha: Em motores convencionais, onde a mistura ar + combustvel uniforme ou em motores de carga estratificada, onde a mistura ar + combustvel no uniforme.Ciclo Otto: A mistura de ar + combustvel admitida no cilindro e comprimida na cmara de combusto, iniciando a combusto por meio de um centelhamento proveniente da vela.

As mquinas combusto interna do tipo Otto e Diesel, inventadas no final do sculo XIX, so compostas de no mnimo um cilindro, contendo um mbolo mvel (pisto) e diversas peas mveis. A seguir, faz-se uma representao esquemtica e simplificada das partes principais de uma mquina Otto.

Descrio dos componentes internos de um motor.

Aseguir est descrito detalhadamente o funcionamento de um motor tipo Otto para cada ciclo de funcionamento. Esse ciclo descreve como funcionam os motores mais comumente usados com os combustveis de gasolina e lcool.Aprimeira etapa, tambm denominada de primeiro tempo, denominadaadmisso. Nessa etapa a vlvula de admisso permite a entrada, na cmara de combusto, de uma mistura de ar e combustvel enquanto o pisto se move de forma a aumentar o espao no interior da cmara.

Asegunda etapa acompresso. Nesta o pisto se move de forma a comprimir a mistura, fazendo seu volume diminuir. Aqui ocorre uma compresso adiabtica e em seguida a mquina trmica recebe calor numa transformao isocrica.

Aterceira etapa denomina-seexploso. No trmino da compresso um dispositivo eltrico gera uma centelha que ocasiona a exploso da mistura ocasionando sua expanso.

.Aps isto ocorre ento o quarto tempo quando a vlvula de sada abre e permite aexaustodo gs queimado na exploso. A expanso adiabtica leva a mquina ao prximo estado, onde ela perde calor e retorna ao seu estado inicial, onde o ciclo se reinicia.

b. Ignio por compresso: Em motor diesel convencional e tambm em motores a gs quando se utiliza a injeo piloto de outro combustvel.Ciclo Diesel: Somente ar admitido ao cilindro, comprimido e ento o combustvel injetado. O calor do ar comprimido que ir provocar a ignio da mistura espontaneamente

Ciclo Mecnico Diesel de 4 Tempos - Representao

Primeiro Tempo: Admisso

Figura - Admisso

Vlvula de admisso aberta, para entrada do ar;Vlvula de escape fechada;

O pisto se desloca do PMS ao PMI admitindo para dentro do cilindro apenas ar.

Segundo tempo: Compresso

Figura - Injeo de combustvel pelo bico injetor

Vlvula de admisso fechada;Vlvula de escape fechada;

O pisto se desloca do PMI ao PMS, comprimindo o ar. Antes do pisto, atingir o PMS ocorre a injeo do combustvel pelo bico injetor, que se mistura com o ar, que est aquecido devido compresso, dando origem combusto.

Terceiro tempo: Expanso

Figura - Deslocamento do pisto pela fora de expanso dos gases transformando a energia trmica em mecnica

Vlvula de admisso fechada.Vlvula de escape fechada.

A combusto provoca a expanso dos gases que empurram o pisto, fazendo o se deslocar do PMS ao PMI.Quarto tempo: Escapamento

Figura - Resduos da combusto so eliminados atravs da vlvula de descarga

Vlvula de admisso fechada.Vlvula de escape aberta.

O pisto se desloca do PMI ao PMS, empurrando para fora os gases queimados.

3.2. Ciclo de Trabalho:

a. Motor de Quatro Tempos: O ciclo se completa a cada quatro cursos do mbolo, de onde vem a sua denominao. Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotaes da rvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pisto.

b. Motor de Dois Tempos: Nesse motor, um ciclo termodinmico se completa a cada volta doeixo, compreendendo as etapas de admisso,compresso,transferncia de calore exausto. Esta caracterstica permite que o prprio pisto atue tambm como vlvula, abrindo e fechando as janelas na parede dacmara de combusto. Esta opo simplifica a mquina, tambm dispensando comando de vlvulae muito utilizada em motores de pequeno porte.

