Motores Combustão Interna - apostila Danilo

8/13/2019 Motores Combusto Interna - apostila Danilo

1/182

MQUINAS TRMICAS I

MOTORES DE COMBUSTO INTERNA

Profesor Luiz Carlos Martinelli Jr.

Uniju Campus Panambi


2/182


3/182


4/182

4

Sensor com trs fios......................................................................................................................................................112 Sensor com quatro fios .................................................................................................................................................112 Fator Lambda ................................................................................................................................................................113

Sensor de Detonao (KS)...........................................................................................114 Sensor de Posio da Borboleta de Acelerao (TPS)................................................115 Conector de Octanagem ..............................................................................................116

ATUADORES .....................................................................................................................117Bomba Eltrica de Combustvel .................................................................................. 117Conversor Cataltico....................................................................................................118

Anlise de Emisses .....................................................................................................................................................118 Vlvulas Injetoras........................................................................................................121Motor de Passo da Marcha Lenta (IAC) ..................................................................... 122 Sistema de Ignio Direta (DIS)..................................................................................122

OUTROS COMPONENTES DO SISTEMA...............................................................................122Tanque de Combustvel................................................................................................123 Cnister........................................................................................................................123 Filtro de Combustvel .................................................................................................. 123 Regulador de Presso .................................................................................................. 124 Filtro de Ar .................................................................................................................. 125 Corpo de Borboleta .....................................................................................................125Bateria ......................................................................................................................... 125

Cuidados com a Bateria................................................................................................................................................126 ESTRATGIAS DE CONTROLE DO SISTEMA........................................................................127

Controle do Conjunto de Sinais...................................................................................128CONTROLE DA INJEO DE COMBUSTVEL.......................................................................129

Autoadaptao ............................................................................................................. 129

Partida e Ps Partida .................................................................................................. 130 Funcionamento a Frio ................................................................................................. 130 Funcionamento em Plena Carga ................................................................................. 131 Funcionamento em Desacelerao.............................................................................. 132 Correo Baromtrica.................................................................................................132Funcionamento em Cut-Off ..................................................................................... 132 Funcionamento em Acelerao.................................................................................... 132 Proteo contra rotaes excessivas ........................................................................... 136Comando da eletrobomba de combustvel...................................................................137Comando dos eletroinjetores.......................................................................................137

CONTROLE DA MARCHA LENTA DO MOTOR.....................................................................137

Fase de Partida............................................................................................................ 137Fase de Regulao Trmica ........................................................................................ 137Fase de desacelerao ................................................................................................. 137

GLOSSRIO ......................................................................................................................138BIBLIOGRAFIA DA PARTE II..............................................................................................141LINKS ...............................................................................................................................141

PARTE III - ANLISE DO SISTEMA DE TURBOALIMENTAO..................... 142

INTRODUO....................................................................................................................143HISTRIA DO TURBOALIMENTADOR.................................................................................143O TURBOALIMENTADOR ..................................................................................................144


5/182


6/182

6

PARTE I MOTORES DE COMBUSTO INTERNA


7/182

7

Introduo

Esta apostila foi criada com inteno de dar subsdios ao aluno do Curso deEngenharia Mecnica da Uniju. A mesma foi construda utilizando-se de informaesadquiridas da rede mundial de computadores (Internet), livros e revistas especializadasacrescentando-se a tudo isso uma pitada particular do professor.

Procura-se desenvolver, fora o conhecimento bsico necessrio, um pouco dahistria dos veculos automotores, colocando em uma linha do tempo a histria de vriasempresas famosas, seus fundadores e curiosidades.

Ao final desta, coloca-se uma pequena bibliografia e sites interessantes sobre oassunto.

Definio de Motores de Combusto Interna

So Mquinas Trmicas Motoras nas quais a energia qumica dos combustveis setransforma em trabalho mecnico (o fluido de trabalho consiste nos produtos dacombusto).

Classificao dos MCI

Os MCI podem ser classificados em:

a) Quanto a propriedade do gs na admisso:

ar (Diesel)mistura ar-combustvel (Otto)

b) Quanto ignio

por centelha (ICE) * spark - ignition (SI) por compresso (ICO) * compression - ignition (CI)

c) Quanto ao movimento do pisto Alternativo (Otto, Diesel) Rotativo (Wankel, Quasiturbine)

d) Quanto ao ciclo de trabalho

2 tempos 4 tempos

e) Quanto ao nmero de cilindros

monocilndricos


8/182

8

policilndricos

f) Quanto disposio dos cilindros

em linha opostos (boxer)

em V em estrela (radial)

g) Quanto utilizao

ESTACIONRIOS - Destinados ao acionamento de mquinas estacionrias, taiscomo Geradores, mquinas de solda, bombas ou outras mquinas que operam em rotaoconstante;

INDUSTRIAIS - Destinados ao acionamento de mquinas de construo civil,tais como tratores, carregadeiras, guindastes, compressores de ar, mquinas de minerao,veculos de operao fora-de-estrada, acionamento de sistemas hidrostticos e outrasaplicaes onde se exijam caractersticas especiais especficas do acionador;

VEICULARES - Destinados ao acionamento de veculos de transporte em geral,tais como caminhes e nibus;

MARTIMOS - Destinados propulso de barcos e mquinas de uso naval.Conforme o tipo de servio e o regime de trabalho da embarcao, existe uma vasta gamade modelos com caractersticas apropriadas, conforme o uso. (Laser, trabalho comercialleve, pesado, mdio-contnuo e contnuo)

Vantagens & Desvantagens

Vantagens Desvantagensarranque rpido limitao de potnciatrabalho em rotaes relativamentebaixas

no utilizao de combustveis slidos

pequeno tamanho peso elevado para potncia

fcil manuteno elevado nmero de peasbaixa eficincia


9/182

9

Definies

Ponto Morto Super ior e Ponto Morto Infer ior

Ponto Morto Superior (PMS) {TDC - Top Dead Center} e o Ponto Morto Inferior(PMI) {BDC - Bottom Dead Center}, so nestas posies onde o mbolo muda de sentidode movimento estando no seu mximo (PMS) ou no seu mnimo (PMI), conforme a Figura1.

Figura 1 - Curso do Pisto

Cilindrada

o volume total deslocado pelo pisto entre o P.M.I. e o P.M.S., multiplicado pelonmero de cilindros do motor. indicada em centmetros cbicos (cm) e tem a seguintefrmula:

cilindrosNCursoD

C ..4

. 2

= (em cm)

Tomando como exemplo o motor de um mega GLS (GM). De seu catlogo tm-se os seguintes dados:

Motor Dianteiro Longitudinal M.P.F.I.

Nmero de Cilindros 04

Dimetro cilindro 86,0 mm

Curso do pisto 86,0 mm

Taxa de Compresso 9,2:1


10/182

10

assim:

cm229,19984.6,8.4

6,8. 2=

= C

conhecido, no mercado, como 2.0 ou 2,0 litros

Cmar a de Compr esso ou de Combusto, Volume Morto

o espao livre que fica acima do pisto quando este se encontra no P.M.S. Nela, amistura ar/combustvel do motor a gasolina, que entrou pela vlvula de admisso, sercomprimida e, aps a fasca emitida pela vela, explodir para que a expanso dos gasesmovimente o pisto e d seqncia ao funcionamento do motor.

Dependendo do grau de modernidade do motor, a cmara pode estar inserida nocabeote ou na cabea dos pistes esse ltimo mais comumente achados. Basicamente, ovolume da cmara de combusto define a Taxa de Compresso do motor. Quanto menorfor seu volume, maior ser essa relao e, conseqentemente, melhor o rendimento domotor. Todos os componentes que atuam em sua formao ou ao seu redor influenciamdiretamente em sua eficincia: a posio das vlvulas e o desenho dos dutos de admisso,por exemplo.

Figura 2 Cmara de Combusto


11/182

11

Octanagem

A octanagem mede a capacidade da gasolina de resistir detonao, ou a sua

capacidade de resistir s exigncias do motor sem entrar em auto-ignio antes do momentoprogramado. A detonao, tambm conhecida como batida de pino, leva perda depotncia e pode causar srios danos ao motor, dependendo de sua intensidade epersistncia.

Um combustvel de octanagem n aquele que se comporta como se fosse umamistura contendo n%de isooctano e (100-n)% de n.heptano. Por conveno, o isooctanopuro tem octanagem 100 e o n.heptano puro tem octanagem zero. Hoje, algunscombustveis aditivados possuem octanagem superior a escala posta, uma novatecnologia.

Para a Gasoli na

No Brasil (com exceo do Rio Grande do Sul) utilizada uma gasolina nica nomundo, pois trata-se de uma mistura de 76% de gasolina e 24% de lcool etlico (etanol).O teor de lcool na gasolina objeto de Lei Federal, cuja especificao final deresponsabilidade da Agncia Nacional de Petrleo ANP.

No Estado do Rio Grande do Sul, ao invs de lcool, utiliza-se o MTBE (metil-tercio-butil-etileno) como oxigenador, i.e., aditivo que contm oxignio para aumentar aeficincia da combusto do hidrocarboneto Gasolina (C8H18)n.

Atualmente, a gasolina que compes esta mistura produzida, em quase suatotalidade, pelas dez refinarias da Petrobras. O restante, por duas outras refinarias privadas:a de Manguinhos, no Rio de Janeiro, e a de Ipiranga, no Rio Grande do Sul. J o lcool

produzido a partir da cana-de-acar em diversas destilarias espalhadas pelo pas. Acomposio final da chamada gasolina brasileira, ou seja, a mistura de gasolina e lcool realizada pelas Companhias Distribuidoras (Esso, Shell, Texaco, etc...), responsveistambm pela comercializao final do produto junto aos postos de servio.

Desde janeiro de 1992, a gasolina brasileira isenta de chumbo. O chumbo erautilizado mundialmente para aumentar a octanagem da gasolina, mas, por questesambientais, vem sendo gradualmente eliminado. Atualmente, esto disposio dosconsumidores brasileiros 03 tipos de gasolina: comum, comum aditivada e premium. Estaclassificao dada segundo a octanagem da gasolina.

A octanagem da gasolina pode ser avaliada por dois mtodos distintos: mtodoMotor (MON Motor Octane Number) avalia a resistncia da gasolina detonao quandoo motor est operando em condies mais severas alta rotao e plena carga, comoacontece em subidas com marcha reduzida e velocidade alta. O mtodo Pesquisa (RON Reserch Octane Number) avalia a resistncia da gasolina detonao quando o motor estoperando em condies mais suaves baixa rotao, como acontece em subidas commarcha alta. A octanagem das gasolinas brasileiras equivalente das gasolinasencontradas nos Estados Unidos e na Europa. dada pela mdia entre os dois mtodos,conhecida como ndice Antidetonante (MON +RON)/2.

