Motores Alternativos
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Semestre de Verão 2010/2011
| Pedro Alves - 35 961
ISEL MOTORES ALTERNATIVOS
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Índice
Combustíveis................................................................................................................................. 4
Detonação ................................................................................................................................. 4
Índice de Octana - Gasolina....................................................................................................... 4
Número de Cetano - Gasóleo .................................................................................................... 4
Descrição Mecânica dos Motores ................................................................................................ 5
Componentes do motor ............................................................................................................ 6
Classificação dos motores ............................................................................................................ 7
Definições ..................................................................................................................................... 8
Ciclos dos Motores ....................................................................................................................... 9
Motores de Explosão ................................................................................................................. 9
Motores de Compressão ........................................................................................................... 9
Motores a 4 Tempos - Explosão .............................................................................................. 10
Motores a 4 Tempos – Compressão........................................................................................ 11
Motores a 2 Tempos ............................................................................................................... 11
Ciclos Teóricos ............................................................................................................................ 13
Ciclo Otto ................................................................................................................................. 13
Ciclo Diesel .............................................................................................................................. 14
Comparação entre os dois ciclos ............................................................................................. 14
Ciclos Indicados .......................................................................................................................... 15
Ciclo Otto ................................................................................................................................. 15
Níveis de Ajuste na Distribuição .......................................................................................... 15
Ciclo Diesel .............................................................................................................................. 17
Parâmetros de Funcionamento de um Motor ........................................................................... 17
Binário ..................................................................................................................................... 17Potências ................................................................................................................................. 18
Métodos de Aumento de Potência no Motores - Sobrealimentação ................................. 18
Rendimentos ........................................................................................................................... 19
Curvas Características................................................................................................................. 21
Consumo Específico .................................................................................................................... 22
Combustão.................................................................................................................................. 23
Combustão em Motores Otto ................................................................................................. 23
Combustão em Motores Diesel ............................................................................................... 25
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Golpe ou “Pancada” ............................................................................................................ 26
Sistema de Ignição ...................................................................................................................... 27
Carburação.................................................................................................................................. 28
Injecção de Gasolina................................................................................................................... 30
Sistemas .................................................................................................................................. 30
Injecção Motronic ............................................................................................................... 31
Injecção Diesel ............................................................................................................................ 31
Sistema de Alimentação .......................................................................................................... 31
Tipos de Injecção ..................................................................................................................... 32
Injecção Directa ................................................................................................................... 32
Injecção Indirecta ................................................................................................................ 33
Injecção Electrónica Diesel ..................................................................................................... 33
Sistemas .............................................................................................................................. 33
Emissões Poluentes .................................................................................................................... 35
Catalisador........................................................................................................................... 36
Válvula EGR ......................................................................................................................... 37
Sistema de Refrigeração............................................................................................................. 37
Sistema de lubrificação .............................................................................................................. 38
Sistemas de lubrificação ...................................................................................................... 39
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Combustíveis
Os combustíveis utilizados nos motores de combustão interna são obtidos a partir do petróleo
(crude) e diferenciam-se entre si essencialmente pela volatilidade (tendência em evaporar-se).
Os mais utilizados são:
Gasolina: é mais refinado, apresenta menor densidade e maior volatilidade.
Gasóleo: mais densidade e menor volatilidade.
Detonação
No ciclo a gasolina (Otto) a inflamação do combustível inicia-se devido à faísca produzida nas
velas.
Na face do êmbolo a mistura que ainda não foi apanhada pela chama aumenta a sua
temperatura e pressão até ao ponto de se auto-inflamar (inflama sem necessidade da faísca).
Quando as duas chamas se encontram dá-se a detonação.
A detonação provoca:
Perda de potência.
Aumento de consumo.
Aumento dos esforços mecânicos.
Nota: Utilizam-se aditivos, tais como chumbo, para aumentar as características anti-detonantes da gasolina.
Índice de Octana - Gasolina
O índice de octana indica a percentagem de isoctana que uma gasolina tem. Por exemplo um
índice de octana 95 significa que a gasolina tem 95 partes de isoctana e 5 partes de heptano.
O índice de octana está relacionado com a capacidade que uma gasolina tem de suportar
compressões elevadas sem detonar (poder anti-detonante).
Quanto maior o índice de octana (maior percentagem de isoctana) maior o poder anti-
detonante da gasolina.
Número de Cetano - Gasóleo
Um gasóleo será tanto melhor quanto maior for o seu grau de inflamibilidade.
O grau de inflamabilidade está relacionado com o número de cetano. Quanto maior nº de
cetano maior inflamabilidade.
Os gasóleos normais têm nº de cetano entre 40 e 70.
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Nota: as características que um gasóleo deve ter são exactamente aquelas que a gasolina nãodeve ter, ou seja, ser detonável (ver “ Combustão” - da pág. 23 até 28).
Descrição Mecânica dos Motores
Câmara de Combustão
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Componentes do motor
Câmara de Combustão: é o local onde ocorre a combustão. A geometria da câmara decombustão deve garantir:
a maior turbulência possível do gases frescos;
que a combustão seja a mais rápida possível; gases de escape sejam expelidos rapidamente.
Veio de Excêntricos (ou árvore de Came): está ligado à cambota através de carretos,correntes ou correias e tem como objectivo accionar as válvulas.
