UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANCOORDENAO DE ENGENHARIA MECNICA

CASSIO CUNHA PACHECO BRANDHUBERPEDRO VITOR HIROMITSU FREITASRENAN CHEROBIM DELFRATE

MOTOR OTTO QUATRO TEMPOS

PONTA GROSSA2015CASSIO CUNHA PACHECO BRANDHUBERPEDRO VITOR HIROMITSU FREITASRENAN CHEROBIM DELFRATE

MOTOR OTTO QUATRO TEMPOSTrabalho apresentado disciplina de Mquinas Trmicas, do Curso Superior de Engenharia Mecnica da Universidade Tecnolgica Federal do Paran UTFPR.Prof. Gino

PONTA GROSSA20151. IntroduoO motor a combusto interna ciclo Otto uma mquina que trabalha com os princpios da termodinmica e com os conceitos de compresso e expanso de fluidos gasosos para gerar fora e movimento rotativo. Criado e patenteado por Nikolaus August Otto, por volta do ano de 1866, este motor funciona com um ciclo de quatro tempos e os mesmos princpios at os dias atuais. As quatro etapas de funcionamento do motor Otto quatro tempos so as seguintes:1 tempo do motor, AdmissoInicialmente o pisto se encontra na posio que conhecemos como PMS, ponto morto superior, o curso mximo que o pisto alcana ao subir dentro do cilindro. Ento liga-se o motor de arranque que se acopla ao volante do motor que tambm est ligado ao virabrequim e o motor de combusto interna comea a girar. O virabrequim girando comea a movimentar a biela e consequentemente o pisto desce para o PMI, ponto morto inferior, que o curso mximo que o pisto alcana ao descer dentro do cilindro. Desta maneira o pisto que est descendo cria uma suco e, com a abertura da vlvula de admisso, aspira a mistura de ar e combustvel para o interior do cilindro at que o pisto chegue ao PMI, completando o 1 tempo e 180 graus.

Figura1 - Admisso da mistura na cmara

2 tempo do motor, Compresso

Quando o pisto inverte o sentido de movimento comea a subir do PMI na direo do PMS dando incio ao segundo tempo do motor. medida que o virabrequim rotaciona, o pisto movido para a parte superior do cilindro o que faz com que a mistura de ar mais combustvel seja comprimida no interior do cilindro. O comando de vlvula que antes tinha o seu ressalto ou came pressionando a vlvula agora a libera, e a mola de vlvula retorna a mesma a sua sede, vedando o cilindro. Quando o pisto chega ao seu curso mximo, PMS a mistura est comprimida, ento todo o volume aspirado no tempo anterior agora est pressurizado na cmara de combusto finalizando o segundo tempo e completando uma volta completa do virabrequim (360).

Figura 2 - Compresso da mistura

3 tempo do motor, Exploso (combusto)

Nesta etapa a mistura comprimida na cmara de combusto recebe uma centelha ou fasca da vela resultando em um deslocamento de massa devido combusto dentro da cmara, o pisto forado a descer empurrado pela expanso dos gases, com isso, o pisto se desloca do PMS para o PMI, mantendo ainda as vlvulas do cabeote fechadas. Na verdade, o terceiro tempo do motor considerado o principal tempo porque neste tempo que o motor gera fora motriz e torque que ser transmitido as rodas por meio de rotao. Quando o pisto chega ao ponto morto inferior PMI, encerra-se o terceiro tempo do motor e o virabrequim completa uma volta e meia (540).

Figura 3 Combusto da mistura devido centelha4 tempo do motor, escape (exausto)

O comando de vlvulas est sincronizado com o virabrequim, o seu came comea a tocar a vlvula de escape e o pisto comea a subir empurrando a mistura queimada para fora do cilindro. Quando o pisto alcana o PMS os gases que se encontravam dentro do cilindro foram expulsos para fora limpando o cilindro e o comando de vlvulas encerra sua ao sobre a vlvula de escape. Neste momento se encerra o quarto tempo com o motor completando duas voltas (720). Temos agora um ciclo completo do motor quatro tempos ciclo Otto e enquanto o motor estiver ligado e funcionando este ciclo se repete todas s vezes.