3.3. Disposio dos Cilindros:a. Em linha: Os cilindros so dispostos em uma nica linha.

b. Motor em V: Motor formado por dois conjuntos de cilindros em linha formando um ngulo entre os dois conjuntos. Esta configurao permite motores mais compactos que os motores em Linha. O ngulo formado depende do nmero de cilindros do motor, por exemplo, motores V6 tm ngulo de 60 e motores V8 tm ngulo de 90.

c. Motor radial (motor estrela): Nesta configurao os cilindros so dispostos radialmente. Foi muito utilizado para mover hlices de avies.

d. Opostos (Boxer): Nesta configurao a disposio dos cilindros oposta. Os cilindros se afastam e se aproximam simultaneamente. Este tipo de motor poderia ser considerado um motor em V com ngulo de 180.

3.4. Movimento dos Pistes:a. Alternativo (Otto, Diesel): Os motores alternativos possuem mbolos que se movem para cima e para baixo ou para frente e para trs. Uma parte chamada virabrequim transforma este movimento alternado em movimento circular, giratrio.

b. Rotativo (Wankel, Quasiturbine): Um motor rotativo utiliza rotores no lugar de mbolos. Os rotores produzem diretamente o movimento giratrio. O motor de Wankel funciona de acordo com o ciclo Otto.

4. COMPONENTES DE UM MOTOR DE COMBUSTO INTERNAUm motor de combusto interna o mais simples possvel possui pelo menos: uma cmara (o cilindro), dentro dela um mbolo (o pisto), o brao que empurra e puxa o mbolo (a biela), e as vlvulas que admitem e expelem a mistura combustvel. No caso de um motor visto no cotidiano como o de um automvel, funciona a 4 tempos, possuindo variado nmero de vlvulas e cilindros, em determinada posio. Listados abaixo os principais componentes de um motor a combusto interna:

4.1. Elementos Fixos:

i. Bloco do motor: o esqueleto do motor, um bloco (feito de ferro fundido) onde ficam os cilindros, alem de canais de escoamento do refrigerante do motor, alem de aberturas aonde vo o virabrequim e outras peas.

ii. Cabeote: aparafusado acima do bloco, fechando os cilindros. Sendo o topo do cilindro, no cabeote so postas as vlvulas de admisso e escape, assim como a vela de ignio, e componentes da injeo do veiculo, como bicos injetores.

iii. Crter: fica abaixo do bloco, onde fica armazenado o leo lubrificante do motor, quando o mesmo encontra-se inativo.

iv. Cilindro: a Cmara onde ocorre todo o ciclo Otto, no cilindro que o pisto se desloca para comprimir a mistura combustvel. A manufatura do cilindro e do pisto so importantssimas, pois os elementos em que ter dimenses muito prximas, para que comprimam sem perda ou vazamento da mistura, e sem danificar ambas as peas com o atrito entre as duas superfcies (parede do cilindro, lateral do pisto).

Dispostos em Linha Opostos em VDispostos Radialmente Disposio oposta

v. Cmara de Combusto: o espao livre entre o cabeote e o topo do pisto em seu ponto mais alto, onde se procede a queima da mistura ar-combustvel. Sua forma e o valor da taxa de compresso influenciam muito no rendimento e na potncia do motor. A melhor forma de cmara a esfrica, mas formas triangulares, planas ou trapezoidais tambm so aplicadas, a depender do tipo de motor.

4.2. Elementos Mveis:

i. Vlvulas: Mecanismos responsveis pela admisso de ar na cmara, assim como o escape (expulso) do material queimado no final do ciclo. O sistema de injeo trabalha juntamente ao de vlvulas para adicionar o combustvel na mistura, antes ou depois de entrar no cilindro. Um numero maior de vlvulas por cilindro pode ser usado para obter melhores nmeros de potncia e torque.