As Gasolinas Comum e Comum-Aditivada tm octanagem de 86, indicadas para amaioria da frota de veculos circulante no Brasil. A Gasolina Premium possui maioroctanagem, 91. Pode ser utilizada em qualquer veculo, mas no trar nenhum benefcio se


12/182

12

o motor no exigir este tipo de combustvel (alta taxa de compresso, com monitoramentoeletrnico, injeo multiponto e projetados para gasolinas de alta octanagem).

As Gasolinas Comum e Comum-Aditivada possuem a mesma octanagem, diferindo-se entre si apenas pela presena de um aditivo, do tipo detergente dispersante que tem afuno de manter limpo todo o sistema por onde passa a gasolina.

Para o Etanol

No Brasil, o etanol (C2H5OH) utilizado de duas maneiras:

Como mistura na gasolina, na forma de 24% de etanol anidro, a 99,6 Gay-Lussac (GL)e 0,4% de gua, formando uma mistura gasohol com o objetivo de aumentar aoctanagem da gasolina;

Como etanol puro, na forma de etanol hidratado a 95,5 GL.

Nos outros pases, as misturas de gasohol contm tipicamente apenas 10% (oumenos) de etanol. O etanol um excelente combustvel automotivo: apresenta um ndicede Octanagem superior ao da gasolina e tem uma Presso de Vapor inferior, resultando emmenores emisses evaporativas. A combusto no ar inferior a da gasolina, o que reduz onmero e a severidade de fogo nos veculos. O etanol anidro tem poder calorfico inferior esuperior de 21,2 e 23,4 MJ/l (megaJoule por litro), respectivamente, contra 30,1 e 34,0 MJ/lda gasolina.

As principais propriedades da gasolina e do lcool esto indicadas abaixo:

GASOLINA ETANOL

Calor especfico (kJ/kg) 34.900 26.700N. de Octano (RON/MON) 91/80 109/98

Calor latente de vaporizao (kJ/kg) 376 ~ 502 903

Temperatura de ignio (C) 220 420

Razo Estequiomtrica Ar/Combustvel 14,5 9Fonte: Goldemberg & Macedo

Taxa de Compresso (Rel ao)

Relao matemtica que indica quantas vezes a mistura ar/combustvel ousimplesmente o ar aspirado (no caso dos diesel) para dentro dos cilindros pelo pisto comprimido dentro da cmara de combusto antes que se inicie o processo de queima.Assim, um motor a gasolina que tenha especificada uma taxa de compresso de 8:1, porexemplo, indica que o volume aspirado para dentro do cilindro foi comprimido oito vezesantes que a centelha da vela iniciasse a combusto, Figura 3.


13/182


14/182

14

Como a Taxa de Compresso j dada, pode-se calcular ento o volume da cmarade combusto v.

Figura 4 O veculo do exemplo

para um motor de 04 cilindros 1600 cm

para um cilindro apenas 4004

1600= cm

a Cilindrada cm486,39915,8.4

9,7..

4V

22===

Curso

D

para uma Taxa de Compresso de 9,4:1

volume morto v cm56,4714,9

486,399

1

V=

=

=

TCv

Pode-se ento calcular a altura deixada no cilindro para a abertura das vlvulas:

hD

v .4

. 2=

cm97,09,7.

56,47.4

.

.422

===D

vh

h = 9,7 mm

Com isso pode-se concluir que a Taxa de Compresso uma propriedadeinerente ao motor (bloco, cabeote, pistes) e no ao combustvel utilizado no mesmo.

No se altera a Taxa de Compresso de um motor apenas modificando o tipo decombustvel consumido.


15/182


16/182

16

Aspecto Zona dos anis e cabea do pisto parcialmente destrudas.Furo no topo do pisto.

Figura 5 Danificao por Pr-Ignio

Aspecto Cabea do pisto parcialmente destruda.

Figura 6 Danificao por Detonao

AvanoNome empregado mais comumente para designar o quanto a fasca da vela dever

ser avanada, com relao ao P.M.S. do pisto para iniciar o processo de combusto. Faz-se o avano para se obter a mxima presso sobre o pisto quando o mesmo atinge oP.M.S., melhorando a performance do motor.

Num automvel, o avano pode ser de 03 tipos: a vcuo, centrfugo ou eletrnico.Os dois primeiros, absolutamente mecnicos, atuam diretamente sobre o distribuidor(Figura 7), sendo passveis de erro operacional.


17/182

17

Figura 7 O Sistema de Ignio Convencional e o Distribuidor

O terceiro tipo de avano, o eletrnico, existe na memria do sistema de comandoda ignio ou, o que bem mais moderno e comum atualmente, na central eletrnica quecomanda a injeo e ignio, simultaneamente.

Outras Definies e Nomenclatura

A nomenclatura utilizada pelos fabricantes de motores, normalmente encontrada nadocumentao tcnica relacionada, obedece a notao adotada pela norma DIN 1940.Existem normas americanas, derivadas das normas DIN, que adotam notaes ligeiramentediferenciadas, porm com os mesmos significados.


18/182

18

Notao Nomenclatura Definio

D Dimetro do

CilindroDimetro interno do Cilindro.

s Curso do PistoDistncia percorrida pelo pisto entre os extremos docilindro, definidos como Ponto Morto Superior (PMS) ePonto Morto Inferior (PMI).

s /D Curso/DimetroRelao entre o curso e o dimetro do pisto. (Os motorescuja relao curso/dimetro = 1 so denominados motoresquadrados.)

n Rotao Nmero de revolues por minuto da rvore de manivelas.

cm Velocidade Velocidade mdia do Pisto = 2sn / 60 = s n / 30

A rea do Pisto Superfcie eficaz do Pisto = D / 4

PePotncia til

a potncia til gerada pelo motor, para sua operao epara seus equipamentos auxiliares (assim como bombas decombustvel e de gua, ventilador, compressor, etc.)

zNmero deCilindros

Quantidade de cilindros de dispe o motor.

Vh Volume doCilindro

Volume do cilindro =As

Vc Volume daCmara Volume da cmara de compresso.

V Volume deCombusto

Volume total de um cilindro = Vh + Vc

VH Cilindrada Total Volume total de todos os cilindros do motor =z Vh

Relao deCompresso

Tambm denominada de razo ou taxa de compresso, arelao entre o volume total do cilindro, ao iniciar-se acompresso, e o volume no fim da compresso, constituiuma relao significativa para os diversos ciclos dosmotores de combusto interna. Pode ser expressa por (Vh +Vc)/ Vc ( > 1).

Pi PotnciaIndicada

a potncia dentro dos cilindros. Abreviadamentedenominada de IHP (Indicated Horsepower), consiste nasoma das potncias efetiva e de atrito nas mesmascondies de ensaio.

PlPotnciaDissipada

Potncia dissipada sob carga, inclusive engrenagensinternas.

Psp Dissipao Dissipao de potncia pela carga.

PrConsumo dePotncia

Consumo de potncia por atrito, bem como do equipamentoauxiliar para funcionamento do motor, parte a carga. Pr=Pi -Pe- Pl- Psp

Potncia Terica Potncia terica, calculada por comparao, de mquina


19/182


20/182

20

Motor a 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.

No primeiro tempo, com o pisto em movimento descendente, d-se a admisso,que se verifica, na maioria dos casos, por aspirao automtica da mistura ar-combustvel(nos motores Otto), ou apenas ar (motor Diesel). Na maioria dos motores Diesel modernos,uma ventoinha empurra a carga para o cilindro (turbocompresso).

No segundo tempo, ocorre a compresso, com o pisto em movimento ascendente.Pouco antes do pisto completar o curso, ocorre a ignio por meio de dispositivo adequado

(no motor Otto), ou a auto-ignio (no motor Diesel).No Terceiro tempo, com o pisto em movimento descendente, temos a ignio, com

a expanso dos gases e transferncia de energia ao pisto (tempo motor).

No quarto tempo, o pisto em movimento ascendente, empurra os gases de escapepara a atmosfera.

Durante os quatro tempos ou duas rotaes transmitiu-se trabalho ao pisto suma vez. Para fazer com que as vlvulas de admisso e escapamento funcionemcorretamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exatos, a rvore de comando

de vlvulas (ou eixo de cames) gira a meia rotao do motor, completando uma volta a cadaciclo de quatro tempos.


21/182

21

Os quatro tempos:

1 TEMPOCurso de AdmissoEstando o pisto no PMS, o mesmocomea a descer estando aberta avlvula de admisso (VA) efechada a vlvula de descarga(VD). O mbolo, ao descer geraum vcuo no interior do cilindro,aspirando a mistura ar-combustvel(Ciclo Otto) ou somente ar (CicloDiesel) at o PMI, quando a VA se

fecha, cumprindo-se meia volta dovirabrequim (180).

2 TEMPOCurso de CompressoEstando VA e VD fechadas, amedida que o pisto desloca-separa o PMS, o mesmo comprime ocontedo do cilindro, aumentando asua temperatura e presso interna,figura 03. O virabrequim giraoutros 180, completando oprimeiro giro (volta completa -360).

3 TEMPOCurso de Combusto e ExpansoNesta fase produz-se a energia queser transformada em trabalhomecnico. Pouco antes do pistoatingir o PMS com VA e VDfechadas, a mistura ar-combustvel queimada. A energia liberada

4 TEMPOCurso de EscapeCom a VA fechada e a VD aberta,o mbolo, ao deslocar-se do PMIpara o PMS, onde VD se fecha,expulsa os produtos da combusto.O virabrequim executa outra meiavolta - 180, completando o ciclo


22/182

22

nesta combusto d origem a umafora no mbolo, deslocando-o doPMS ao PMI. Esta fora transmitida do mbolo, atravs dabiela, ao virabrequim girando-o(executa meia volta - 180).

(720).

Figura 8 - Os 4 tempos de um motor de combusto.

importante salientar que somente no curso de combusto se produz energiamecnica, os outros trs tempos so passivos, ou seja, absorvem energia.

Figura 9 - Temperatura e Presso no final da Compresso

Motor Dois Tempos

Os motores deste tipo combinam em dois cursos do mbolo as funes dos motoresde quatro tempos, sendo assim, h um curso motor para cada volta do virabrequim.Normalmente estes motores no tm vlvulas, eliminando-se o uso de tuchos, hastes, etc.O carter, que possui dimenses reduzidas, recebe a mistura ar-combustvel e o leo delubrificao. Deve ser cuidadosamente fechado pois nele se d a pr-compresso damistura.