Válvulas: têm como objectivo abrir os orifícios de passagem dos gases durante ostempos de admissão e escape e mantê-las o mais estanques possível durante ostempos de expansão/explosão e compressão.
Junta da cabeça do motor: tem como objectivo tornar estanque a ligação entre a
cabeça e o bloco, permitindo a circulação dos gases, água e óleo entre eles.
Bloco e cilindros: o objectivo do cilindro é guiar o pistão dissipando o calor excedenteresultante da combustão. Entre os pistões e os cilindros existem as camisas quepodem ser:
Trabalhadas directamente no material do bloco.
Serem amovíveis. Neste caso podem ainda ser:o Húmidas: contactam directamente com o líquido de arrefecimento.o Secas: não contactam directamente com o fluido refrigerante.
Pistões: fazem a separação entre o cárter e a câmara de combustão. Durante o cicloexplosão/expansão o pistão deve transmitir a pressão dos gases resultantes dacombustão à cambota através da biela. No pistão existem diferentes tipos desegmentos:
Segmentos que vedam a câmara de combustão, não permitindo que osgases saiam para o cárter.
Segmentos raspadores que evitam que o óleo entre na câmara decombustão
Para além disto os segmentos evitam que os pistões encostem nacamisa.
Bielas: estabelecem a ligação entre o pistão e a cambota.
Cambota: tem como objectivo transformar o movimento da biela num movimento derotação criando um binário de forças. A maior parte desse binário vai é transmitido àembraiagem, o restante vai ser utilizado na distribuição, bombas de óleo, combustível,água etc.
Volante: armazena energia cinética e equilibra o motor.
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Classificação dos motores
Os motores podem-se classificar segundo:
Combustível utilizado:
Gasolina
Gasóleo
GPL (gás de petróleo liquefeito)
Sistema de inflamação
Ignição ou explosão (Otto): gasolina ou gpl.
Compressão (Diesel): gasóleo.
Número de cursos do embolo por cada ciclo completo
2 Tempos (ciclo realiza-se numa só volta da cambota).
4 Tempos (ciclo realiza-se em duas voltas da cambota).
Sistema de admissão
Carburador
Injecção
Sistema de refrigeração
Arrefecido a água
Arrefecido a ar
Arrefecido por líquidos especiais
Disposição do motor
Transversal: a maior parte dos carros
Longitudinal: utilizado em carros com grande espaço sob o capô
Inclinado: utilizados principalmente em camiões
Disposição dos cilindros
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Em linha
Menor custo de produção e facilidade de afinação.
Menor rendimento mecânico.
Em V
Maior rendimento mecânico e maior binário.
Implica grande cilindrada e grande consumo.
Opostos (Boxer)
Maior rendimento mecânico e menores vibrações.
Inadequado para mais de 6 cilindros e mais difícil de afinar.
DefiniçõesPonto morto superior (pms): posição mais alta do êmbolo dentro do cilindro.
Ponto morto inferior (pmi): posição mais baixa do êmbolo dentro do cilindro.
Curso: distância entre o pms e pmi. O curso útil é a parte do percurso do êmbolo em que é
realizado trabalho.
Cilindrada (unitária): volume varrido pelo êmbolo entre o pms e o pmi.
Cilindrada total: é a cilindrada unitária multiplicada pelo número de cilindros do motor.
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Câmara de combustão: espaço que fica entre o êmbolo e as válvulas. É o volume ao qual
corresponde a compressão máxima a que os gases podem ser submetidos.
Taxa de compressão: relaciona o volume que os gases ocupam no início e no final do processode compressão.
– Cilindrada unitária (corresponde à cilindrada de um único cilindro).
- Volume da câmara de combustão.
Quanto maior for a taxa de compressão a que se sujeita a mistura maior será a forçacomunicada ao êmbolo (maior pressão).
A taxa de compressão é maior num motor a diesel porque é necessária uma maior compressãopara ocorrer a inflamação e porque um aumento da taxa de compressão aumenta a tendênciapara a detonação (o que não é pretendido nos motores a gasolina).
Nota: Os motores de explosão têm taxas de compressão entre 6 e 10 e os diesel entre 14 e 22.
Ciclos dos Motores
Motores de Explosão
Nestes motores a mistura ar-combustível é feita antes de ser introduzida no cilindro, através
de carburadores ou por meio de um sistema de injecção directa.
O funcionamento deste motores consiste em:
1. A mistura ar-combustível é introduzida no cilindro.
2. A sua combustão liberta grande quantidade de calor, aumentando o volume dos gases.
3. Daqui resulta uma grande pressão que se traduz numa força exercida sobre o êmbolo.
4. Devido à força o êmbolo desloca-se produzindo trabalho.
5. O trabalho é transmitido à cambota através de um sistema biela-manivela.
Motores de Compressão
Nestes motores:
1. o ar entra o cilindro e é comprimido.
2. A compressão provoca um aumento de temperatura do ar.
3. Quando a temperatura do ar é superior à temperatura de inflamação do combustível émisturada uma determinada quantidade de combustível com a massa de ar.
4. O combustível inflama e a partir daqui o princípio de funcionamento é o mesmo que
os motores de explosão.