Comando de vlvulas

O sistema de comando das vlvulas (distribuio) concebido para que cada uma delas abra e feche no momento apropriado do ciclo de 4 tempos, se mantenha aberta o perodo de tempo necessrio para possibilitar uma boa admisso da mistura gasosa, a completa expulso dos produtos da combusto e funcione suave e eficientemente nos mais variados regimes de rotao do motor.

H vrias formas de atingir estes objetivos. No sistema de balancins acionados por hastes impulsoras os tuchos recebem movimento de uma rvore de comando de vlvulas situada no interior do bloco. O virabrequim aciona a rvore de comando de vlvulas por intermdio de uma corrente, ou por um conjunto de engrenagens ou ainda por correia dentada, numa relao 2:1, ou seja, enquanto o virabrequim d duas voltas, a rvore de comando das vlvulas completa uma. Para um bom funcionamento, as vlvulas devem, ao fechar, ajustar-se perfeitamente s suas sedes. Para tal, deve existir uma folga entre a vlvula fechada e o seu balancin. Esta folga, que normalmente maior na vlvula de escapamento do que na de admisso, tem em conta a dilatao da vlvula quando aquecida.O sistema de ignio deve soltar uma fasca em cada vela no momento preciso, de acordo com a distribuio que faz abrir e fechar as vlvulas no momento exato. O distribuidor, que funciona sincronizado com as vlvulas, tem por funo distribuir a corrente de alta tenso at s velas e normalmente acionado por engrenagens a partir da rvore de comando ou do vilabrequim. Os motores mais modernos no possuem distribuidores e esse processo feito eletronicamente.A rvore de comando das vlvulas est assentada no bloco sobre trs ou cinco apoios. Os excntricos da rvore de comando das vlvulas esto dispostos de modo a assegurar a ordem de ignio.Os projetistas de motores buscam a reduo do peso dos componentes da distribuio, a fim de obter um aumento de durao e rendimento em motores funcionando a elevados regimes de rotao. Com este objetivo, utilizam uma ou duas rvores de comando de vlvulas no cabeote. Nas verses mais modernas com 16 e 24 vlvulas pode-se utilizar at mais comandos. A ao destas rvores de comando das vlvulas sobre as vlvulas logicamente mais direta, dado que nela intervm menos peas do que no sistema de rvore de comando das vlvulas no bloco. Um processo simples de transmitir o movimento do virabrequim rvore de comando das vlvulas no cabeote consiste na utilizao de uma corrente, contudo, uma corrente comprida ter tendncia a vibrar, a no ser que apresente um dispositivo para mante-la tensa.

Na maior parte das transmisses por corrente utiliza-se, como tensor (esticador), uma tira de ao comprida ligeiramente curva, por vezes revestida de borracha. Uma mola helicoidal mantm o tensor de encontro corrente. Um outro tipo de tensor consiste num calo de borracha sinttica ligado a um pequeno pisto sujeito a uma ao de uma mola acionada por presso de leo. Tambm se utiliza um brao em cuja extremidade se encontra uma engrenagem dentada livre (ou louca) que engrena na corrente, mantendo-a esticada por uma mola. Alguns automveis de competio apresentam transmisses por engrenagens entre a rvore de comando de vlvulas e o virabrequim. Estes tipos de transmisso so, contudo, muito ruidosos. Uma das transmisses mais recentes para rvores de comando de vlvulas no cabeote utiliza uma correia exterior dentada de borracha. Este tipo de correia, normalmente isento de lubrificao, fabricado com borracha resistente ao leo.Embora tenha sido usual o emprego de balancins junto rvore de comando para acionar as vlvulas, tendncia atual eliminar os balancins e colocar as vlvulas diretamente sob a ao dos eixos excntricos. Algumas rvores de comando de vlvulas no cabeote utilizam tuchos hidrulicos, que so auto regulveis e funcionam sem folga, sendo assim eliminado o rudo caracterstico de batimento de vlvulas.Um tucho hidrulico compe-se de duas partes, umas das quais desliza no interior da outra; o leo, sob presso, faz com que a haste aumente o comprimento e anule a folga quando o motor se encontra em funcionamento.