23/182


24/182

24

Motor Wankel

Esse motor, de um modo geral, apresenta as seguintes vantagens relativamente aoscongneres alternativos:

Eliminao dos mecanismos biela-manivela com reduo dos problemas decompensao de foras e momentos, bem como vibratrios;

Menor nmero de peas mveis, o que poder ocasionar construo e manutenomais simples e de menor custo;

Maior concentrao de potncia, logo menor volume e peso.Por outro lado, o motor apresenta problemas, em parte j sanados e em parte ainda

para serem resolvidos. Entre esses problemas, destacamos:

Alta rotao: o primeiro prottipo experimental girava a 17.000 rpm. Atualmente essa

rotao encontra-se na faixa das 4.000 rpm.Problemas de vedao entre pisto e cilindro;Problemas de lubrificao, sendo que estes dois ltimos j foram sanados.

O motor Wankel, consta apenas de cilindro, de duas partes rotativas, rvore comrespectivo excntrico, volantes, massas de compensao e o pisto rotativo, que giraengrenado a um pinho fixo.

Desde os primeiros dias da inveno do motor a gasolina, milhares j foramconstrudos baseados em princpios e ciclos diferentes dos que caracterizaram os motoresclssicos de dois ou quatro tempos. Entre eles, um tipo desenvolveu-se satisfatoriamente,aps anos de estudos e experincias. Trata-se do motor de pisto rotativo ou, como

atualmente conhecido, motor Wankel.O primeiro automvel produzido em srie a utilizar um desses motores foi o carroesporte NSU de dois lugares, que atraiu muito interesse nos crculos automobilsticos porseu tamanho reduzido, suavidade e a espantosa fora desenvolvida por seu motor com miolitro de capacidade - embora isto no seja comparvel com o meio litro de um motor depisto convencional, conforme veremos.

Os princpios essenciais do motor Wankel no so fceis de descrever, mas antes demais nada precisamos contar sua histria.

Figura 11 - Felix WankelEm 1951, Felix Wankel (Figura 11), encarregado do Departamento de Pesquisas

Tcnicas em Lindau, fez os primeiros contatos com os engenheiros da NSU para estudar os


25/182


26/182


27/182

27

Figura 16 - Motor Rotativo de 4 rotores utilizado no Mercedes C-111

O motor Wankel no tem nada de complicado: ao contrrio, tem poucos

componentes, bem menor e consome bem menos do que os outros motores.Entre suas desvantagens incluem-se uma curva de potncia no muito elstica e

problemas em manter uma perfeita vedao entre os cantos do rotor e as paredes da cmara,o que causa algumas dificuldades devido ao rigor das especificaes do projeto e stolerncias mnimas na produo.

Figura 17 - NSU Spider, modelo esportivo de dois lugares com motor rotativo Wankel

No diagrama, a face CA do rotor pode ser vista nas posies 1 e 4, passandogradualmente atravs dos sucessivos estgios da primeira fase - injeo, na qual a misturaexplosiva de ar e gasolina introduzida na cmara.

Voltemos figura e vejamos o lado AB. Ele agora comea a fase que AC tinhaatingido na figura IV - fase de compresso. Esta fase pode ser seguida nas posies 5, 6 e 7.Assim que este ponto atingido, a nica vela de ignio produz centelha, e os gases

de exploso podem ser vistos na posio 8 produzindo a fora para mover o rotor.Nas posies 9 e 10, pode-se ver o lado BC nas fases de exploso e expanso. Nas

posies seguintes (11 e 12), ele expulsa a mistura queimada para fora da cmara deexausto, caracterizando a etapa de exausto do ciclo.


28/182


29/182

29

DESCRIO: WANKEL, MAZDA 13B, 1.3, 2 cilindros-rotores em linha, doisturbocompressores e intercoolers, injeo multiponto, gasolina

CILINDRADA: 1.308 cmPOTNCIA: 255 cv a 6.500 rpmPOTNCIA ESPECFICA: 196,1 cv/lTORQUE: 30 kgfm a 5.000 rpm

COMPRIMENTO: 4.300 mmLARGURA: 1.750 mmALTURA: 1.230 mmPESO: 1.240 kgTRAO: TraseiraCMBIO: Manual de 5 marchasCONFIGURAO: CupFREIOS: Discos ventilados nas quatro rodas

VELOCIDADE MXIMA: 250 km/hACELERAO (0-100 KM/H): 5,3 segundos

Existindo ainda o prottipo de um novo automvel, o Mazda RX 2000 Evolv.

Figura 20 - Mazda RX 2000 Evolv

DESCRIO: WANKEL, MAZDA 13B EVOLUTION, 1.3, 2 cilindros-rotores em linha,dois turbocompressores e intercoolers, injeo multiponto, gasolina

CILINDRADA: 1.308 cmPOTNCIA: 280 cv a 9.000 rpmPOTNCIA ESPECFICA: 215,3 cv/lTORQUE: 21,3 kgf.m a 8.000 rpm

COMPRIMENTO: 4.285 mmLARGURA: 1.760 mm


30/182

30

ALTURA: 1.350 mmPESO: No disponvelTRAO: TraseiraCMBIO: Manual de 6 marchasCONFIGURAO: CupFREIOS: Discos ventilados nas quatro rodas

VELOCIDADE MXIMA: No disponvelACELERAO (0-100 km/h): No disponvel

Motores Conceito

Motor Quasitur bine

Muita potncia, torque uniforme, baixa vibrao, pouco consumo, peso reduzido.Parece plataforma eleitoral, mas so as qualidades proclamadas pelos inventores doQuasiturbine, um motor rotativo com caractersticas inditas que est sendo desenvolvidono Canad.

Criado por um grupo encabeado pelo fsico Gilles Saint-Hilaire, o Quasiturbinerecebeu este estranho nome por funcionar de forma semelhante a uma turbina. As turbinasgeram energia de forma contnua, sem interrupo. Em cada rotao, ou seja, 360 graus, oQT gera energia durante 328 graus. Para comparar, num motor normal, de quatro tempos,

cada pisto gera energia apenas uma vez a cada duas rotaes e, assim mesmo, no mximopor 90 graus.Por ser um motor rotativo, inevitvel comparar o QT com o Wankel, o nico desse

tipo que chegou a ser usado em escala comercial com relativo sucesso, principalmente pelaMazda. O Wankel tem um desenho bem mais complexo: a cada giro de seu rotor, porexemplo, o eixo de transmisso vira trs vezes. E, a cada volta do eixo, h uma exploso,contra quatro do QT que, por isso, oferece uma maior uniformidade de torque. E, emboramenor do que os motores a pisto, o Wankel tambm tem um perodo "morto": a cada voltado rotor, h trs interrupes de 30 graus na gerao de energia.

Como no tem virabrequim, o QT elimina, em boa parte, o problema das vibraes.E, sem necessitar de vlvulas de admisso ou escapamento, tem um nmero de peas

mveis bastante reduzido. Como o torque quase constante, ele dispensa o uso de volantepara armazenagem de energia, o que contribui para a rapidez na acelerao e reduz seupeso. Outra caracterstica importante no necessitar de um crter para leo, o quepossibilita sua montagem em qualquer posio.

Como funciona

O Quasiturbine tem quatro "carruagens", ligadas numa cadeia por um rotor flexvel,que percorrem o contorno interior de um retngulo de cantos arredondados, chamado pelosfabricantes de "ringue de patinao" (Figura 21). As carruagens funcionam comoelementos de vedao para as cmaras formadas entre o rotor e o contorno do


31/182


32/182

32

Figura 23 Partes Mveis do Motor Quasiturbine

Figura 24 O Motor Quasiturbine

Motor A lternativo-Rotativo

Idealizado, batizado como Motor Hbrido e patenteado com n P9701056, por

Antonio Snchez

1

, espanhol, o motor alternativo-rotativo.A clula bsica deste motor consiste em um estator, que abriga um rotor cilndricoque contm, por sua vez, cilindros transversais opostos. Em cada cilindro desloca umpisto conectado a um eixo.

[email protected]


33/182

33

Figura 25 Motor Alternativo-Rotativo

Figura 26 Partes Internas


34/182


35/182

35

Figura 28 Ciclo do Motor Alternativo-Rotativo

Motor de Parafusos Heli coidais

www.motorgabriel.com.br

Inventado e patenteado pelo engenheiro paranaense Gabriel Fernando CarroMacedo (Figura 29) em maio de 1994, a inveno do MCI com utilizao de rotoreshelicoidais para combustveis do tipo gasolina, lcool, GLP, hidrognio, etc., supera osinconvenientes de desgastes prematuros de peas, baixa durabilidade, alto custo operacionale de manuteno dos motores convencionais. O motor constitudo de: (Figura 30 e Figura31)

Figura 29 O engenheiro Gabriel Fernando Carro Macedo


36/182

36

Figura 30 Motor de Parafusos Helicoidais

Figura 31 Motor de Parafusos Helicoidais

onde:cmara de compresso

(1-A) bocal de admisso de ar e combustvelque funciona atravs de carburador ou injeodireta(1-B) de duto de sada de ar e combustvelcomprimidos(1-C) rotor macho(1-D) mancais(1-E) engrenagem

(1-F) engrenagem acionadora(1-G) rotor fmea(1-H) mancais(1-I) engrenagem

(2) cmara de combusto(3) vela de ignio(4) cmara de expanso(4-A) bocal de admisso de gases(4-B) bocal de descarga(4-C) rotor(4-D) mancais(4-E) engrenagem movida(4-F) engrenagem pequena

(4-G) rotor(4-H) mancais(4-I) engrenagem(5) engrenagem livre externa

O princpio de funcionamento do motor baseia-se no funcionamento doscompressores de ar com rotores helicoidais e se d pela seguinte seqncia:

d-se a partida atravs do motor de arranque eltrico acionado por uma bateria,acionando a engrenagem (1-E), o rotor macho (1-C) e a engrenagem (1-F).


37/182


38/182

38

Figura 33 Componentes de um Veculo Hbrido

O modo que armazena a energia eltrica tambm uma das suas caractersticasprincipais e uma das que mais est se trabalhando nos ltimos anos. Devido ao estado datecnologia atual, complicado armazenar grandes quantidades de energia eltrica, sendoque, devido a isso, a fonte principal de energia ser o combustvel que alimenta o motortrmico. O combustvel armazena grande quantidade de energia em um volume pequeno, aqual liberada pela combusto.