Figura 4 Exausto dos gases resultantes da combusto

2. Componentes Bsicos do Motor

Os componentes bsicos de um motor de combusto interna podem ser agrupados da seguinte forma:

Fixos1. Bloco do motor2. Cabeote3. CrterMveis4. mbolos ou Pistes5. rvore ou Eixo de Manivelas6. Bielas7. Volante do Motor8. rvore ou Eixo de Comando de Vlvulas9. Vlvulas10. Engrenagens de DistribuioComponentes de Vedao11. Juntas12. Anis13. Retentores

Figura 5 Componentes de um motor Otto 4 tempos

Componentes Fixos

Bloco do motorO bloco o alojamento principal dos componentes do motor. Nele esto localizados e fixados vrios dos componentes mveis. Pode possuir os cilindros usinados diretamente em seu interior ou ento camisas, que podem ser substitudas. Por dentro do bloco esto os dutos e galerias por onde passam o leo lubrificante e o lquido de refrigerao.

CabeoteO cabeote do motor fixado na parte superior do bloco, acima dos cilindros, abrigando os seguintes componentes: Vlvulas com suas sedes e guias Balancins rvore de comando de vlvulas Velas de ignioO cabeote tambm o componente responsvel pelo fluxo de gases atravs do motor. Nele so fixados os coletores de admisso e escape, em lados opostos do cabeote.

Crter do motorO crter o reservatrio do leo de lubrificao do motor.

Componentes Mveis

Entre os componentes mveis do motor, podemos divid-los entre os que so montados no bloco do motor e aqueles que so montados no cabeote. Os componentes montados no bloco do motor so:

mbolos ou Pistes

So os componentes que se movimentam dentro dos cilindros ou camisas do bloco do motor.Os pistes so as peas mveis mais sujeitas variao de temperatura e devem resistir s altas presses. So fabricados com materiais de liga de alumnio, para que resistam a estas condies. Possuem canais laterais, onde so colocados os anis de compresso e raspagem (lubrificao).

Figura 6 Pistes

rvore de manivelas (Virabrequim)

A rvore de manivelas, tambm conhecida como virabrequim, transforma o movimento de subida e descida do pisto em movimento de rotao.

Figura 7 - Virabrequim

Bielas

As bielas so responsveis pela fixao do pisto ao virabrequim. Assim, em conjunto com a rvore de manivelas, transformam o movimento de subida e descida do pisto na cmara em movimento de rotao.

Figura 8 Bielas

Volante do motor

Armazena e fornece energia para o sistema, compensando o intervalo das exploses que ocorrem dentro do cilindro, bem como variaes bruscas de carga.

Figura 8 Volante do motor

rvore de Comando de Vlvulas

Possui vrios cames que determinam os pontos de abertura e fechamento das vlvulas de exausto e admisso. Cada came comanda uma vlvula independentemente.

Figura 9 rvore de comando de vlvulas

Vlvulas

As vlvulas so responsveis pela admisso de ar nos cilindros do motor e exausto dos gases resultantes da combusto dentro dos cilindros.

Figura 10 - Vlvulas

Componentes de Vedao

Entre os principais componentes de vedao do motor, podemos citar as juntas, os anis e os retentores.

Juntas

Possuem a funo de evitar perdas de compresso e vazamentos dos fluidos existentes no motor, como leo, gua e combustvel. Impede tambm que os mesmos se misturem o que acarretaria um prejuzo no rendimento do motor.

Figura 11 Juntas do motor

Anis

Alm da vedao e compresso, so responsveis pela lubrificao das paredes do cilindro reduzindo o atrito e consequentemente a temperatura dos componentes.

Figura 12 Anis de vedao em um pisto

Retentores

So responsveis pela vedao dos fludos existentes no motor (leo, gua e graxa).

3. Diferentes configuraes

Cilindros em linhaNessa configurao os cilindros so dispostos lado a lado em linha. De manuteno e construo simples, os motores com quatro cilindros em linha so os mais comuns, ocorrendo duas exploses a cada volta do virabrequim, nos modelos quatro tempos. Existem tambm configuraes em linha de 3,5, 6 e mais cilindros;

Figura 13 Motor em linhaCilindros em VSo mais compactos, exigindo menor espao para instalao. Possuem os cilindros dispostos em dois grupos que formam um ngulo de geralmente 60.