Mais de duas vlvulas por cilindro - "16 vlvulas" ou mais

O que h de mais moderno em sistemas de distribuio do comando de vlvulas, consiste na utilizao de 3, 4 e at 5 vlvulas por cilindro,quase sempre acionadas diretamente pelos prprios excntricos da rvore do comando de vlvulas, sem interveno dos balancins. Esta tcnica permite um abastecimento perfeito dos cilindros, especialmente em altas rotaes, o que se traduz em rendimento e baixo consumo.

ii. Pisto: funciona como um mbolo, comprimindo a mistura antes da combusto, a partir da deslizando para empurrar a biela, transferindo rotao para o sistema. Na lateral dos pistes, so instalados os anis de segmento, que realizam contato com a parede do cilindro, vedando a mistura gasosa na cmara.

iii. Biela: pea em forma de brao, que transfere o movimento linear do pisto para movimento circular no virabrequim.

iv. Virabrequim (eixo de manivelas): transforma o torque linear em torque centrfugo. Recebe o torque linear atravs das bielas que so conectadas aos pistes, e transformando-o em energia centrfugo, transmitido as demais componentes acoplados nas extremidades de seu eixo (polia da correia dentada, polia da correia dos acessrios e volante do motor).

v. Volante do motor: parte do motor que transfere o torque obtido no virabrequim (eixo de manivelas) para caixa de velocidades (transmisso, caixa de marchas). Trata-se de uma pea de material pesado, que ajuda a manter o equilbrio e contribui para a reduo das vibraes e os estices provocados pela exploso do carburante.

vi. Comando de Vlvulas (rvore de Cames): Consiste num veio cilndrico no qual esto fixados um conjunto de peas ovaladas, chamadas cames, excntricos ou ressaltos, uma por vlvula a controlar. Este veio tem um conjunto de apoios que asseguram a sua estabilidade durante o movimento rotativo a que sujeito. Quando a ponta dos Cames passa pelas vlvulas, empurra as mesmas, provocando o movimento para admisso e Escape de gases. A sincronia do comando de vlvulas com a rotao do motor importante para o andamento do ciclo. Comandos de vlvulas variveis tambm so usados, de forma a aumentar a potencia e diminuir o consumo dos motores.

4.3. Elementos Auxiliares:

i. Carburador: comumente visto em carros at a dcada de 90, o carburador era resopnsvel pela alimentao dos motores de combusto interna. A pea comprime o ar que passa nela, injetando pequenas quantidades de combustvel, injetando essa mistura na cmara. Perdeu seu uso depois da Injeo Eletrnica, que permite um melhor controle da mistura injetada, melhorando o consumo e emisso do veiculo. O carburador ainda utilizado em carros de competio e em algumas motos (que tambm passaram a utilizar a injeo eletrnica)

ii. Injeo eletrnica: Sistema de alimentao de combustvel e gerenciamento eletrnico de um motor a combusto. Sua utilizao em larga escala se deve necessidade das indstrias de automvel reduzir o ndice de emisso de gases poluentes. Esse sistema permite um controle mais eficaz da mistura admitida pelo motor, mantendo-a mais prxima da mistura estequiomtrica (mistura ar / combustvel), isso se traduz em maior economia de combustvel j que o motor trabalha sempre com a mistura adequada e tambm melhora a desempenho do motor.

iii. Velas de ignio: dispositivos que produzem uma fasca, no ponto de mxima compresso, queimando a mistura.

4.4. Elementos opcionais (aumento de desempenho):

i. Turbo-Compressor: mecanismo que tem duas turbinas, uma que recebe os gases de escape do motor, convertendo em giro para o compressor, que comprime e aumenta a presso do ar de admisso, (que geralmente esfriado antes de entrar na cmara, para aumentar a densidade do ar, adequando-o para a combusto).