O veculo hbrido possui algumas vantagens interessantes, vindas da origem eltricado movimento, como por exemplo:

Frenagem regenerativa, que contribui para minimizar a energia perdida nas frenagenshabituais na conduo do veculo;

Motor eltrico mais pequeno, de acordo com a carga mdia conduzida, j que o este o que suporta os picos de carga como nas aceleraes ou simplesmente no percurso normal;

Grande diminuio do consumo, que pode chegar a 50% do consumo normal de umveculo;

Grande diminuio das emisses, j que o motor trmico trabalha em regimes altamenteeficientes e consome menos combustvel;

Emprego de combustveis alternativos, reduzindo a dependncia dos combustveisfsseis devido a grande variedade de motores trmicos que se pode usar.

Seleo dos ComponentesA seleo dos componentes de um veculo hbrido feita sobre todas as opesviveis, atendendo a configurao escolhida para o automvel. Deve-se definir ascaractersticas, dando-se prioridade para a potncia ou a economia, na hora de escolher aconfigurao e os componentes do veculo.

1 O motor eltrico

O motor eltrico e seu mecanismo de controle uma das peas fundamentais de qualquerveculo hbrido. Deve ser capaz de gerar eletricidade ou de gerar potncia mecnica de


39/182

39

maneira que se ajuste rapidamente as necessidades do veculo de forma que sua eficinciaseja a mais alta possvel.

As duas possibilidades existentes para motores eltricos so: corrente contnua oucorrente alternada.

Motores de Corrente Contnua. So os motores utilizados no passado para asaplicaes de velocidade varivel em motores eltricos. No entanto, graas aos avanos daeletrnica de potncia hoje pode-se utilizar os motores de corrente alternada. O controledos motores de corrente contnua feito de forma fcil e simples e seus controles so muitobaratos. Mas por um outro lado, os motores de corrente contnua so grandes e pesados.

Motores de Corrente Alternada. Este tipo de motor necessita para sua utilizao econtrole em velocidades variveis, instrumentos de eletrnica de potncia que podem variara freqncia da energia que chega ao motor. Devido a isso, os controladores desse tipo demotor, so em geral mais caros que os de corrente contnua mas esse tipo de motor possui avantagem de ser pequeno e rpido.

2 Armazenamento da Energia Eltr ica

Baterias. As baterias constituem o sistema clssico de armazenamento de energia.Nelas ocorrem reaes qumicas reversveis.

Vantagens: A tecnologia de fabricao das baterias uma tecnologia madura, emcomparao com as outras opes.

Desvantagens: As baterias formadas por novas ligas so extremamente caras ecompletamente inviveis para sua comercializao na atualidade. E ainda, a maioria dasbaterias possui um ciclo de vida muito mais curto que o tipo de veculo que necessitamos, o

que necessitaria de uma substituio muito onerosa.

Volantes de Inrcia. Os volantes de inrcia so discos com uma alta massaespecfica nos quais armazena-se energia cintica em forma de rotao. Funcionam comoum rotor de um motor gerando eletricidade pelo uso da energia cintica de rotao. Osdiscos armazenam energia em forma de energia cintica quando se aumenta a velocidade degiro dos mesmos.

Vantagens: Essa forma de armazenar energia e muito eficiente. Alm disso capazde entregar a energia que possui armazenada de forma mais rpida que as baterias.

Desvantagens: Atualmente esses tipos de sistemas tm todavia uma baixa energiaespecfica e existem problemas de segurana devido a possibilidade de que se perca o

controle sobro o disco que permanece girando a altas rotaes. Outros tipos de problemasgerados so os relativos aos efeitos giroscpicos do disco que podem desestabilizar oveculo.

Ultracondensadores. Armazenar a energia por meio de condensadores permiteuma descarga muito rpida da mesma, que o ideal para as mudanas bruscas develocidade.

Vantagens: Os condensadores no possuem partes mveis e, por isso, tem umagrande vida. Alm disso, tm a capacidade de armazenar energia rapidamente, o que fazque sejam o sistema ideal de armazenamento de energia durante as frenagens bruscas eaceleraes.


40/182

40

Desvantagens: Os condensadores tem muito pouca capacidade e a tecnologia paragrandes condensadores se encontra muito pouco avanada.

3 Os motores Trmicos

O motor trmico de um veculo hbrido converte a energia qumica liberada nacombusto de um combustvel em energia cintica que aproveitamos para mover as rodasou para gerar energia eltrica.

Honda I nsight

Honda Insight Web Site(www.hondainsight.com)

A Honda possui uma histria de produzir novas tecnologias, eficientes e de baixasemisses poluidoras. Pode-se recordar o Civic CVCC 1973, que aprovou as normas deemisso da Califrnia, ou o 1,3 Civic CRX 1984, que obteve impressionantes resultadoscom um motor a gasolina.Com o Insight, a Honda se adianta em produzir um veculo com baixssimas emisses,tima eficincia de combusto e mdia potncia.

Figura 34 O Honda Insight

Dados do veculo:

Tipo de veculo Coupe - Trao Dianteira, 3 portas, 2 pessoasConsumo (cidade/estrada) 25,93 / 29,76 km/litroAcelerao (0 a 95 km.h) 11 segTransmisso Manual de 5 velocidadesConstruo Compostos de AlumnioPeso Total 856 kgPreo com Ar-Condicionado US$ 20.080

Em resumo, o Insight um veculo hbrido (gasolina-eltrico) com emisses ultrabaixas, com um rendimento altssimo. Est equipado com um motor de 1.0 litros e ummotor eltrico compacto. O automvel no dever ser ligado ao resto dos automveis


41/182

41

eltricos, porque as baterias so recarregadas ao se frear e pelo motor a gasolina. Suaautonomia pode chegar a 965km com um tanque.

Fuel Cel l Clula de Combustvel[14]

Nos ltimos seis anos, a DaimlerChrysler AG investiu pesado para possibilitar que aclula de combustvel se tornasse custo/compatvel para produo em massa. Vriosobstculos tiveram que ser ultrapassados como barreiras tecnolgicas, financeiras e, a maisimportante delas, a barreira psicolgica do consumidor.

J, h muito tempo que martela-se na tecla dos hbridos, dos EV (veculos eltricos)e fuel cell. A patente, registrada em 1998, pela Ballard Power Systems (canadense) foialardeada nos quatro cantos do planeta. A partir dali, seria possvel reformar (extrair asmolculas de hidrognio dos combustveis e canalizar somente os eltrons) em linha.

Figura 35 Metanol, a vida dos novos propulsores Fuel Cell -abastecimento convencional nos postos de servio.

Uma seqncia lgica comum: o carro abastecido no posto com gasolina, lcool,metanol ou diesel (Figura 35), o combustvel admitido na clula, os eltrons so

canalizados e, acumulados, provocam uma descarga eltrica que alimenta o ou os motoresdo automvel. Naquele momento, qualquer dvida existente quanto s possibilidadescomerciais da clula de combustvel deixaram de existir. Todos acreditam que a clula decombustvel o futuro mais provvel.

Crendo tanto quanto todos os outros fabricantes de automveis, a DaimlerChryslerAG, que tinha no Classe A uma mula (prottipo em fase de desenvolvimento) perfeita paraa adaptao deste tipo de trem de fora, concentrou investimentos no desenvolvimentodesta tecnologia, atualmente, seis anos mais tarde, somando mais de dois bilhes de marcosalemes (1,3 bilhes de dlares).

A evoluo comeou a transparecer quando surgiram os conceitos NECAR (NovoCarro Eltrico) 3 e 4. A quantidade de platina necessria produo da pea chave do


42/182

42

reformador, a PEM (membrana que permite a troca de eltrons), caiu drasticamente,permitindo que um conjunto (PEM) capaz de produzir 35 kW (aproximadamente 50 Hp)pudesse ser construdo por apenas 3 mil dlares. Nada mau se comparado aos 35-40 mildlares necessrios at aquela data.

Porm, a clula de combustvel no apresenta dificuldades apenas quanto ao custodas PEM, a reformao do combustvel deve acontecer a uma temperatura muito baixa, deforma a otimizar ao mximo o processo de obteno de energia eltrica. Esse obstculo,antes muito mais expressivo, vem sendo transposto e a temperatura de trabalho subindo hoje em menos 20 graus centgrados minimizando o peso do prprio veculo, outragrande barreira.

Reduzir o peso dos conjuntos propulsores, tem sido, ultimamente, o maior desafiodos pesquisadores e fabricantes. A questo se compe de: obter uma relao peso/potnciafavorvel e evitar ao mximo a reduo de peso calcada em materiais super caros, como:titnio, magnsio, compostos de alumnio, cermicas e polmeros como o nylon Zytel daDupon, altamente resistente e quase indeformvel utilizado na grande maioria doscoletores de admisso dos motores novos.

Ento, chegou o NECAR 5 (Figura 36), como o prprio nome diz: a quinta versoNECAR. Nesta verso, a novidade que todo o trem de fora pode se alojado sob oassoalho (sanduche) do Classe A, permitindo que todo o espao, tanto para os passageirosquanto para bagagem pudesse ser mantido. Outra vantagem sobre a verso 4, que, agora,o conjunto propulsor pesa menos 35% e mais eficiente 50% - uma reviravolta na relaopeso/potncia.

Figura 36 NECAR 5 - A ltima verso do conceito Fuel Cell DaimlerChrysler.

Nas condies atuais, afirmam os responsveis pelo projeto e o prprio Jrgen E.Schrempp CEO da DaimlerChrysler AG , o NECAR 5 poder rodar entre 500-600 kmcom os 50 litros de metanol que podem ser armazenados num tanque comum do Classe A.


43/182


44/182

44

O ciclo de Carnot no pode ser objeto de nenhuma realizao na prtica. Pode serdescrito teoricamente da seguinte maneira:

Primeira fase: compresso isotrmicauma massa gasosa introduzida no cilindro e depois comprimida pelo pisto

temperatura constante, sendo o cilindro esfriado durante esta fase.

Segunda fase: compresso adiabticaSendo interrompido o resfriamento do cilindro, continua-se a compresso

rapidamente de modo que nenhuma troca de calor tenha lugar entre o gs e o cilindro.

Terceira fase: expanso isotrmicaAo passo que, durante a compresso isotrmica o cilindro deve ser resfriado,

durante a expanso isotrmica, este mesmo cilindro exige aquecimento para tornar atemperatura constante.