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Motores a 4 Tempos - Explosão
A. 1º Tempo: Admissão o Válvula de admissão abre-se quando o cilindro está no pms.
o O êmbolo desce até ao pmi aspirando a mistura.
o A válvula de admissão fecha-se quando o êmbolo está no pmi.
B. 2º Tempo: Compressão
o As válvulas estão fechadas.
o O êmbolo sobe desde o pmi até ao pms impulsionado pelo sistema biela-cambota.
o A mistura é comprimida.
o Com o êmbolo perto do pms, salta a faísca eléctrica da vela inflamando amistura.
C. 3º Tempo: Explosão/Expansão
o As válvulas estão fechadas.
o Devido à pressão exercida pelos gases (resultado da combustão) o êmbolodesce do pms até ao pmi.
o O êmbolo impulsiona o sistema biela-cambota (é o único tempo em que istoacontece), isto é, produz-se trabalho.
B. 4º Tempo: Escape
o A válvula de escape abre-se quando o êmbolo se encontra no pmi.
o O êmbolo sobe do pmi até ao pms.
o Os gases queimados são expulsos para o exterior à excepção dos gases queficam na câmara de combustão (o êmbolo não chega lá) chamados gasesresiduais.
o A válvula de escape fecha quando o êmbolo está no pms.
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Nota: Cada uma das fases é feita (teoricamente) num ângulo de 180º. Os motores a 4 temposnecessitam de 2 rotações da cambota para realizar as 4 fases (720º).
Motores a 4 Tempos–
Compressão
A única diferença em relação aos motores de explosão está nos dois primeiros tempos:admissão e compressão.
A. O êmbolo ao descer do pms até ao pmi aspira o ar.
B. Com a válvula de admissão fechada, o ar é comprimido na parte parte superior docilindro.
C. Pouco antes do êmbolo atingir o pms, uma bomba de injecção envia (sob grandepressão) uma porção de combustível ao injector e este envia-o para o cilindro dando-se início à combustão. A partir daqui o processo é idêntico ao dos motores deexplosão.
Motores a 2 Tempos
A disposição dos motores a dois tempos é bastante diferente dos motores a quatro tempos.Em vez de válvulas têm janelas (rasgos nas paredes do cilindro) que são abertas ou fechadaspelo próprio êmbolo no seu movimento alternativo.
O cilindro possui duas janelas laterais: uma janela de admissão da mistura (A) e uma janela de
escape (E). Para além destas, existe ainda uma janela de transferência (C) que comunica com ocárter através dum tubo de transferência (T)
Nestes motores o cárter não é utilizado como depósito de óleo. O cárter é vedado e a misturaé ligeiramente comprimida antes de entrar no cilindro.
Nota: em geral os motores a dois tempos são menos eficientes do que os de quatro devido àexpulsão incompleta dos gases de escape. Contudo são mais simples e mais baratos.
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1º Tempo: Admissão e Compressão
O êmbolo sobe desde o pmi até ao pms.
No início do curso, o êmbolo comprime a mistura, fechando sucessivamente as janelasC e E (a janela de admissão tem estado sempre fechada).
O êmbolo ao subir cria uma depressão no cárter.
Quando o êmbolo está perto do pms a janela de admissão é aberta.
A mistura (vinda do carburador) entra no cárter devido à depressão nele existente.
Um pouco antes do êmbolo atingir o pms salta uma faísca da vela e dá-se início àcombustão.
2º Tempo: Expansão e escape
A inflamação da mistura provoca uma pressão sobre o êmbolo e este vai descer dopms até ao pmi.
No princípio da descida continua a entrar mistura no cárter até que o êmbolo fechar a janela de admissão.
Continuando o êmbolo a descer é aberta em primeiro lugar a janela de escape e deseguida a janela de transferência.
Os gases de escape são expulsos para o exterior e o êmbolo ao descer comprime amistura no cárter impulsionando-a para o cilindro através do tubo de transferência.
A mistura entra no cilindro pela janela de transferência, ajudando a expulsar os gasesde escape.
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Nota: Enquanto no motor a 4 tempos, 3 deles são passivos, no motor a 2 tempos só um é queé passivo.
O volante é um elemento fundamental (principalmente nos motores a 4 tempos) para mantera cambota em movimento durante os tempos em que não é produzido trabalho, ou seja, o
volante armazena a energia recebida dos gases durante o tempo em que se produz trabalho eliberta-a durante os outros tempos.
Mesmo nos motores em que os cilindros estão desfasados o volante é importante paraconferir um trabalho mais regular e equilibrado ao motor.
Ciclos Teóricos
Ciclo Otto
O ciclo Otto é o ciclo ideal para os motores a 4 tempos de explosão (gasolina).
: Admissão isobárica: à pressão atmosférica.
: Compressão adiabática.
: Combustão isocórica: a troca de calor é feita a volume constante, o que implica que a
combustão seja instantânea.
: Expansão adiabática: tempo em que realiza trabalho.
: Arrefecimento isocórico: quando o êmbolo chega ao pmi, abre-se a válvula de escape
havendo uma despressurização instantânea acompanhada pela expulsão do calor, também
instantânea.
: Escape isobárico: à pressão atmosférica.
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Ciclo Diesel
O ciclo Diesel é o ciclo ideal para os motores por compressão a 4 tempos. A principal diferença
para o ciclo Otto é o facto de a combustão se fazer a pressão constante em vez de a volume
constante.