Figura 14 Motor em VCilindros opostosExistem dois grupos de cilindros dispostos em ambos os lados do virabrequim. So largos, propiciando uma boa refrigerao dos cilindros, primordial para motores com refrigerao a ar, mas ao mesmo tempo achatados, o que possibilita a sua instalao na parte inferior do veculo. Os motores com cilindros opostos tambm so denominados motores Boxer ou Flat.

Figura 15 Motor boxerCilindros dispostos radialmente Nesse caso os cilindros esto situados ao redor, formando um crculo. uma configurao comum em avies de pequeno porte e antigos que utilizam motores de combusto interna. Para avies de maior porte e velocidade, so utilizados motores a reao, por garantirem maiores rendimento, durabilidade e confiabilidade;

Figura 16 Motor radial

Configuraes especiais Existem outras configuraes menos usuais, como motores em W e em L, sendo utilizadas por alguns fabricantes.

Figura 17 Exemplo de motor em L (Motocicleta Ducati)

Figura 18 Exemplo de motor em W (Volkswagen W12).4. Ciclo Otto IdealNeste trabalho ser analisado primeiramente o Ciclo Otto ideal, onde as perdas sero desconsideradas a fim de se facilitar o entendimento e o estudo dos processos que ocorrem neste ciclo. Uma representao esquemtica deste est demonstrada na Figura 19.

Figura 19 - Ciclo Otto ideal completo As siglas PMS e PMI representadas na figura significam Ponto Morto Superior e Ponto Morto Inferior, respectivamente. O PMS a posio na qual o pisto est no curso mximo dos cilindros, enquanto que o PMI representa a posio de maior expanso da cmara de combusto. Este espao acima do pisto quando o cilindro chega ao PMS corresponde ao volume da cmara de combusto. No eixo das abcissas representado no grfico est o volume, e no eixo das ordenadas a presso.O primeiro processo que acontece no Ciclo Otto est representado na figura pela linha 0 1. O que acontece neste estgio a abertura da vlvula de admisso, que ir inserir na cmara a mistura ar + combustvel em um processo isobrico. O pisto neste momento est se deslocando do PMS ao PMI, facilitando a entrada da mistura no cilindro. Este percurso chamado de curso de admisso. O segundo processo, representado pela linha 1 2, representa a compresso da mistura ar + combustvel, onde o pisto deixa o PMI e dirige-se ao PMS. Uma vez que o pisto atinge o ponto 1, a vlvula de admisso fecha-se instantaneamente, e o movimento do eixo comprime a mistura, em um processo de compresso adiabtica, ou seja, sem troca de calor com o ambiente. Este percurso recebe o nome de curso de compresso. O prximo estgio est representado pela linha 2 3, onde a mistura ar + combustvel atinge o ponto de maior compresso e ento detonada por meio da vela, em um processo isocrico (sem variao do volume). Admite-se aqui, por se tratar de um processo ideal, que a ignio acontece exatamente no ponto de maior compresso, e que todo o calor gerado no processo ser utilizado para movimentar o pisto. O eixo continua seu movimento e a linha 3 4 representa o estgio no qual ocorre a expanso adiabtica dos gases dentro da cmara de combusto. Durante esta expanso ambas as vlvulas estaro completamente fechadas. Esta etapa recebe o nome de curso de expanso, ou curso til. A ltima etapa deste ciclo ocorre quando o pisto deixa o PMI e dirige-se ao PMS. A vlvula de exausto se abre uma vez que o cilindro atinge o PMI e permanece assim at o PMS, fazendo com que os gases de exausto sejam expulsados da cmara de combusto. Admite-se aqui que a abertura da vlvula ocorre instantaneamente, e que a presso no interior do cilindro cai instantaneamente para a atmosfrica. O trabalho realizado por este ciclo est representado pela regio sombreada no grfico, e este seria o trabalho mximo possvel para o Ciclo Otto. Por ser uma idealizao, este trabalho no possvel de se obter na prtica. Uma srie de limitaes e perdas fazem com que a eficincia seja menor, e estas perdas sero abordadas em maiores detalhes na seo a seguir. 5. Ciclo Otto RealPara entender melhor o funcionamento real de um Ciclo Otto e os motivos pelos quais a eficincia ser sempre abaixo da ideal, sero analisadas nesta seo as perdas as quais o ciclo est submetido. Uma representao grfica do ciclo real mostrada na Figura 20, sobreposta ao ciclo ideal para melhor entendimento.