Quarta fase: expanso adiabticaContinuando o repouso, faz-se cessar o reaquecimento do cilindro para que essa fase

se efetue sem troca de calor com o cilindro e que a massa gasosa retome o volume e apresso que possua no incio da primeira fase

Figura 38 - Diagrama do Ciclo de Carnot

O rendimento de um ciclo de Carnot depende somente das temperaturas nas quais ocalor fornecido ou rejeitado, dado pela relao:

tL

H

T

T

T

T

T

T= = = 1 1 14

1

3

2

O rendimento tambm pode ser expresso pela relao de presso ou taxa decompresso, durante os processos isoentrpicos:

taxa de presso isoentrpica( )

rP

P

P

P

T

Tps

kk

= = =

1

4

2

3

3

2

1


45/182

45

taxa de compresso isoentrpica( )

rV

V

V

V

T

Tvsk

= = =

4

1

3

2

3

2

11

Portanto: ( )t psk k

vskr r= = 1 11 1

Ciclos de Otto e Diesel

Nos dois processos que ocorrem nos Motores de Combusto Interna Alternativos dedois e quatro tempos, podemos ainda incluir uma subdiviso:

1) MCI trabalhando a quatro tempos:

a) Ciclo Otto;

b) Ciclo Diesel.

2) MCI trabalhando a dois tempos:

a) Ciclo Otto;

b) Ciclo Diesel.

Ciclo Otto(Volume Constante)

Em 1862, Beau de Rochas enunciou o ciclo de quatro tempos que, primeiramente,o alemo Otto aplicara a um motor trmico, de onde surgiu em algumas obras a designaode Ciclo Otto. Teoricamente, o ciclo enuncia-se da seguinte maneira: o enchimento docilindro efetua-se com a presso atmosfrica, pois que:

AB = Compresso adiabtica;BC = Elevao brutal da presso em volume constante;CD = Expanso adiabtica;

DA = Baixa brutal de presso em volume constante.

O esvaziamento do cilindro se efetua em presso atmosfrica.

Primeira fase: compresso adiabticaEfetuada de maneira adiabtica, a compresso leva os gases a uma certa

temperatura, contudo insuficiente para provocar a inflamao.

Segunda fase: transformao isovolumtrica


46/182

46

Introduz-se uma fonte quente destinada a elevar instantaneamente a presso dosgases (fasca eltrica) sem que o pisto tenha tempo de deslocar-se durante essatransformao de volume constante.

Terceira fase: expanso adiabticaTerminada a inflamao, a massa gasosa distende-se de maneira adiabtica e o fim

dessa distenso corresponde a uma baixa sensvel de presso.

Quarta fase: expanso isocricaA abertura do escapamento provoca uma baixa brutal de presso que leva o interiordo cilindro presso atmosfrica enquanto o pisto bascular em ponto morto(volume constante).

Na Figura 39, observa-se os diagramas terico e real do ciclo em questo. Observe-se que o ciclo real sensivelmente diferente.

Figura 39 - Diagramas do ciclo de Beau de Rochas.A) diagrama terico B) diagrama real.

O ciclo se aproxima do motor de combusto interna de ignio por centelha.Determina-se o rendimento trmico desse ciclo como se segue, admitindo-se constante ocalor especfico do ar:

( )tH L

H

A

Bv

k

vk

Q Q

Q

T

Tr

r=

= = = 1 1 1

111

Ciclo Quatro Tempos, Ciclo OttoO ciclo segue os tempos indicados anteriormente sendo que, no 1 tempo, admite-se

uma mistura ar-combustvel. A combusto iniciada por uma centelha (spark), gerada nointerior do cilindro por uma vela (spark plug). A mistura ar-combustvel, que feita pelocarburador ou pela injeo eletrnica, preparara aproximadamente nas seguintespropores:

14,8:1 - 14,8 partes de ar para 1 parte de gasolina9,0:1 - 9,0 partes de ar para 1 parte de lcool


47/182

47

A mistura entra no cilindro presso atmosfrica e comprimida pelo cilindro. Nosmotores a gasolina, a taxa de compresso , aproximadamente, de 9:1 e, nos a lcool, 12:1.

Ciclo Dois Tempos, Ciclo Otto

So utilizados principalmente em veculos motores de duas rodas, motocicletas.So motores mais simples e leves, possuem cerca de 70 a 90% de potncia a mais do queum motor de quatro tempos de mesma cilindrada. Em contrapartida so mais poluentes(devido queima de leo lubrificante que misturado ao combustvel no carter durante apr-compresso).

Ciclo de Diesel

(Volume Constante)

Quando Diesel se interessou pelo motor trmico, procurou realizar industrialmenteum motor concebido segundo o ciclo de Sadi Carnot. Sabe-se que a realizao desteprimeiro motor manifestou-se impossvel. Diesel abandonou este ciclo, devido aos perigosque o mesmo apresentava pela compresso elevada demais (250kg); substituiu-o por umciclo mais simples, conhecido como o nome de ciclo Diesel, cujo detalhe d-se emseguida.

Figura 40 - Diagramas do ciclo de Rudolf Diesel.A) diagrama terico B) diagrama real.

O enchimento e o esvaziamento do cilindro efetua-se com a presso atmosfrica,pois que:

AB = compresso adiabtica do ar puro aspirado antes;BC = combusto em presso constante;CD = expanso adiabtica;DA = baixa brutal da presso.

Primeira fase: compresso adiabtica


48/182

48

O ar puro aspirado anteriormente comprimido e atinge uma temperatura suficientepara provocar a inflamao do combustvel injetado.

Segunda fase: compresso isobricaNo comeo da distenso, a combusto efetua-se em presso constante, quando ovolume aumenta e a expanso dos gases compensa a queda de presso devida aoaumento de volume.

Terceira fase: expanso adiabticaA expanso efetua-se sem troca de calor com as paredes do cilindro.

Quarta fase: baixa de presso A abertura brutal do escapamento produz uma queda rpida da presso enquanto opisto bscula em ponto morto (volume constante).

O ciclo Diesel aplica-se aos motores lentos estudados para a propulso dos barcos.Dificilmente realizvel em um motor de regime elevado, carros leves e veculos industriais,os engenheiros que continuaram o trabalho de Diesel o substituram por um motor de ciclomisto cujo funcionamento relaciona-se ao mesmo tempo com o ciclo Diesel e com o deBeau de Rochas (Otto).

O rendimento do ciclo Diesel dado pela relao:

( )( )

( )( )

tL

H

v D A

p C B

A D A

B C B

Q

Q

C T T

C T T

T T T

kT T T= =

=

1 1 11

1

importante notar que, no ciclo Diesel, a razo de compresso isoentrpica maiordo que a razo de expanso isoentrpica.

Ciclo Quatro Tempos, Ciclo Diesel

O engenheiro Rudolf Diesel (1858-1913), em fevereiro de 1892 publicou em Berlimum fascculo intitulado Teoria e construo de um motor trmico racional onde expunhasuas idias para a realizao prtica do ciclo de Carnot. Ainda na Alemanha, comea aconstruo do seu primeiro motor em Ausburgo. Em 1897, utilizando um j melhorado(monocilndrico, dimetro de 250mm, curso de 400mm e consumo de 247g de combustvel

por cavalo e por hora), desenvolve 20HP a 172rpm e rendimento trmico de 26,2% (osmotores a gasolina rendiam 20% e os a vapor 10%).O motor desenvolvido, trabalhando a quatro tempos, possui basicamente duas

grandes diferenas de um motor a gasolina:

O motor aspira e comprime apenas ar.Um sistema de injeo dosa, distribui e pulveriza o combustvel em direo dos

cilindros. O combustvel inflama-se ao entrar em contato com o ar, fortemente aquecidopela compresso. Utiliza taxa de compresso de, aproximadamente 19:1.


49/182

49

Ciclo Dois Tempos, Ciclo Di esel

O motor Diesel a dois tempos no trabalha com uma pr-compresso no carter. Ele

tem carregamento forado por meio de um compressor volumtrico (rotativo) ou de umaventoinha. Possui tambm um sistema de lubrificao semelhante aos motores de quatrotempos, isto , leva leo no carter e possui bomba de leo, filtro, etc. V-se, na Figura 88,um exemplo de motor Diesel dois tempos.

Estando os orifcios deescapamento e de admisso

fechados pelo pisto, que estaproximando-se do ponto morto

superior, o combustvel injetadono cilindro e a combusto comea.

As presses elevadas, geradas pelacombusto no tempo motor

repelem em sentido oposto o pisto,que age na biela fazendo o

virabrequim girar.

No fim do tempo motor, a posiodo pisto permite a abertura do

orifcio de escapamento. A sadafoi estudada de modo a garantir a

evacuao rpida dos gasesqueimados no coletor de

escapamento.

Imediatamente depois, o orifcio deadmisso descoberto e o ar

contido na cmara de ar alimentadapelo compressor em baixa pressoentra precipitadamente no cilindro,

expelindo os gases queimadosresiduais pelos orifcios de

escapamento.Figura 41 - Esquema de funcionamento do Motor Diesel 2 tempos.


50/182

50

Vantagens: O motor de dois tempos, com o mesmo dimensionamento e rpm, duma maior potncia que o motor de quatro tempos e o torque mais uniforme. Faltam osrgos de distribuio dos cilindros, substitudos pelos pistes, combinados com as fendasde escape e combusto, assim como as de carga.

Desvantagens: Alm das bombas especiais de exausto e de carga, com menorpoder calorfico e consumo de combustvel relativamente elevado; carga calorficaconsideravelmente mais elevada que num motor de quatro tempos, de igualdimensionamento.

SO = fendas de exausto abertas; SS =

fendas fechadas. De AO a SOexpandem-se os gases de combusto;de AS at SS carga posterior ( vezes aalta presso). Pode-se tomar comovalores mdios para os pontos dedistribuio: AO ~ 70 antes do PMI;AS 30 depois do PMI; SO = 40antes do PMI; SS ~ 40 depois do PMI.EB = incio da injeo; EE = fim dainjeo.

Figura 42 - Grfico de presses em um motor Diesel de dois tempos com vlvulade admisso no cabeote e fendas de exausto por fluxo contnuo.

Ciclo Misto

O ciclo misto aplica-se aos motores Diesel modernos. A Figura 90, que segue,mostra os diagramas terico e real.

Figura 43 - Diagramas do ciclo Misto.A) diagrama terico B) diagrama real.


51/182

51

O ciclo misto terico enuncia-se: o enchimento e o escapamento efetua-se pressoatmosfrica.

AB = compresso adiabticaBC = combusto isovolumtrica (isocrica);CD = expanso isobrica;DE = expanso adiabtica;EA = queda rpida na presso.