5. MOTOR CICLO OTTO

5.1. Modelo ideal

O ciclo Otto, como o nome j diz, corresponde a intervalos de tempo durante o qual se completa uma seqncia de eventos, eventos esses denominados de tempos. O ciclo Otto pode ser de dois ou quatro tempos, para um ciclo ideal de quatro tempos o processo, etapa por etapa, : Admisso: a etapa em que o motor admite a entrada de combustvel num determinado cilindro, nesse tempo o sistema permanece com presso constante. Compresso: a fase a qual o pisto comprime o combustvel no cilindro sem troca de calor, aumentando a presso interna. Combusto: tambm chamada de exploso, quando a vela aciona uma centelha que faz com que o combustvel comprimido exploda, fazendo com que o pisto volte para o ponto morto inferior devido o aumento de volume. Exausto: o tempo em que as vlvulas de escape so abertas e o pisto empurra os resduos da exploso para fora do sistema para, logo aps, o cicindro est apto para receber mais combustvel e continuar o ciclo.

Nesse processo, para cada ciclo completo, necessrio duas voltas no eixo, visto que o pisto chega duas vezes no monto morto inferior e duas no monto morto superior.Num motor quatro cilindros, cada cilindro realiza um dos tempos simultaneamente.Para um ciclo de dois tempos a grande diferena que num motor a dois tempos, um ciclo termodinmico se completa a cada volta do eixo, compreendendo as etapas de admisso, compresso, transferncia de calor e exausto. Esta caracterstica permite que o prprio pisto atue tambm como vlvula, abrindo e fechando as janelas (aberturas) na parede da cmara de combusto. 5.2. Ciclo mecnico

Para explicar melhor o processo mecnico do ciclo Otto, bom levar em considerao algumas hipteses como o uso de apenas uma vlvula de admisso e uma de escape.Com o pisto no ponto morto superior aberta a vlvula de admisso, enquanto se mantm fechada a vlvula de escape. A dosagem da mistura gasosa (composta por ar e combustvel) regulada pelo sistema de alimentao, que pode ser um carburador ou pela injeo eletrnica. O mbolo impulsionado para baixo pelo virabrequim, move-se ento at o ponto morto inferior. A este passeio do mbolo chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admisso.Depois, a vlvula de admisso fechada, ficando o cilindro cheio com a mistura gasosa, que agora comprimida pelo pisto, impulsionado por meio de manivelas at atingir de novo o ponto morto superior. Durante este movimento as duas vlvulas se encontram fechadas. Este segundo passeio do pisto chamado o segundo tempo do ciclo, ou tempo de compresso.Quando o mbolo atingiu o PMS, a mistura gasosa que se encontra comprimida no espao existente entre a face superior do mbolo e a cabea do motor, denominado cmara de combusto, inflamada devido a uma fasca produzida pela vela e explode. O aumento de presso devido ao movimento de expanso destes gases empurra o mbolo at ao PMI, impulsionando desta maneira por meio de manivelas e produzindo a fora rotativa necessria ao movimento do eixo do motor que ser posteriormente transmitido s rodas motrizes. A este terceiro passeio do mbolo chamado o terceiro tempo do ciclo, tempo de exploso, tempo motor ou tempo til, uma vez que o nico que efetivamente produz trabalho, pois durante os outros tempos, apenas se usa a inrcia do movimento, o que faz com que ele ao rodar permita a continuidade do movimento por meio de manivelas durante os outros trs tempos.O cilindro encontra-se agora cheio de gases queimados. nesta altura, em que o pisto impulsionado por meio de manivelas retoma o seu movimento ascendente, que a vlvula de escape se abre, permitindo a expulso para a atmosfera dos gases impelidos pelo mbolo no seu movimento at ao PMS, altura em que se fecha a vlvula de escape. A este quarto passeio do mbolo chamado o quarto tempo do ciclo, ou tempo de exausto (escape).Aps a expulso dos gases o motor fica nas condies iniciais permitindo que o ciclo se repita.

5.3. Ciclo Real

Assim como nenhum processo perfeito, no ciclo Otto no diferente. Deve-se calcular o aproveitamento do ciclo real j que se perde trabalho devido a diversos fatores posteriormente citados. O rendimento do ciclo Otto real gira em torno de 35%.