: Admissão isobárica: à pressão atmosférica.
: Compressão adiabática.
: Combustão isobárica.
: Expansão adiabática.
: Arrefecimento isocórico.
: Escape isobárico: à pressão atmosférica.
Comparação entre os dois ciclos
Para uma mesma taxa de compressão o ciclo Otto apresenta um maior rendimento.
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Para uma mesma taxa de compressão e o mesmo calor introduzido,o ciclo perde menos calor, ou seja, o ciclo que apresenta maiorrendimento é o ciclo Otto.
Para o mesmo calor introduzido e mesma
pressão máxima, o ciclo que apresenta maior
rendimento é o ciclo Diesel.
Ciclos Indicados
Ciclo Otto
Níveis de Ajuste na Distribuição
Avanço à Ignição
Como a combustão real não é instantânea, o êmbolo move-se enquanto ela se dá.
Se a faísca se soltasse apenas no pms, a maior parte da combustão aconteceria com o êmbolo
no seu movimento descendente e, portanto, a pressão máxima do ciclo seria bastante inferiorà pressão do ciclo teórico.
Porém, se a faísca se soltar enquanto o êmbolo está a subir ocorre um aumento de pressão
devido a dois efeitos distintos:
Compressão de mistura pelo êmbolo.
Combustão da mistura.
O avanço depende da rotação do motor, ou seja, quanto maior rotação maior avanço.
O avanço da ignição faz com que a potência perdida seja muito inferior.
Avanço à abertura do escape
Como os gases queimados não saem instantaneamente o êmbolo acaba por empurra-los.
Se a válvula de escape só se abrisse no pmi o êmbolo, ao subir, encontraria muita resistência
(contra pressão), pois teria de empurrar quase todos os gases que se formaram pela
combustão.
Assim, faz-se o avanço à abertura da válvula de escape enquanto o êmbolo ainda está a descer
para que os gases tenham mais tempo para sair e o êmbolo não exerça tanta força.
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Logo, o avanço à abertura de escape faz como que a potência perdida seja muito inferior.
Atraso ao fecho do escape e avanço à abertura de admissão
Ao se efectuar o atraso do fecho do escape e o avanço à abertura da admissão faz-se com queexista um momento em que as válvulas de admissão e de escape estejam simultaneamente
abertas – cruzamento de válvulas ou período de lavagem.
Com esta situação consegue-se que os gases queimados saiam todos (ou quase), uma vez que
eles são empurrados pela mistura fresca que entretanto está a entrar.
Contudo, existe sempre alguma mistura que acaba por sair (sem ter sido queimada).
Para além disso, o avanço à abertura da admissão atenua o facto de o volume de mistura
admitido ser bastante inferior ao teórico.
Atraso ao fecho da admissão
Este atraso “dá mais tempo” para que a mistura entre, contribuindo assim para o exista um
maior volume de mistura dentro do cilindro.
Ciclo Indicado
A – Combustão não
instantânea.
B – Tempo de abertura de
válvulas.
C – Perdas de calor (para as
paredes do bloco).
D – Perdas por
bombeamento.
Um das causas para a diferença entre o ciclo real e o ciclo indicado é a dissociação dos
produtos de combustão. A dissociação é uma reacção química que se faz com absorção de
calor e, portanto, a temperatura máxima no ciclo indicado é menor.
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Este ciclo ainda não é o real, pois apesar de considerar que: as transformações não são
instantâneas; que existem perdas de calor; os tempos de aberturas de válvulas, etc., não
consideram as perdas mecânicas (atrito).
Nota: O ciclo real (ou efectivo) só é obtido através de aparelhos ligados ao motor.
Ciclo Diesel
Os níveis de ajuste de distribuição são iguais aos do ciclo Otto. Existe apenas uma
particularidade:
Avanço à injecção
Como as partículas de combustível demoram um certo tempo a atingirem a temperatura de
combustão é necessário que a injecção ocorra antes de o êmbolo atingir o pms.
Ciclo Indicado
A – Combustão não instantânea.
B – Tempo de abertura de válvulas.
C – Perdas de calor (para as paredes dobloco).
D – Perdas por bombeamento.
Nota: Devido ao facto de os motores Diesel funcionarem com um excesso de ar grande a
dissociação não afecta tanto como no ciclo Otto.
Parâmetros de Funcionamento de um Motor
Binário
A pressão exercida sobre o êmbolo pelos gases queimados traduz-se numa força. Parte desta
força produz um momento sobre a cambota, ou seja, produz um binário motor.
Este binário não é constante, varia ao longo do ciclo de funcionamento do motor.
Nota: Apenas o 3º tempo produz um binário motor. Os restantes produzem um binárioresistente.
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Potências
Na câmara de combustão de um motor de combustão interna é produzida por unidade de
tempo uma determinada potência – potência indicada.
Parte desta potência é perdida nos órgãos do motor (atrito, bombagem, accionamento de
periféricos, etc.) – potência absorvida pelas resistências do motor – a restante potência chegaao veio e é designada por potência efectiva.
Portanto,
Existem várias expressões para a potência indicada, entre elas:
Nota: A potência efectiva é medida através de aparelhos ligados ao veio, que aplicam umbinário que se opõe ao binário do motor. Não é a potência que sai nas rodas, mas é a potência
debitada pelo motor.