Figura 20 - Sobreposio Ciclo Otto real e ideal

Neste esquema o ponto a representa o momento em que ocorre a ignio da mistura ar + combustvel. O ponto b representa o final da combusto, e o ponto c o momento em que a vlvula de exausto aberta. As primeiras perdas que sero analisadas nesta seo referem-se ao atraso no tempo de combusto. O que acontece no interior do cilindro no uma exploso, e sim a queima da mistura e a posterior expanso. Como tal, isto no acontece instantaneamente, e a frente da chama levar um certo tempo para se propagar por toda a cmara de combusto. Este atraso entre a ignio provocada pela vela e a ignio completa da mistura ir fazer com que seja necessrio iniciar a combusto antes que o PMS seja atingido, de modo que quando o pisto atingir e passar aproximadamente 14 do PMS a mistura j tenha sofrido ignio completa. De maneira semelhante, por a ignio ter comeado antes da mistura atingir o PMS, a combusto ir terminar substancialmente aps o PMS.Pela Figura 21 possvel observar estas perdas. Esta rea representa o trabalho que no pode ser extrado do ciclo, e cerca de 30% da perda de eficincia quando comparado ao ciclo ideal se d por este motivo.

Figura 21 - Perdas provocadas pelo atraso na velocidade da frente da chama

Outras perdas inerentes ao processo so as perdas de calor. Elas ocorrem desde a compresso da mistura ar + combustvel at a exausto de gases aquecidos para o ambiente, mas durante o processo de combusto que elas se tornam mais visveis e importantes. Durante este processo as temperaturas sero ainda mais altas e haver perda de calor para as paredes do cilindro e para a cmara de combusto. Aproximadamente 60% da diferena entre eficincia real e ideal acontece devido a estas perdas. Elas esto representadas pela regio sombreada na Figura 22.

Figura 22 - Perdas de calor no Ciclo Otto

Outro tipo de perda que ocorre no Ciclo Otto acontece na abertura da vlvula de escape. Esta abertura teoricamente ocorre no PMI, porm na prtica, por no ser um processo instantneo (a vlvula leva certo tempo para abrir completamente), a abertura acontece um pouco antes do PMI. O resultado que os gases comeam a sair antes e a presso no interior do cilindro cai antes da chegada no PMI, reduzindo-se assim a eficincia. Estima-se que cerca de 10% da diferena entre eficincia ideal e real acontea devido a esta perda. A regio no grfico que representa esta etapa pode ser visualizada na Figura 23.

Figura 23 - Queda de presso pela abertura da vlvula de expanso

Outras perdas tambm so inerentes ao sistema real. Dentre elas podemos citar a no combusto de todo o combustvel que entra no cilindro. Parte deste cilindro no queimado e liberado para a atmosfera, reduzindo a eficincia e aumentando a poluio gerada pelos gases de combusto. H tambm perdas de vazamento, quando os anis do pisto ou algum outro componente no est trabalhando adequadamente, e perdas de bombeamento.

6. Turbo compressorA utilizao de sistemas turbo compressores em Ciclo Otto tem como finalidade aumentar o rendimento destes motores, com o consequente aumento da potncia e torque, atravs de um melhor aproveitamento dos gases de exausto que saem dos cilindros. O princpio de funcionamento deste sistema relativamente simples, onde uma parte ser ligada na regio de exausto e outra na regio de alimentao de ar do motor. Os gases que so expelidos pelo motor passam por uma turbina, movimentando-a. Esta turbina, que est ligada por um eixo conectado a um compressor, ir transferir a energia do movimento dos gases de exausto para o compressor, fazendo com que este consiga injetar mais ar na cmara de combusto. A Figura 24 ilustra esquematicamente este sistema.