A comparao dos diagramas mostra bem que esses dois ciclos se assemelham noplano prtico; que na realidade o motor a gasolina no completamente de pressovarivel e de volume constante, mas se aproxima do ciclo misto porque a exploso dosgases apenas uma combusto rpida, mas no instantnea

Principais Componentes dos MCI

Os principais componentes de um MCI so colocados em seguida:

# peas fixasbloco do motor cylinder crankcasecabeote headcrter crankcase

# peas mveispisto (mbolo) pistonbiela connecting rodrvore de manivelas (virabrequim) camshaftvlvulas de admisso e escape intake and exaust valvesrvore de comando de vlvulas camshaft

Bloco do Motor

o motor propriamente dito, onde so usinados os cilindros ou os furos para acolocao destes; os motores arrefecidos a ar levam cilindros aletados, possuindo,geralmente, bloco baixo permitindo que os cilindros fiquem expostos circulao do ar dearrefecimento.

Na parte inferior do bloco esto os alojamentos dos mancais centrais, onde se apiao eixo de manivelas (virabrequim). Nos motores horizontais (e.g., do fusca), de cilindrosopostos, o eixo de manivelas acha-se no centro do bloco, este, por sua vez, composto deduas partes justapostas, afixadas por parafusos. Figura 44.


52/182

52

Cabeote

uma espcie de tampa do motor contra a qual o pisto comprime a mistura, nocaso do ciclo Otto, ou o ar, no caso do Diesel. Geralmente possui furos com roscas

onde so instaladas as velas de ignio ou os bicos injetores e onde esto instaladas asvlvulas de admisso e escape com os respectivos dutos. Figura 45.

Carter

Parte inferior do bloco, cobrindo os componentes inferiores do motor, e ondeest depositado o leo lubrificante.

Figura 44 - Bloco do Motor

Pisto

a parte mvel da cmara de combusto, recebe a fora de expanso dos gasesqueimados, transmitido-a biela, por intermdio de um pino de ao (pino do pisto). em geral fabricado em liga de alumnio. Figura 93.

Figura 45 - Cabeote


53/182

53

Biela

Brao de ligao entre o pisto e o eixo de manivelas; recebe o impulso dopisto, transmitindo-o ao eixo de manivelas (virabrequim). importante salientar que oconjunto biela-virabrequim transforma o movimento retilneo do pisto em movimentorotativo do virabrequim. Figura 46.

Virabrequim

(Eixo de manivelas, rvore de manivelas)Eixo motor propriamente dito, o qual, na maioria das vezes, instalado na parte

inferior do bloco, recebendo ainda as bielas que lhe imprimem movimento. Figura 94.

Eixo Comando de Vlvul as

(rvore Comando da Distribuio)

A funo deste eixo abrir as vlvulas de admisso e escape, respectivamente,nos tempos de admisso e escapamento. acionado pelo eixo de manivelas, atravs deengrenagem, corrente ou ainda, correia dentada. dotado de ressaltos que elevam oconjunto: tucho, haste, balancim abrindo as vlvulas no momento oportuno. Figura 46.

Figura 46 Biela, Pisto e Bronzinas

Vlvulas

Existem dois tipos: de admisso e de escape. A primeira abre-se para permitir aentrada da mistura combustvel/ar (ou ar puro, conforme o caso) no interior do cilindro.A outra, de escape, abre-se para dar sada aos gases queimados. Figura 94.


54/182

54

Conj unto de Acionamento das Vlvulas

Compreende o tucho e uma haste, que o interliga ao balancim, apoiando-sediretamente sobre a vlvula. No momento em que o eixo comando de vlvulas gira, oressalto deste aciona o tucho, que por sua vez move a haste, fazendo com que obalancim transmita o movimento vlvula, abrindo-a. H um conjunto destes (tucho,haste, balancim) para cada ressalto, i. e., um para cada vlvula, tanto de admissoquanto de escape. Figura 47.

Figura 47 - Eixos, tuchos e vlvulas

Combustveis

Diesel

Motores precisam, para a auto-ignio e queima perfeita, de combustveis de altoponto de ignio. A pr-combusto a tendncia do combustvel auto-ignio quandoda injeo, no motor Diesel, e caracterstica importante para o desempenho docombustvel, neste tipo de motor; medida pelo ndice de cetana.

O leo Diesel uma mistura de hidrocarbonetos com ponto de ebulio entre200 e 360C, obtido por destilao do petrleo por hidrogenao, sntese, ou


55/182

55

craqueamento cataltico a baixas temperaturas. Tem poder calorfico mdio (ou calor decombusto) de 11.000 kcal/kg.

O leo Diesel comum, ou comercial, utilizado universalmente, embora atendaaos requisitos bsicos em termos de caractersticas fsicas e qumicas, requer cuidadosquanto ao manejo e utilizao. A gua, presente, em maior ou menor concentrao, oprincipal contaminante e deve sempre ser removida, por centrifugao ou filtragemespecial com decantadores. Como os componentes das bombas e bicos injetores soconstrudos com folgas adequadas lubrificao pelo prprio leo Diesel, a presena degua os danifica imediatamente. Alm de gua, todo leo Diesel tem um certo teor deenxofre, que no pode ser removido, do qual resulta, aps a combusto, compostosnocivos sade.

So as seguintes as caractersticas e especificaes para o leo Diesel adequado:

PROPRIEDADE ESPECIFICAO MTODO DE TESTE EM LABORATRIO

Viscosidade ASTM D-445 1,3 a 5,8 CentiStoke a 40CNmero de

CetanaASTM D-613

No mnimo 40, exceto em clima frio e servioem marcha lenta por perodos prolongados,quando ser necessrio numero mais elevado.

Teor de EnxofreASTM D-129

ou 1552No deve exceder a 1,0% em peso.

Teor de gua esedimentos

ASTM D-1796 No deve exceder a 0,1% em peso.

Resduos decarbono

ASTM D524ou D-189

No deve exceder a 0,25% em peso em 10% deresduos.

Ponto de fulgorASTM D-93

52C (125F) mnimo. Algumas sociedadesclassificadoras exigem ponto de fulgor maiselevado.

Ponto de Nvoa ASTM D-9712C abaixo da temperatura esperada deoperao.

Corroso porenxofre ativo

sobre lmina decobre

ASTM D- 130 No deve exceder o n 2 aps 3 horas a 50C.

Teor de cinzas ASTM D-482 No deve exceder a 0,02% em peso.

Destilao ASTM D-86

A curva de destilao deve ser suave e contnua.

98% do combustvel deve evaporar abaixo de360C. Todo o combustvel deve evaporarabaixo de 385C.

Os hidrocarbonetos no carburados (perdas na exausto e por vazamentos nasvedaes dos pistes), o formaldedo (reao parcial da mistura de combustvel e ar), omonxido de carbono, os xidos ntricos (reao do ar com presso e temperaturaselevadas) e todos os componentes de mau cheiro como a fuligem podem causarproblemas. A importncia dos componentes carcingenos e txicos nos gases deescapamento preocupao no mundo inteiro e vem sendo objeto de padres e normas

para a proteo ambiental.


56/182

56

Energia Trmica do CombustvelA energia trmica liberada na combusto no totalmente aproveitada para a

realizao de trabalho pelo motor. Na realidade, a maior parcela da energia desperdiada de vrias formas. Motores Diesel de grande porte e baixa rotao temmelhor aproveitamento da energia obtida na combusto. O calor gerado pelo poder

calorfico do leo Diesel se dispersa e apenas uma parcela transformada em potnciatil. Para os motores Diesel de pequeno porte e alta rotao, em mdia, o rendimentotrmico se situa entre 36 e 40%, o que para mquinas trmicas, considerado alto.Abaixo vemos um diagrama de fluxo trmico para um motor Diesel de grandecilindrada (diagrama Sankey), onde se pode ter uma idia de como o calor aproveitado.

Figura 48 - Diagrama de fluxo trmico de um motorDiesel de grande cilindrada com turbocompressor

acionado pelos gases de escape e refrigeraoforada.

Na figura acima, o calor aduzido de 1508 kcal/cv.h com pe=8 kp/cm. V-seque 41,5% do calor transformado em potncia til, 22,4% trocado com a gua derefrigerao e 36,1% sai com os gases de escape.

Relao Ar-CombustvelPara a combusto completa de cada partcula de combustvel, requer-se, da

mistura, de acordo sua composio qumica, uma determinada quantidade de oxignio,ou seja, de ar: o ar terico necessrio, Armin. A falta de ar (mistura rica) produz, emgeral, um consumo demasiado alto de combustvel, e formao de CO (monxido decarbono) ou fuligem.

A combusto, nos motores, exige um excesso de ar. Se se estabelece a relaoentre a quantidade real de ar Arreal e a terica, Ar min, tem-se a relao = (Ar real /

Armin), que no motor Otto, fica entre 0,9 e 1,3. No motor Diesel a plena carga,


57/182

57

normalmente, no inferior a 1,3 e com o aumento da carga pode subir bastante.Depende da qualidade da mistura, do combustvel, da forma da cmara de combusto,do estado trmico (carga) e de outras circunstncias. A quantidade de ar terico, Armin,pode ser calculada em funo da composio qumica do combustvel. Os filtros de ar,tubulaes, passagens e turbo-alimentador so dimensionados em funo da quantidade

de ar necessria combusto e devem ser mantidos livres e desobstrudos, a fim de nocomprometer o funcionamento do motor.

Gases de Escape - Emi sses

O processo de combusto uma reao qumica de oxidao que se processa emaltas temperaturas.

Nos motores em geral, o processo de combusto oxida uma parcela doscomponentes que so admitidos no interior do cilindro. O combustvel, principalmente

os derivados de petrleo, , na realidade uma mistura de hidrocarbonetos que contmtambm outros materiais, tais como enxofre, vandio, sdio, potssio, etc. Por outrolado, o ar, utilizado como comburente, uma mistura de gases diversos, como sabemos.O oxignio contido no ar o que realmente interessa ao processo de combusto. Osdemais gases, como o nitrognio, ao se combinarem com alguns outros componentes docombustvel, podem produzir compostos indesejveis, os quais so lanados naatmosfera, misturando-se ao ar que respiramos. Alguns desses compostos, como o SO2,so prejudiciais e atualmente so objeto de preocupao mundial. As organizaesinternacionais, como a EPA, nos Estados Unidos, o CONAMA, do Brasil e outrasentidades, vem estabelecendo padres para controle dos nveis de emisses dessespoluentes e, se considerarmos os milhes de motores que existem no planeta, emitindo

milhes de toneladas desses produtos diariamente, veremos que, realmente, existemmotivos para preocupaes.