A potência efectiva é medida através de aparelhos ligados ao veio, que aplicam um binário que
se opõe ao binário do motor. Não é a potência que sai nas rodas, mas é a potência debitada
pelo motor.
Métodos de Aumento de Potência no Motores - Sobrealimentação
Um sistema de sobrealimentação comprime o ar que entra nos cilindros, isto é, injecta-o auma pressão superior à pressão atmosférica.
A maior pressão da carga resulta num aumento do poder de combustão e da potência do
motor.
Métodos de Sobrealimentação:
Sobrealimentação Mecânica: o compressor é accionado
directamente pelo motor, sendo que parte da potência
produzida é utilizada para alimentar o compressor.
Sobrealimentação por oscilações de pressão: os gases nos
tubos de admissão e escape são obrigados a oscilar com uma
determinada frequência para que se atinja um pico de
pressão no momento do fecho da válvula de admissão. Este pico faz com que exista
um aumento do volume de mistura/ar que entra no cilindro. Este processo depende
fortemente do formato e comprimento dos colectores de admissão e escape.
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Sobrealimentação por sistemas de admissão variável: consoante as rotações do motor
são utilizados diferentes tubos de admissão (com diferentes formatos e
comprimentos) de forma a maximizar, para todas as situações, a entrada de mistura/ar
no cilindro. Resumidamente:
Baixas rotações: tubo comprido.
Altas rotações: tubo curto.
(Para uma melhor compreensão deste sistema ver “ factores que influenciam o
rendimento volumétrico” - pág. 17 e 18).
Sobrealimentação aproveitando os gases de escape – Turbocompressor :
A energia contida nos gases queimados é
aproveitada para accionar uma turbina que porsua vez está ligada a um compressor. Este
compressor vai aumentar a pressão da mistura/ar
que entra no cilindro.
Quando o ar é comprimido no turbocompressor,
tanto a sua temperatura como pressão
aumentam.
Ao aumentar a temperatura, diminui a densidade do ar e, portanto, o ar “ocupa mais espaço”.
Existe assim a necessidade de arrefecê-lo antes de entrar no cilindro, isso é feito no
intercooler. Com isto consegue-se aumentar a carga que entra no cilindro e a potência do
motor.
Nota: Atenção que nos turbocompressores não existe aproveitamento dos gases de escape no
sentido em que estes não voltam a entrar no motor (isso acontece com a válvula EGR (ver pág.
34)).
Rendimentos
Rendimento Mecânico
Este rendimento contabiliza as perdas por atrito e no accionamento de equipamentos
auxiliares.
O rendimento piora com:
Aumento da rotação
Diminuição da carga
Diminuição da cilindrada (unitária).
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Para além do rendimento mecânico podem-se definir outros rendimentos:
Rendimento global:
(Ver página 19)
Rendimento térmico:
Rendimento volumétrico:
Avalia a capacidade de enchimento do cilindro de um motor. É o rendimento mais importante.
Num motor, quanto mais ar for introduzido mais combustível se pode queimar e tanto maior
será a energia fornecida ao motor.
É definido por:
Os factores que mais influenciam este rendimento são:
Desenho das condutas de admissão e escape
As condutas de admissão devem ser tais que admitam o máximo ar possível e as de escape
devem opor a mínima resistência possível à saída dos gases de escape.
A velocidade do ar na admissão depende da secção das condutas. Quanto maior for a secção
maior será o rendimento volumétrico em altos regimes.
Porém, em baixos regimes a velocidade do ar pode ser tão baixa que o ar pode voltar para trás
se as condutas forem muitos grandes e, assim, um aumento da secção das condutas pode
diminuir o rendimento volumétrico.
Gases Residuais
Os gases residuais que ficam no cilindro após o escape cedem calor à mistura fresca,
diminuindo-lhe a densidade e piorando o rendimento volumétrico.
Para além disso estes gases ocupam espaço que já não pode ser preenchido pela mistura
fresca.
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Nota: Outra situação que piora o rendimento volumétrico é a transferência de calor que
ocorre entre as paredes das condutas e do cilindro e a mistura/ar, uma vez que, diminui a
densidade do ar/mistura.
Tempo de abertura das válvulas
As válvulas não abrem ou fecham instantaneamente, demoram um certo tempo relativamente
longo porque não se podem ultrapassar certos valores de velocidade e aceleração da válvula.
Para que a válvula esteja completamente aberta no momento de maior enchimento (pico de
pressão – ver pág. 15) praticam-se avanços e atrasos à admissão e ao escape (para além das
razões estudadas atrás – ver “Níveis de ajuste na distribuição” pág. 12).
Aqui também tem influência a rotação do motor:
Para altas rotações o tempo de abertura longo melhora o rendimento volumétrico.Por exemplo no atraso ao fecho da admissão, a alta rotação faz com que os gases
tenham inércia suficiente para permitir a entrada de ar/mistura mesmo durante a
compressão.
Para baixas rotações o tempo de abertura longo piora o rendimento volumétrico. A
baixa rotação faz com que os gases tenham baixa inércia e a válvula ao estar muito
tempo aberta pode fazer com que os gases “voltem para trás”, podendo mesmo os
gases de escape sair pela válvula de admissão e empurrarem a mistura fresca.