Figura 24 - Representao esquemtica sistema turbocompressor

Existem trs etapas distintas no funcionamento deste sistema, e a diferena bsica entre elas est na temperatura dos gases de exausto. A fase de Carga Parcial Inferior quando o ar aspirado apenas pelo motor, pois os gases de exausto ainda esto a uma temperatura muito baixa (baixa energia) para movimentar a turbina e fazer com que o compressor comece a trabalhar. A segunda fase, onde os gases de exausto possuem maior energia, denominada de Carga Parcial Mdia. Neste estgio o compressor consegue comprimir o ar, mas presses baixas ou prximas a atmosfrica. Ocorre uma sobrealimentao, mas ainda no atingiu o seu pico de funcionamento. E a terceira etapa quando o ar comprimido mxima presso que o sistema consegue suportar. Esta ltima fase denominada Plena Carga.Um importante componente dos sistemas turbocompressores o Intercooler, que nada mais que um trocador de calor com a finalidade de reduzir a temperatura do ar que sai do compressor, antes que este seja enviado para a cmara de combusto. Esta reduo de temperatura ir provocar uma diminuio na densidade do ar, melhorando a queima do combustvel e o rendimento do motor.

7. Parmetros de projeto de motores ignioA evoluo dos motores combusto interna no ltimo sculo, movida pela necessidade de maior desempenho e eficincia no uso de combustvel, tem como grande desafio a adequao destes motores a diferentes condies de uso, tais como diferentes cargas e velocidades (rotao) a que estes motores so submetidos, principalmente em veculos de passeio.Um dos principais parmetros de projeto nos motores de combusto interna a presso mdia efetiva (PME).Num motor de ciclo Otto, a mistura inicialmente comprimida e rapidamente queimada, gerando um pico de presso. Conforme o pisto desce e absorve energia trmica da queima, os gases no interior da cmara se expandem e perdem presso e temperatura. Ao longo deste curso-motor, uma certa quantidade de energia transformada de trmica para mecnica. Repetido ciclicamente o curso do pisto, a quantidade de energia mecnica aproveitada por unidade de tempo a potncia produzida pelo motor.A avaliao da fora gerada pela expanso dos gases de combusto funo da rea do pisto, do curso de deslocamento deste pisto e da presso mdia em que este pisto submetido (PME), em outras palavras, a fora (torque) produzida por ciclo de potncia a PME multiplicada pelo volume de deslocamento do motor (cilindrada).A PME afetada pelos seguintes parmetros: Taxa de compresso, condies do ar atmosfrico (temperatura, presso e umidade), mistura de ar/combustvel, eficincia volumtrica e tempo de ignio.A taxa de compresso a relao entre o volume da cmera de combusto (pisto em PMS) e o volume de deslocamento (Pisto em PMI) e o principal fator da eficincia trmica do ciclo. No ciclo Otto sempre escolhido o maior valor que o combustvel pretendido pode operar sem apresentar detonao espontnea. As condies do ar atmosfrico afetam a capacidade de preenchimento do cilindro, bem como a possibilidade de pr-detonao. A mistura de ar/combustvel deve estar o mais prxima da estequiomtrica (condio em que a reao do combustvel e comburente resulta em somente gs carbnico e vapor de gua), sendo que pobre em combustvel resulta em queima ineficiente e superaquecimento, rica demais em combustvel resulta em queima ineficiente e emisso de poluentes. Na prtica, a mistura ligeiramente rica devido a ineficincia do sistema de ignio.Os parmetros que sero discutidos em maior profundidade neste trabalho sero ento o de eficincia volumtrica e tempo de ignio.Eficincia volumtricaA eficincia volumtrica a relao entre a quantidade mxima de mistura que poderia ser aspirada pelo cilindro na condio atmosfrica e a quantidade que realmente entrou. Esta eficincia existe pois as restries provocadas pelo duto de admisso e pela vlvula de admisso provocam um vcuo parcial durante esta aspirao, e a mistura entra a uma densidade abaixo da atmosfrica, consequentemente a massa de ar disponvel para queima menor do que o ideal. De forma anloga, existem restries no sistema de escapamento.Sabe-se que a vazo mssica que entra no cilindro atravs de um duto, ou passagem, dada por:

Onde a densidade do ar, A a rea deste duto ou passagem e V a velocidade do fluxo. Evidentemente, a rea constante e as variveis tornam-se apenas a densidade e a velocidade do ar na entrada e que, maiores seus valores, maior a vazo mssica. Observaes experimentais indicam que os motores a combusto interna operam com velocidades de fluxo timas entre 0,3 e 0,5 mach. O nmero de mach (um mach equivale a velocidade em que o som se propaga em uma dada condio de fluido) importante indicador dos efeitos de compressibilidade de um gs. Em velocidades superiores a 0,5 mach existem perdas de energia muito significativas no escoamento devido a sua compresso e ao atrito com as paredes dos dutos e passagens, de forma que o motor passa a perder fora e rendimento. Em valores abaixo de 0,3 mach, alm da reduzida massa admitida, o fluxo torna-se menos turbulento, prejudicando a atomizao do combustvel e preenchimento do cilindro, tornando a combusto menos eficiente. Portanto, os motores operam em uma faixa restrita de eficincia volumtrica, e por consequncia de PME, em seu espectro de rotao e carga. Dependendo do comportamento desejado do motor, uma maior ou menor restrio na admisso (alterando-se a rea da passagem, por exemplo) far com que o motor atinja velocidade tima de fluxo (em que a PME mxima) em uma diferente rotao. Por exemplo: Um motor destinado ao uso em veculo de passeio, predominantemente em percursos urbanos, necessitar de torque disponvel desde rotaes baixas, de forma a dar agilidade nas arrancadas e retomadas mantendo baixo o consumo, portanto usa-se uma entrada de ar mais restrita no projeto. Por outro lado, em um motor desenvolvido para competio, existe constante necessidade da mxima potncia (obtida em alto giro), sem compromisso com uso em baixas rotaes. Portanto, o motor projetado com menor restrio na alimentao, de forma a obter fluxo timo em uma faixa de rotao mais prxima ao limite dos componentes mecnicos do motor.

Figura 25 - Grficos obtidos em dinammetro de dois tipos distintos de configurao de motores; a esquerda um motor de veculo de passeio que fornece torque em rotaes baixas e a direita, um motor de carro de corrida que desenvolve torque em altas rotaes.

Outra forma de alterar o comportamento do motor o desenho dos perfis dos cames utilizados para acionar as vlvulas. Parmetros como o levante da vlvula, a durao do acionamento e o momento em que so abertas ou fechadas influenciam diretamente na faixa de rotao em que ser desenvolvida a velocidade tima de fluxo.Tecnologias mais recentes (a partir de meados dos anos 90), permitem aos engenheiros projetar motores com comportamento bom em todas as faixas de giro, como o caso do sistema de comando de vlvula varivel, que pode, por exemplo, inserir atravs de um acionamento eletro-hidrulico um came com perfil adequado ao regime de altas rotaes quando desejado. Existe tambm, embora empregado em menor escala, o uso de coletores de admisso de geometria varivel, que permite explorar efeitos de ressonncia de Helmholtz e aprimorar a eficincia volumtrica.

Figura 26 - Grfico que indica a posio das vlvulas do motor durante os ciclos.