5.4. Ciclo Real X Ciclo Terico

Para explicar detalhadamente um rendimento abaixo de 50% do ciclo ideal, devem-se analisar detalhadamente cada fator que pode gerar uma perda de energia. No tem de admisso a presso no permanece constante como indica no ciclo terico. No ciclo real a combusto efetivada um pouco antes do pisto atingir o ponto morto superior j que o calor no introduzido instantaneamente. O combustvel, de fato, se dissocia com outros elementos como CO2, H20 e CO, diminuindo assim a quantidade real de combustvel inserido no pisto. As vlvulas de escape no abrem instantaneamente, e sim um pouco antes do pisto atingir o ponto morto inferior, havendo assim uma perda. Devido a necessidade de refrigerao nos cilindros obtm-se uma perda de calor. O aumento dos calores especficos do fluido devido a mudana de temperatura faz com que a temperatura e presso mxima obtida no ciclo seja menor do que se os calores especficos fossem constantes.Comparao entre o ciclo terico e o ciclo real:

6. ASPECTOS INTERESSANTES

Sero agora abordadas algumas curiosidades sobre motores de combusto interna.

6.1. CONTROLE DA MISTURA AR-COMBUSTVEL (SONDA LAMBDA)

Asonda lambda um sensor que envia um sinal eltrico injeo eletrnicado automvel indicando a presena de oxignionos gases de escape, podendo controlar a quantidade de combustvel que ser enviada para o motor. Este nome refere-se letra grega que os tcnicos utilizam para descrever o volume de ar na mistura ar-combustvel. Quando apresenta valor 1 quer dizer que foi atingida a relao ideal.Este sensor composto por um material cermico com um revestimento poroso deplatinae possui proteo metlica. A sua atuao baseia-se na alterao das propriedades da cermica a altas temperaturas permitindo a difuso do oxignio do ar. A sonda por sua vez compara a concentrao de oxignio do ar e do gs que sai do motor, e a partir desta diferena de concentraes gera uma tenso ou uma alterao na sua resistncia.Porm, a sonda lambda s funciona aps seu aquecimento em torno de 300C, e por isso hoje em dia acoplada a ela uma resistncia de aquecimento, a qual fornece calor e deixa a sonda pronta para funcionamento.Normalmente uma sonda lambda tem quatro fios de ligao: dois para recolher as informaes e os dois restantes para ligao resistncia de aquecimento.Existem basicamente dois tipos de sonda lambda, so eles: Sonda lambda Narrow (ou Narrowband): a sonda comum encontradas emcarroscom injeo eletrnica, narrow vem de restrita ou planar, pois ela s consegue medir a mistura de 0 1v (mistura pobre 0v e mistura rica 1v). Sonda lambda Wide (ou Wideband): uma variao do sensor comum, geralmente chamada de wideband ou simplesmente WbO2. Avantagemda WbO2 que com ela podemos estimar com uma maior preciso, enquanto as planares s so precisas prximas de lambda 1 a wide permite uma banda mais larga de 0,7 a 2,2.

Relao Ar/Combustvel ideal

Gasolina: 14,7:1 ( 14,7 partes de ar para 01 parte de gasolina) lcool: 9,0:1 ( 9,0 partes de ar para 01 parte de lcool) Diesel: 15,2:1 ( 15,2 partes de ar para 01 parte de Disel)