Portanto para se maximizar o rendimento volumétrico temos de ter em conta as rotações do
motor:
Baixas rotações: colectores com secção pequena e tempos de abertura das válvulas
pequenos.
Altas rotações: colectores com secção grande e tempos de abertura das válvulas
longos.
Curvas Características
São gráficos que mostram as variações da potência,
binário e consumo específico em função do regime de
rotações. Estes gráficos variam de motor para motor.
O regime de binário máximo ocorre antes do regime de
potência máxima.
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O regime de binário máximo corresponde ao regime para o qual a massa da mistura que entra
no cilindro é a máxima possível no ciclo em que o motor está a trabalhar (neste regime a área
do ciclo e o rendimento total são máximos).
Aumentando as rotações, isto é, acima deste regime a potência continua a aumentar porque,
apesar da massa utilizada no ciclo ser mais pequena, aumenta o número de ciclos e, portanto,
a massa aproveitada por unidade de tempo.
Depois do regime de potência máxima o que acontece é que a massa utilizada em cada ciclo
diminui mais rapidamente do que aumentam o número de ciclos e a potência cai.
Consumo Específico
É consumo horário por unidade de potência efectiva, ou seja, para desenvolver 1cv durante
uma hora quantos gramas de combustível são necessários.
O consumo horário aumenta sempre com o aumento do número de rotações.
O consumo específico tem um valor mínimo para determinado regime de rotações,
aumentando para altos e baixos regimes (ver imagem da pág. 18):
A baixas rotações aumentam as perdas por calor, logo, diminui a potência aumenta
o consumo específico.
A altas rotações aumentam as perdas por atrito e para além disso o consumo horário
aumenta mais do que a potência efectiva aumenta o consumo específico.
Por sua vez, o consumo específico diminui com:
Aumento da pressão média efectiva (porque pme Potência efectiva c.e.)
Aumento da taxa de compressão. Assim os motores Diesel têm menor consumo que os
motores a gasolina.
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Nota: Existem outras razões para o menor consumo do ciclo Diesel:
Funciona com elevado excesso de ar.
Arranca melhor a frio, ou seja, gasta menos combustível no arranque.
Nota: O rendimento térmico está fortemente relacionado com o consumo específico. Menores
perdas de calor menor consumo específico.
Combustão
É uma reacção química exotérmica de oxidação-redução entre vários produtos químicos,
combustíveis e oxidantes executada a alta velocidade.
Combustível + ar dióxido de carbono + vapor de água
O combustível só queima graças à presença de moléculas de oxigénio no ar.
A razão de mistura estequiométrica é a relação combustível/ar necessária para uma
combustão completa. Nos motores de ciclo Otto vale 1 para 14,7, ou seja, por 1 parte de
combustível são necessárias 14,7 partes de ar.
O factor lambda é dado por:
Mistura pobre: ( a mistura contém mais ar. Diminui o rendimento e aumenta e
temperatura do motor.
Mistura rica: ( a mistura contém menos ar. Aumenta o consumo e o nível de
poluentes no escape.
Este factor tem de ser usado consoante a condição de funcionamento.
Arranque: Deve ser mistura rica. Porque com o motor a frio existe parte do combustível que se
condensa no colector e nos cilindros.
Em aceleração: Deve ser rica para não faltar combustível devido ao facto de ter de
acompanhar o ar na admissão.
Combustão em Motores Otto
Ao redor da faísca forma-se a chama inicial. A partir daqui a combustão propaga-se por umafrente de chama que vai avançando por contacto com a mistura não queimada.
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Inicialmente a velocidade da chama é baixa porque temos pouca massa queimada. Assim que a
frente de chama alcança uma zona de maior turbulência, atinge uma maior porção de massa e
acelera até estabilizar a uma certa velocidade – a velocidade de chama.
No fim o volume de gases a queimar é mais pequeno e tem menos turbulência porque está
junto às paredes, então a velocidade de chama diminui novamente.
O tempo necessário para a combustão depende da velocidade de propagação da chama e do
espaço que esta terá de percorrer no interior da câmara.
Os principais factores que influenciam a velocidade da chama são:
Turbulência: se a mistura não estiver em movimento a chama propaga-se muito
devagar. Quanto maior for a turbulência maior será o número de contactos das
partículas queimadas com as não queimadas e menor será o tempo necessário à
combustão e maior será o rendimento do ciclo real.
Razão de mistura: até certo ponto a velocidade de chama será maior quanto maior for
a riqueza da mistura.
Temperatura e pressão: existe uma temperatura bem definida para a qual a
velocidade da chama é máxima para uma determinada razão de mistura. Quanto
maior for a pressão no momento do saltar da faísca, maior dificuldade terá a
combustão de se iniciar, mas de seguida terá um maior aumento de velocidade.
Humidade e gases residuais: ambos diminuem a velocidade da chama.
O gradiente de pressão é a velocidade com que a pressão dentro do cilindro aumenta com a
combustão. O gradiente de pressão acompanha a velocidade da chama. Com gradiente de
pressão:
Baixo: é preciso maior avanço à ignição porque a combustão demora mais tempo.