Avano de ignioO prximo parmetro relacionado qualidade da combusto da mistura durante o ciclo de ignio e expanso da mistura, e consequente melhor aproveitamento do combustvel, reduo da emisso de poluentes e obteno da maior PME quanto possvel.Primeiramente, faz-se necessrio definir os dois tipos de ignio da mistura que podem ocorrer em um motor de combusto interna, a detonao e a deflagrao. Detonao um processo de combusto supersnica em que a energia liberada a partir da centelha propaga-se atravs de uma onda de choque, que comprime e aquece as demais molculas da mistura, provocando a ignio do restante dos gases. Deflagrao ocorre de forma subsnica e no gera ondas de choque, e sim uma frente de chama que se propaga atravs da condutividade trmica do gs, fazendo as camadas vizinhas entrar em combusto. Nos motores ciclo Otto, desejvel que ocorra deflagrao da mistura ar/combustvel, que uma queima mais completa, limpa e controlada, e que no gera ondas de choque que podem danificar os componentes mecnicos do motor. A detonao, popularmente conhecida como batida de pino apesar de nenhum pino bater e sim ocorrer ressonncia transmitida carcaa do motor, pode ocorrer devido taxa de compresso muito elevada, pontos quentes na cmera de combusto (depsitos de carvo nas velas e paredes) e tempo de ignio inadequado.O momento exato em que a centelha deve ser liberada pela vela para que ocorra queima tima e o melhor aproveitamento possvel da energia dos gases em expanso depende de alguns fatores. Primeiramente, a fora provocada pela expanso somente deve comear a atuar pouco depois de o pisto comear sua descida do PMS (em torno de 14 de volta do virabrequim) pois do contrrio, com a biela na vertical, a fora seria aplicada somente nos mancais do eixo e no aproveitada para gira-lo. Em segundo lugar, nos motores que variam constantemente de rotao, os pistes movem-se com acelerao distinta a cada instante e a ignio por ser subsnica e pouco variar na velocidade de propagao, deve ser adiantada ou atrasada de acordo com a rotao do motor para que a expanso se inicie no momento exato.Em terceiro lugar, a carga a qual o motor submetido, e que proporcional PME, altera substancialmente as propriedades da mistura admitida, sendo tambm necessrio adequar o tempo de ignio.O sistema que corrige o tempo de ignio conforme a rotao e a carga do motor conhecido como avano de ignio. Nos primeiros automveis, ele era ajustado atravs de um manete pelo motorista, portanto muito dependente de sua habilidade. Depois quando foi introduzido o distribuidor de ignio com avano automtico, um atuador centrfugo encarregava-se de corrigir o avano conforme a rotao, e um atuador a vcuo conforme a carga. Por tratar-se de um mecanismo delicado e seus componentes estarem sujeitos a desgaste, necessitava frequentemente de ajustes e reparos. Finalmente, com a popularizao da eletrnica nos automveis, o avano de ignio definido por um mapa programado no computador do carro, que conforme a leitura dos diversos sensores posicionados no motor adqua com preciso o momento correto da fasca e dispensa manuteno e ajustes.

Figura 27 - Mapa de avano de ignio conforme rotao e carga.O funcionamento timo do motor ciclo OttoMuito foi falado sobre os parmetros que podem fornecer a mxima presso mdia efetiva e em qual momento, mas em que isto se traduz no uso deste motor? Motores ciclo Otto so inerentemente ineficientes em cargas parciais. Isto se deve, entre outros fatores, a necessidade de trabalhar-se com mistura ar/combustvel relativamente constante e ao controle de carga ser feito com uma vlvula (borboleta de acelerao, ligada ao pedal do acelerador) que tem como funo somente restringir o fluxo dos gases de admisso, provocando aumento das perdas por bombeamento, diminuio da PME e por consequncia, do trabalho lquido por ciclo.

Figura 28 Grficos de ciclo Otto reais; esquerda com acelerador completamente aberto, direita parcialmente fechado.

Ocorre que o consumo especfico de combustvel, dado por uma unidade de massa de combustvel sobre uma unidade de trabalho realizado (por exemplo, g/kWh) varia drasticamente conforme a situao de carga e rotao que o motor trabalha.

Figura 29 Grfico de consumo especfico em g/kWh relacionado com PME e rotao.O grfico da figura 29 obtido experimentalmente e vlido para comparao com a maioria dos motores de veculos de passeio. As curvas de nvel informam o consumo especfico e os eixos a PME e a rotao do motor. Pode-se observar que o consumo cresce rapidamente com a diminuio da PME, especialmente nos valores mais baixos. O ponto de melhor rendimento do motor ocorre numa rotao mais baixa e em carga elevada, porm abaixo da carga mxima. Desta informao podemos inferir, por exemplo, que um veculo trafegando em velocidade constante de 60 km/h obter menor consumo estando em uma rotao baixa em quinta marcha, do que o mesmo veculo na mesma condio em uma rotao mais alta em terceira marcha, mesmo que isto implique na necessidade de pressionar mais profundamente o pedal do acelerador. Testes prticos revelam que ao adotar uma conduo visando estes parmetros, uma economia em torno de 20% de combustvel pode ser atingida.