6.2. MOTOR VTEC

A primeira verso do motor VTEC foi projetada com o intuito de melhorar o torque em baixas e altas rotaes e a relao de cavalos de fora por litro, mantendo os nveis de consumo de combustvel, e claro, sem prejudicar o meio ambiente. O conceito do VTEC (Sistema de Controle de Sincronizao e Abertura Varivel das Vlvulas) consiste em alterar os parmetros de sincronizao e abertura das vlvulas de acordo com a combinao de alguns fatores, como RPM, VSS (Sensor de Velocidade do Veculo), ECT (Temperatura do Fludo de Arrefecimento do Motor), MAP (Presso Absoluta do Coletor de Admisso) e TPS (Sensor de Posio da Borboleta do Acelerador).Os motores com o sistema VTEC contam com mais de uma came no eixo de comando para acionar as vlvulas e, por meio de controle eletrnico, so ativados de acordo com as condies do motor.O nmero de cames e suas alturas variam de acordo com o projeto, sendo que o sistema acionado pelo acoplamento de um pisto que nivela a altura das cames, modificando o regime de trabalho das vlvulas e fazendo com que admita mais ou menos combustvel.O sistema vem sendo cada vez mais aperfeioado, e hoje est presente em muitos veculos, sempre com o mesmo princpio de funcionamento, mas privilegiando consumo ou desempenho, dependendo do perfil do carro.

7. CONCLUSO

Ao observarmos o dinamismo diante a evoluo dos motores diante a histria, nota-se que marcando ponto pice no desenvolvimento de tais ferramentas essenciais para otimizao de velocidade e fora atravs das aes mecnicas, os motores de combusto interna (e especialmente os combustveis fsseis utilizados) se tornaram parte essencial do crescimento da civilizao humana. Em particular os motores que possuem apresentao de quatro tempos, ou seja, os que so estruturados de acordo com no ciclo Otto. Uma observao pertinente a destacarmos que parte desse processo que tais motores funcionam com combustveis feitos a partir de petrleo, o qual no renovvel, e, mesmo diante estudos e testes com energias alternativas (solar, eltrica, etc) no podemos estabelecer por quanto tempo a energia convencional para estes motores permanecer existindo.Frente a esta reflexo, h vrias dcadas a indstria (em especial a automotiva) busca solues em novas fontes de combustveis (bio-combustveis como lcool ou biodiesel), mas os mesmos ainda necessitam (atualmente) de gasolina em sua mistura. Mesmo assim, essa rea est em constante desenvolvimento. Outra rea de desenvolvimento que cresce bastante em tamanho e necessidade a de novos modelos de motores. Em especial na indstria automotiva, principal fonte de uso atual dos motores Otto, e de onde vrias indstrias podem tomar como referncia de novas tecnologias.Vrios modelos vm sendo desenvolvidos para substituir os motores de quatro tempos atuais, especialmente motores eltricos, cuja utilizao cresce bastante no mundo moderno (e a utilizao na indstria j em larga em escala h vrias dcadas). Vrios modelos j foram lanados ou esto em planilha para os prximos trs anos que utilizam motores puramente eltricos ou hbridos (misturando um motor de combusto Otto ou diesel, e um eltrico). Motores movidos a hidrognio tambm esto disponveis, mas a utilizao do combustvel ainda dificulta sua maior aplicao.

O exemplo de avano, com certeza, mais que motivo para atiar a curiosidade cientifica em prol do estudo e desenvolvimento da engenharia mundial. O homem se vendo diante a histria de Otto e seu ciclo s pode se sentir cada vez mais incentivado percebendo que o dinamismo pode perfazer mudanas histricas.

Enfim, ao realizarmos tal pesquisa bibliogrfica, percebe-se que independentes de quantos anos levem para que os motores de quatro tempos venham a ser substitudos por outros com tecnologia mais avanada, o legado que o ciclo Otto deixou para o mundo moderno lembrado e visto todos os dias, em qualquer lugar do mundo. Pois, atualmente, milhares de carros so utilizados a todo o momento no mundo, milhes de mquinas pesadas ou estacionrias, embarcaes, todos utilizando o mesmo sistema criado por Nikolaus August Otto no final do sculo XIX.

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1. Fundamentos da termodinmica, Van Wylen Sonntag Borgnakke, Ed. Edgar Blucher, 6 ed., 2003;2. http://www.dicasmecanicas.com/2010/05/sonda-lambda-sensor-oxigenio/;3. http://pt.wikipedia.org/;4. Motores de combusto interna, Jorge R. Henrquez Guerrero.5. http://www.omecanico.com.br/modules/revista.php?recid=167&edid=16&topicid=2;