Alto: o pico de pressão aproxima-se do pms, o que faz aumentar a potência (porque
aumenta a área do ciclo).
Nota: O gradiente de pressão não pode ser muito elevado por razões de resistência dos
materiais e pelo risco de detonação.
Nem sempre a combustão ocorre da maneira descrita atrás. Por vezes originam-se outras
frentes de chama no interior da câmara que não resultam do processo combustão e que
conduzem à detonação.
Essas frentes de chama podem ser provocadas pela auto-inflamação da mistura ou podem ter
origem nas paredes da câmara devido ao facto de o motor estar a trabalhar a uma
temperatura excessiva. Os carvões incandescentes existentes na câmara, resultantes decombustões incompletas, podem também originar a inflamação da mistura.
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Nota: Nos motores a gasolina a detonação ocorre no final do processo de combustão.
Medidas para se evitar a detonação:
Diminuição da relação volumétrica de compressão: diminui a pressão e temperatura.
Diminuição da carga introduzida ou do grau de sobrealimentação.
Diminuição da temperatura da mistura na entrada do motor.
Utilizando um combustível com maior índice de octana.
Atrasando o ponto do motor, para que a pressão máxima ocorra depois do pms.
Nota: O máximo rendimento do motor será atingido numa zona de trabalho imediatamente
antes da detonação.
O avanço à ignição está relacionado com a velocidade de avanço da chama e o espaço que esta
tem de percorrer mas depende também das rotações do motor. Quanto maiores forem as
rotações do motor maior será o avanço para dar tempo para a combustão ocorrer.
O formato da câmara de combustão e das válvulas assim como a posição das velas são
aspectos fundamentais para uma boa combustão.
As câmaras de combustão devem ser tais que permitam uma forte turbulência no final
do processo de combustão, para além de manter-se limpas e desimpedidas de
carvões.
As válvulas devem ter a maior área possível.
As velas devem estar situadas de tal forma que a frente de chama possa chegar o mais
rápido e uniforme a toda a câmara.
Combustão em Motores Diesel
O combustível é pulverizado para câmara de combustão através de pequenos orifícios do
injector e mistura-se com ar que entretanto já está na fase de compressão.
A mistura não fica homogénea (a razão de mistura varia de zona para zona). Como o ar
comprimido se encontra a uma temperatura superior à temperatura de inflamação do gasóleo,
a combustão pode começar em qualquer ponto em que as condições sejam favoráveis. Pode
até ocorrer em vários locais da câmara ao mesmo tempo. Não se forma uma frente de chama
como nos motores a gasolina.
Apesar de a injecção se dar antes de o êmbolo atingir o pms fala-se em atraso à inflamação
que é o período de tempo entre a injecção de gasóleo e o instante em que ele começa a
queimar-se. Durante o atraso não há aumento de pressão. O combustível injectado, só por si,
não aumenta a pressão.
Nota: Num motor diesel nunca ocorre a inflamação do combustível no momento da injecção,
ou seja, existe sempre atraso à inflamação.
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Quando ocorre a inflamação a combustão avança muito rápido no início e vai desacelerando.
Para que todo o gasóleo se queime, cada partícula tem de contactar com ar. Nos motores a
Diesel não se consegue isso apenas com turbulência é necessário funcionar com excesso de ar.
Golpe ou “Pancada”
É um fenómeno idêntico à detonação nos motores Otto.
Se o atraso à inflamação for pequeno não há problema pois a quantidade de combustível na
câmara é a correcta o gradiente de pressão é suave.
Mas se o atraso for demasiado grande, o gasóleo vai-se acumulando na câmara de combustão
de tal forma que, quando se dá a ignição a combustão assume características duma explosãocom vibrações violentas da massa de gás.
Para que esta explosão não aconteça é preciso diminuir o atraso à inflamação para que não se
acumule tanto gasóleo na câmara antes de começar a combustão.
Nota: Nos motores a gasóleo a detonação ocorre no início do processo de combustão.
Métodos para reduzir o atraso à inflamação:
Pulverização: quanto maior for o número de gotas de combustível e quanto mais
pequenas elas forem menor será o atraso à inflamação. As gotas mais pequenas para
além de se misturarem melhor com o ar demoram menos tempo a aquecer.
Para além disso deve-se injectar um menor caudal no início e injectar mais
combustível durante o período de combustão com chama.
Velocidade do ar: quanto maior a turbulência menor o atraso. Mas se a mistura entrar
com turbulência desde a admissão diminui-se o rendimento volumétrico, então opta-
se por criar turbulência após o fecho da admissão. O excesso de turbulência não é
bom porque provoca perdas térmica e diminui o rendimento térmico.
Nº Cetano: o atraso será menor quanto mais inflamável for o gasóleo, isto é, quantomaior for o número de cetano.
Taxa de compressão: aumentando a taxa de compressão aumenta a temperatura do ar
e, portanto, mais depressa o gasóleo atinge a temperatura de inflamação. Assim,
maiores taxas de compressão diminuem o atraso.
Rotações: o aumento do número de rotações, apesar de aumentar a turbulência,
provoca perdas de calor e aumenta o atraso, ou seja, é prejudicial. Para além disso o
aumento das rotações diminui o tempo disponível para os processos.