8. Bibliografia(s.d.). Acesso em 17 de maro de 2015, disponvel em http://fram.com.br/pdf/leve/modulo02.pdfCIMATEC, S. (2003). Acesso em 17 de maro de 2015, disponvel em http://www.ebah.com.br/content/ABAAABq1sAL/apostila-motor-combustao-interna-ciclo-otto?part=2Loureiro, E. (s.d.). O Ciclo Ideal Otto. Acesso em 17 de Maro de 2015, disponvel em http://www.eduloureiro.com.br/index_arquivos/MTAula9.pdfRibeiro, F. A. (Novembro de 2009). Por dentro do Ciclo Otto. Acesso em 17 de Maro de 2015, disponvel em http://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/2%C2%BA2009/TCCFranklinveraofinal.pdfRocha, G. d. (maro de 2009). Acesso em 17 de maro de 2015, disponvel em Infomotor: http://www.infomotor.com.br/site/2009/03/principio-de-funcionamento-do-motor-a-combustao-interna-ciclo-otto/Silva, A. M. (2008). Simulao e Anlise do Intercooler em Motores Otto Originais de Fbrica. Acesso em 17 de Maro de 2015, disponvel em http://sites.poli.usp.br/d/pme2600/2008/Artigos/Art_TCC_003_2008.pdf

PERGUNTAS:Qual efeito que um combustvel de maior octanagem ter no Ciclo Otto?O que a sobrealimentao (turbocompressor) influencia na eficincia volumtrica? E na PME?Porque um automvel consegue andar mais quilmetros com um litro de combustvel no uso rodovirio, quando comparado ao uso urbano?Qual a vantagem do motor em V?

Respostas das questes propostas no trabalho Ciclo Otto 4 tempos:1 - Qual efeito que um combustvel de maior octanagem ter no Ciclo Otto? O ndice de octano (popularmente conhecido como octanagem) mede somente a qualidade anti-detonante do combustvel, e usa uma escala de medio baseada na comparao entre iso-octano puro (100 octanas) e n-heptano (0 octanas), aumentando a taxa de compresso at que ocorra detonao. Propriedades como poder calorfico e velocidade da chama no so avaliados por este ndice. Motores projetados para usar combustveis comuns (baixa taxa de compresso) no se beneficiaro do uso de combustvel de alta octanagem, porm motores avanados feitos para receber combustveis de alta octanagem (maior taxa de compresso) tero melhor rendimento, e podem se danificar se utilizado combustvel de baixa octanagem. Em suma, combustvel de maior octanagem no possui efeito direto na potncia que um motor produz, e sim o projeto otimizado para beneficiar-se da maior capacidade anti-detonante.Maiores informaes na pg. 213 do livro do Jorge Martins.2 - O que a sobrealimentao (turbocompressor) influencia na eficincia volumtrica? E na PME? A eficincia volumtrica a comparao entre o volume do cilindro e o volume de ar que pde ser admitido, devido a existncia de um vcuo parcial (menor densidade) na mistura que entra nos motores comuns. Sistemas de sobrealimentao, como o turbocompressor, comprimem a mistura a uma presso superior atmosfrica (maior densidade) o que far com que a eficincia volumtrica seja superior a 1, pois entrar mais ar no cilindro do que seu volume fsico.A PME proporcional energia liberada na combusto, que depende diretamente da massa de mistura ar/combustvel que foi inserida. Como a massa da mistura admitida maior, a PME ser maior tambm.3 - Porque um automvel consegue andar mais quilmetros com um litro de combustvel no uso rodovirio, quando comparado ao uso urbano? A resposta pode ser bastante complexa, mas os principais fatores so:- Em velocidade constante (muito mais comum no uso rodovirio), o veculo para manter-se necessita apenas vencer a aerodinmica, o atrito de rolagem entre pneu e asfalto, e os atritos internos do motor e transmisso. A massa do veculo como um todo no muito significativa. No uso urbano, em que o veculo acelera constantemente, a inrcia entrar como maior fator, provocando aumento do consumo.- O fabricante geralmente seleciona a relao de transmisso ideal para manter o consumo especfico baixo na condio de velocidade mais comum em rodovias.Maiores informaes nas pginas 83 e 84 do livro do Jorge Martins.4 - Qual a vantagem do motor em V? Motores em V so mais compactos em comprimento e volume quando comparados a motores com os mesmos cilindros dispostos em linha. O peso do motor ser menor, e tem maior suavidade no funcionamento. A desvantagem o custo.