Para os automveis, na Europa j obrigatrio o uso de catalisadores e no Brasilessa obrigao ser estabelecida em futuro prximo. Os DETRAN j esto equipadoscom os equipamentos de medio de emisses e, a partir do prximo ano, no maissero licenciados veculos com altos nveis de emisses. Os motores Diesel produzidosatualmente necessitam atender a limites estabelecidos em normas internacionais, sendoesses limites, periodicamente, reduzidos a fim de obrigar os fabricantes adesenvolverem motores capazes de produzirem potncia com o mximo aproveitamentodo combustvel e o mnimo de emisses. Como ilustrao, vide abaixo tabela de

emisses de um motor Diesel novo, em boas condies de operao e aprovado emtestes de emisses:


58/182


59/182


60/182

60

superfcies de permutao, o que resulta em maior consumo especfico de combustvele, atualmente, um processo pouco utilizado nos motores modernos.

Antecmara no cabeote de um motorDiesel de 4 tempos. A parte inferior daantecmara a quente, porque seencontra separada das paredesrefrigeradas pelo entreferro.Descontinuidade da presso naantecmara e insuflao na parteprincipal da cmara de combustomediante um canal injetor. b= tubulaode combustvel; c= ignio auxiliar parapartidas a frio; d = passagem da gua de

refrigerao para o cabeote.

Antecmara tipo esfrica. A cmara de turbulnciaa contm quase toda a carga de ar que, no percursode compresso, penetra tangencialmente pelo canalb comeando um movimento circular; c =tubulao de combustvel.

Figura 49 Tipos de Injeo Indireta

Injeo direta: O combustvel injetado diretamente sobre a cabea do pistomediante um bico injetor, com um ou vrios pequenos furos (dimetros de 0,1 a 0,3mm) direcionados segundo um ngulo apropriado. Funciona com presses muitoelevadas (at 400 at) para conseguir uma pulverizao muito fina e uma distribuioadequada do combustvel no ar de carburao. O jato nico forma uma neblinacomposta de gotas minsculas que costuma se inflamar em primeiro lugar naproximidade de entrada. A formao da mistura acelerada e melhorada quando o ar decarburao executa um movimento rpido em relao nvoa do combustvel. Com isto

o movimento circular e turbulento do ar se produz de vrias formas j com o processode suco ou com a compresso. A maioria dos motores modernos utilizam o processode injeo direta de combustvel, em virtude do seu melhor rendimento trmico.


61/182

61

Figura 50 Processos de injeo direta. a = injeo diretano ar parado (Cummins); b = jato sobre a cabea do pisto

com cmara de mistura trmica (processo MAN-M).

Componentes do Sistema de InjeoBomba injetora: A injeo do combustvel Diesel controlada por uma bomba de

pistes responsvel pela presso e dosagem para cada cilindro, nos tempos corretos.Na maioria dos motores Diesel, utiliza-se uma bomba em linha dotada de um pistopara cada cilindro e acionada por uma rvore de cames que impulsiona o combustvelquando o mbolo motor (pisto) atinge o ponto de incio de injeo, no final do tempode compresso. Alguns motores utilizam bombas individuais para cada cilindro e houtros que utilizam uma bomba de presso e vazo variveis, fazendo a injeo

diretamente pelo bico injetor acionado pela rvore de comando de vlvulas. H aindaaqueles que utilizam bombas rotativas, que distribuem o combustvel para os cilindrosnum processo semelhante ao do distribuidor de corrente para as velas utilizado nosmotores de automveis.

As bombas injetoras, rotativas ou em linha, para que funcionem, so instaladasno motor sincronizadas com os movimentos da rvore de manivelas. Ao processo deinstalao da bomba injetora no motor d-se o nome de calagem da bomba. Cadafabricante de motor adota, segundo o projeto de cada modelo que produz, um processopara a calagem da bomba injetora. Na maioria dos casos, a coincidncia de marcas

existentes na engrenagem de acionamento da bomba com as marcas existentes naengrenagem acionadora suficiente para que a bomba funcione corretamente. Emqualquer caso, porm, absolutamente necessrio consultar a documentao tcnicafornecida pelo fabricante, sempre que se for instalar uma bomba injetora, pois osprocedimentos so diferentes para cada caso.


62/182

62

a= mbolo da bomba(pisto);b= eixo de cames;

c= cmara aspirante;d= vlvula de presso;e= cilindro da bomba;f= luva de regulao comcoroa dentada g;h= cremalheira deregulao.

a= seo transversal dabomba

Figura 51 Bomba injetora em linha com regulao de arestachanfrada (Bosch).

Posies1 = mbolo da bomba ano ponto morto inferior;2 = com movimento de apara cima fecha-se o furo de afluxo i;3 = com o prolongamento do movimento para cima o ressalto de acionamentokabre o furo de refluxo l;

4 = diminuio do volume de fluxo girando o mbolo da bomba amediante acremalheira de regulao h e a luva de regulao f; esta tem, em sua parteinferior, uma fenda longitudinal na qual penetra uma pea transversal de a;5 = volume zero

Figura 52 Posies dos pistes de 1 a 5 para a regulao da quantidade injetadapara a Bomba Injetora (Bosch).


63/182

63

Figura 53 Bomba Injetora BOSCH em linha com bomba alimentadora.


64/182


65/182


66/182

66

a = crter de leo, b = pescadorcom filtro de tela; c = bomba; d =linha de presso; e = vlvula paralimitao da presso; f = filtro defluxo total; g = linha de derivao

(bypass para o filtro auxiliar); h=indicador de presso ou comutadorde segurana; i= trocador de calor ek= linha para o motor.

Figura 57 Sistema de lubrificao:

1. Bomba de leo2. Para o arrefecedor de leo3. Saindo do arrefecedor de leo

4. Bico pulverizador de arrefecimentodo pisto5. Galeria principal de leo6. Buchas da rvore de comando7. Lubrificao para a parte superior

do motor8. Mancais principais9. Passagem para lubrificao das

bielas10. Linha sinalizadora da presso do

leo na galeria principal.Figura 58 Sistema de Lubrificao do motor Cummins Srie N/NT/NTA-855.

Filtros

Os filtros, na maioria dos casos, so do tipo cartucho de papel descartvel edevem ser substitudos a cada troca do leo lubrificante, nos perodos recomendadospelo fabricante do motor. Atualmente, o tipo mais utilizado o spin-on, atarrachante.O filtro de fluxo integral dotado de uma vlvula acionada por presso diferencial que,em caso de entupimento do elemento, abre-se, deixando circular o leo sem filtrar, nopermitindo que o motor trabalhe sem circulao de lubrificante. Nem sempre vantajoso utilizar o elemento de filtro mais barato. Aparentemente, todos os elementosde filtro disponveis no mercado (e so muitos) so iguais. Entretanto, h diferenasimperceptveis que devem ser consideradas. Como no possvel, para o consumidorfazer testes de qualidade dos filtros aplicados nos motores que utiliza, recomendvelque se adquiram somente elementos de filtro que sejam homologados pelos fabricantesde motores, os quais j efetuarem os testes de qualidade apropriados. So conhecidoscomo marcas de primeira linha e, em geral, equipam motores que saem da linha demontagem.


67/182

67

Trocador de CalorO trocador de calor (ou radiador de leo) tem a finalidade de transferir calor do

leo lubrificante, cuja temperatura no pode ser superior a 130C, para o meiorefrigerante utilizado no motor. Nos motores refrigerados a ar o trocador de calor instalado na corrente de ar. A transferncia de calor para o refrigerante de

aproximadamente 50 kcal / cv.h para os motores refrigerados a gua e de 100 kcal / cv.hnos motores com refrigerao a ar.

leo Lubr i fi canteO leo lubrificante est para o motor assim como o sangue est para o homem.

Graas ao desenvolvimento da tecnologia de produo de lubrificantes, possvel,atualmente, triplicar a vida til dos motores pela simples utilizao do lubrificanteadequado para o tipo de servio. Os leos lubrificantes disponveis no mercado soclassificados primeiro, pela classe de viscosidade SAE (Society Of AutomotiveEngineers) e a seguir, pela classe de potncia API (American Petroleum Institute).

A caracterstica mais importante do leo lubrificante a sua viscosidade, que aresistncia interna oferecida pelas molculas de uma camada, quando esta deslocadaem relao a outra; o resultado de um atrito interno do prprio lubrificante. Existemvrios aparelhos para medir a viscosidade. Para os leos lubrificantes utilizados emmotores, adotado o Viscosmetro Saybolt Universal.

O sistema Saybolt Universal consiste em medir o tempo, em segundos, doescoamento de 60 ml de leo, determinada temperatura. A indicao da viscosidade em SSU (Segundos Saybolt Universal). As temperaturas padronizadas para o teste so

70, 100, 130 ou 210F, que correspondem, respectivamente, a 21,1C, 37,8C,54,4C e 89,9C. Em essncia, consiste de um tubo de 12,25 mm de comprimento edimetro de 1,77 mm, por onde deve escoar os 60 ml de leo.

Classif icaesA SAE estabeleceu a sua classificao para leos de crter de motor segundo a

tabela:

N VISCOSIDADE

SAE SSU a 0 F SSU a 210 FMnim

oMxim

oMnim

oMxim

o

5 w - 4.000 - -10 w 6.000 1 Pobre Ar< 1 Rica Combustvel= 1 ideal No h

Relao ar combustvel realFator Lambda =

Razo ar combustvel estequiomtrica

Na prtica, os motores a gasolina ou lcool atuam melhor com misturas prximas alambda=1. Quando necessria mxima potncia, a mistura admitida dever ser ricalambda


114/182

114

Figura 92 Concentrao de Gases x Fator Lambda

Sensor de Detonao (KS)

O sensor de detonao montado na parte inferior do bloco do motor, no lado docoletor de escapamento (Figura 93). O sensor envia um sinal Unidade de Comando paraindicar que existe detonao. O motor regulado para funcionar com o mximo desempenhoe economia de combustvel e ao mesmo tempo, permitir que o ponto de ignio seja atrasadonas condies extremas, quando h detonao. Isso impede danos graves ao motor.

Um Filtro de Processamento (SNEF) processa o sinal enviado pelo sensor dedetonao e retorna a unidade de comando um sinal para ajuste do ponto eletrnico da ignio(EST).

Figura 93 Sensor de Detonao

O sistema MULTEC B2/MPFI est equipado com um mecanismo de controleeletrnico de avano de ignio. Este sistema est composto de sensor de detonao (KS) ede um SNEF do sinal do sensor de detonao.

A funo do mdulo SNEF filtrar os sinais no desejados emitidos pelo sensor dedetonao. Os sinais no desejados que passam pela unidade de comando, tais como rudos e


115/182

115

vibraes, normais do funcionamento do motor, podem resultar em atraso da ignio.Suportes soltos, parafusos de montagem, etc., podem constituir uma fonte de falsos sinais dedetonao, que resultam em atraso da ignio.

A detonao ocorre logo aps o PMS (ponto morto superior do motor) e duraaproximadamente 3 a 5 milisegundos. Portanto, supe-se que o SNEF produza sinais

verdadeiros de detonao somente durante aquele perodo. Qualquer outro pulso gerado entreum perodo e outro causado portanto, por rudos do motor. Para rejeitar esses pulsos usada uma janela.

A janela definida por um ngulo inicial e um final, relativo ao sinal do PMS. Operodo de demora entre a ocorrncia da detonao e o surgimento de uma indicao dedetonao deve ser considerado quando da definio dos limites da janela de detonao.

Este perodo de demora causado principalmente pelo tempo de propagao do sinaldo sensor de detonao e pelo filtro SNEF. Uma detonao que ocorreu a 10 graus APMSgerar um sinal de detonao a 15 graus DPMS (aps o ponto morto superior) a 1000rpm; e a50 graus DPMS a 5000rpm.

Quando o sensor detecta detonao, a unidade de comando atrasa a ignio a um nvel

seguro e a seguir avana a ignio progressivamente, at que a detonao seja novamentedetectada e o ciclo seja repetido. O sensor de detonao produz uma sada de tenso alternadaque aumenta conforme a severidade da detonao.

Durante os diversos regimes de funcionamento dos motores, podem ocorrercombustes aleatrias popularmente denominadas batidas de pinos ou detonaes.

Essas detonaes, do origem a vibraes mecnicas dentro da cmara de combustoas quais so prejudiciais ao rendimento e a vida til do motor.

O sensor de detonao - KS est normalmente parafusado no bloco do motor e temcomo elemento sensor um cristal piezo-eltrico. Esse material quando submetido adeformaes mecnicas, gera tenses eltricas (volts -VAC) em sua superfcie.

Dessa forma, o sensor capaz de captar, ouvir, as vibraes provocadas pelofenmeno da detonao, transformando-as em sinal eltrico o qual enviado a unidade decomando eletrnico do sistema UCE.

Quando a UCE detecta sinal de detonao do sensor, atrasa o ponto de ignio(obedecendo uma estratgia especfica que varia de sistema para sistema de injeo),objetivando solucionar o problema. Uma vez desaparecida a detonao, a UCE volta, empequenos passos, ao ngulo de avano inicial.

Sensor de Posio da Borboleta de Acelerao (TPS)

TPS Throttle Position SensorA posio da borboleta uma das informaes utilizadas para o clculo da quantidade

de combustvel. Outra funo do TPS informar unidade de comando, os movimentos daborboleta de acelerao, para fins de acelerao e desacelerao. Neste caso o TPS executafuno equivalente da bomba de acelerao de um carburador.

Quando a borboleta de acelerao est fechada, o sinal de sada do TPS tipicamentede 0,45 a 0,55V. A tenso aumenta em proporo a abertura da placa da borboleta deacelerao, at atingir aproximadamente 4,8 volts na condio de totalmente aberta (100% deabertura). Para que se possa dar esta variao de tenso, o TPS munido de um resistor comescala varivel.


116/182

116

A unidade de comando alimenta o TPS com a tenso de referncia de 5 volts. O sinaldo TPS em conjunto o sinal de rpm utilizado pela unidade de comando enriquecer a misturaar + combustvel em plena carga (potncia mxima) ou fazer com que haja corte na injeoquando a rotao do motor se mantm alta e a borboleta de acelerao fechada (condio defreio motor).

O corte no volume de injeo no freio motor chamado de Cut-Off.

Conector de Octanagem

Tem a funo de adequar as curvas de avano de ignio octanagem do combustvelutilizado. Pode ser encontrado na forma de um conector eltrico (jumper), fusvel ou umresistor calibrado - Figura 94.

No Brasil a gasolina comum especificada com 86 unidades para o AKI (valormnimo) e com MON mnimo de 80 unidades. A Premium especificada com AKI de 91unidades.

A octanagem da gasolina sofre variaes de um pas para o outro. Por exemplo, a

gasolina comum brasileira possui octanagem RON mnima de 92 unidades. A similarargentina possui RON de 86 unidades. Isso significa, nesse caso, que a gasolina brasileiraresiste mais detonao, em baixas rotaes, que a argentina.

Como exemplo, temos o Ford Fiesta com motor Endura-E (sistema FIC EEC V SFI),que possui conector de octanagem tipo fusvel. Este fusvel liga o terminal 27 da central quecontrola o sistema de injeo eletrnica-UCE massa. Quando a UCE detecta aterramento noterminal 27, adota curvas de avano de ignio apropriadas a gasolina nacional (92 unidadesRON). Se detectar circuito aberto no terminal 27, quando se retira o fusvel, passa a trabalharcom curvas de avano mais brandas (86 unidades RON). Dessa forma torna-se possvelalimentar o motor com um combustvel de octanagem menor.

Figura 94 Conector de Octanagem (Octanas)

Portanto, a utilizao do conector de octanagem possibilita a exportao dos veculossem a necessidade de se efetuar mudanas significativas no motor e no sistema de injeoeletrnica.

O incorreto posicionamento do conector de octanagem pode provocar sensveis perdasde rendimento no motor. Por isso, em todas as revises verifique o seu corretoposicionamento.


117/182

117

Figura 95 Localizao do Conector de Octanagem (Ford Fiesta)

Atuadores

Bomba Eltr ica de Combustvel

Quando a ignio ligada pela primeira vez, com o motor no funcionando, a unidadede comando ativa durante dois segundos o rel da bomba de combustvel. Isto resulta em umrpido aumento de presso na linha. Se no for dada a partida ao motor no perodo de doissegundos, a unidade de comando desativar o rel da bomba de combustvel. Quando o motorgira para a partida, a unidade de comando ativa o rel ao receber pulsos do sensor de rotao.

Figura 96 - Bomba de combustvel In-Line

onde:1 Entrada 4 Induzido do motor eltrico2 Vlvula de segurana 5 Vlvula de reteno3 Bomba de roletes 6 Sada

A bomba de combustvel pode ser In-Line ou In-Tank, colocada na linha decombustvel ou dentro do tanque de combustvel respectivamente.


118/182

118

Conversor Cataltico

Devido aos prejuzos causados pelas emisses, e, devido a busca de mais eficincianos motores, foram desenvolvidos sistemas de controle do motor mais precisos, inclusive paraatender legislao vigente e o ps-tratamento dos gases de escape. Um dos mtodos usados o catalisador ou conversor cataltico, que diminui os nveis de CO, HC e NOx. O catalisador

necessita que a mistura admitida seja controlada bem prximo de lambda=1.Responsvel pela purificao dos gases lanados na atmosfera pelo escapamento, o

catalisador um componente caro e bastante delicado. Ao contrrio do que se imagina, ocatalisador no um filtro. Ele composto de uma colmia repleta de canais, por onde ofluxo dos gases de escape obrigado a passar. Esses canais so impregnados por um materialativo (metais preciosos como platina e rdio, por exemplo) que, com as altas temperaturasexistentes no catalisador, reagem quimicamente com os poluentes e reduz em at 90% dosprincipais gases produzidos, transformando-os em CO2, N2e H 2O - Figura 97.

Batidas em lombadas ou excesso de combustvel no motor podem danificarirremediavelmente esse aparelho. Deve-se evitar dar bombeadas no acelerador ou fazer ocarro pegar no tranco. Outra recomendao: nunca se deve estacionar sobre o mato ou folhassecas. Quando o motor est em funcionamento, o catalisador chega a atingir temperatura deat 800 graus e isso pode provocar risco de incndio no automvel, mesmo com a igniodesligada.

Para uma melhor performance do catalisador, tanto o sistema de injeo como o deignio devem estar em perfeito estado de funcionamento, pois o mesmo trabalha em umafaixa muito estreita, que o mais prximo da razo estequiomtrica ou janela, comotambm conhecida esta faixa de trabalho. A Figura 92 mostra que a mistura deve sercontrolada em torno de lambda=1 para melhor a economia com mnimo de emisses.

Deve-se fazer uma avaliao do catalisador analisando-se os ndices de emisso degases.

Figura 97 Conversor Cataltico

Anlise de Emi sses

Os motores com ignio centelha (Ciclo Otto: gasolina, lcool ou gs) apresentamcomo resultado da combusto uma srie de gases que, analisados, permitem uma verificaoimportante do funcionamento do motor. Alguns desses gases so poluentes e por isso so


119/182

119

controlados pela legislao sobre emisses atravs do Programa Nacional de Controle deEmisses Veiculares - PROCONVE.

Tabela 4 Percentagem de Gases - PROCONVE

ano de fabricao HC CO2 CO O 2 Aps JUN/1988 < 600 ppm > 8% < 3% < 7%A partir JAN/1992 < 400 ppm > 8% < 2,5% < 7%A partir JAN/1997 < 100 ppm > 8% < 0,5% < 7%

Os gases mais importantes para anlise de combusto so:

HC Hidrocarbonetos

So gases resultantes da combusto incompleta, ou seja, combustvel no queimado. OHC medido em partes por milho (ppm) de volume. Por exemplo: uma leitura de 100ppm

indica que existem 100 partes de HC para cada 1 milho de partes de gs emitido na exausto.O aumento de nvel de HC pode ser causado por: mistura muito rica mistura muito pobre temperatura baixa do motor compresso baixa ngulo de cruzamento de vlvulas muito alto falhas de ignio consumo excessivo de leo do crter ignio avanada

Nos veculos com catalisador em bom estado, o nvel de HC muito baixo. Para uma boaanlise, a leitura deve ser feita antes do catalisador.Um ndice de HC elevado aps ocatalisador pode ser problema do motor ou prprio catalisador.

CO - Monxido de Carbono

Gs resultante da combusto na qual a quantidade de ar insuficiente para umaqueima completa do combustvel. A medida de CO feita em porcentagem de volume (%).Os veculos em boas condies, equipados com catalisador, devem produzir um teor muitobaixo de CO. Para cada tipo de motor existe uma especificao de CO determinada pelofabricante do veculo. Um ndice muito baixo de CO (mistura pobre) pode causar

superaquecimento, pr-ignio e outras conseqncias que prejudicam o bom funcionamentodo motor.Por outr

Motores Combustão Interna - apostila Danilo

Documents

Transcript of Motores Combustão Interna - apostila Danilo