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Em jeito de resumo, nos motores a gasolina para se evitar a detonação não se pode produzir
inflamação por compressão em nenhum lugar. Nos motores a gasóleo é o contrário para evitar
a “detonação” queremos que se dê a inflamação por compressão o mais rápido possível.
Assim o aumento da taxa de compressão:
Nos motores a gasolina aumenta a detonação.
Nos motores a gasóleo diminui a detonação.
Sistema de Ignição
Para inflamar a mistura ar/combustível os motores a gasolina possuem sistemas de ignição
como o da figura seguinte (sistema tradicional) ou outros mais evoluídos, já sem o distribuidor.
Para se produzir a faísca nas velas é necessáriauma tensão muito elevada. A energia necessária
é obtida não da bateria mas da bobina de
indução.
Depois de se ligar o interruptor de ignição
(chave) uma corrente eléctrica passa da bateria
para o enrolamento primário da bobina (através
do interruptor).
A corrente é interrompida periodicamente
pelos platinados, que são actuados por um
excêntrico rotativo e que se encontram ligados
em paralelo a um condensador. Desta forma é
induzida uma tensão no enrolamento primário
da bobina que passa para o enrolamento
secundário amplificada (alta tensão).
A corrente segue depois para o distribuidor onde vai ser distribuída para as velas.
O distribuidor e os platinados são accionados pelo veio de excêntricos, garantindo que a faísca
se solta das velas no momento correcto. Por exemplo, no caso de motores com 4 cilindros, porcada rotação do eixo de excêntricos são distribuídos 4 impulsos de ignição.
O ponto da ignição, isto é, o momento em que salta a faísca é controlado de duas formas:
Tendo em conta as rotações do motor conjunto do avanço mecânico.
Tendo em conta a carga introduzida conjunto do avanço de vácuo.
Nota: Nos automóveis de injecção electrónica nenhum destes componentes existe.
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As velas recebem a alta tensão vinda do distribuidor e produzem a faísca. O valor da tensão
necessário para gerar a faísca é de cerca de 10 000 V. Se as velas tiverem uma folga (em
relação à folga normal):
Menor: menor será a tensão necessária para produzir a faísca, porém a mistura
ar/combustível tem mais dificuldade em alcançar o espaço entre os eléctrodos (folga),principalmente, no início da combustão em que o volume de gases queimados é
pequeno.
Maior: embora a mistura tenha mais facilidade em alcançar a folga, a tensão de
ignição é muito mais elevada.
Estes sistemas tornaram-se insuficientes ao longo dos anos, principalmente porque não
conseguiam produzir a tensão necessária para as velas a altas rotações, assim foram sendo
aperfeiçoados:
1) Sistema de ignição com ajuda electrónica: adicionou-se um transístor como
interruptor o que permitiu gerir correntes muito mais intensas (5V para os platinados;
15V para os transístores). Esta solução aumentou a vida dos sistemas de ignição,
permitiu reduzir o número de espiras da bobina e permitiu atingir um valor máximo de
corrente em menos tempo.
2) Sistema de ignição electrónica total: neste sistema não
existem platinados nem outros dispositivos mecânicos
de correcção de avanço, eles são substituídos porcomponentes electrónicos mas mantêm ainda a
distribuição mecânica. Estes sistemas têm uma maior
longevidade, mantêm a tensão de ignição sempre
constante (garantindo mais potência da faísca a altas
rotações) e o ponto de ignição sempre ajustado.
3) Sistemas de ignição totalmente electrónica: é uma
evolução do sistema anterior. Aqui já não existe a
distribuição mecânica de alta tensão. O distribuidor é
substituído por uma bobina de ignição funcionando
estaticamente com comando electrónico.
As ignições electrónicas deste tipo já estas conjugadas com a injecção electrónica
constituindo os chamados sistemas integrados (ver “Sistema Motronic” – pág 28).
Carburação
O carburador é um componente mecânico responsável pela alimentação de um motor de
explosão e tem como objectivo pulverizar a gasolina e mistura-la com ar na proporçãocorrecta, de modo a obter-se uma boa combustão no cilindro.
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Nota: A razão de mistura correcta depende do regime do motor.
O funcionamento de um carburador é totalmente mecânico. O ar que é
aspirado pelo êmbolo ao descer passa através do carburador, sendo
que a quantidade de ar é controlada por uma borboleta ligada ao
acelerador.
Por sua vez, o ar ao atravessar o carburador cria uma depressão ao
passar por uma passagem estreita – o venturi – e aspira o combustível
que se encontra na cuba (depósito de nível constante) fazendo-se
assim a mistura. Daqui a mistura segue para o cilindro.
A relação de mistura tem de variar segundo as necessidades de funcionamento do motor:
Mistura pobre: velocidade de cruzeiro (estável) e relanti.
Mistura rica: arranque (devido à condensação do combustível nas paredes das
condutas) e acelerações (de forma a acompanhar a entrada de mais ar)
O grande problema dos carburadores é a regulação da mistura, nunca se consegue obter uma
mistura nas proporções ideais.
Vantagens (em relação à injecção):
É um sistema de alimentação mais simples já que o combustível é “arrastado” para
dentro do motor.
A sua manutenção é mais simples.
Pelo facto de não possuir sensores como componentes a resposta no pedal é mais
rápida e precisa.
É mais barato.
Desvantagens (em relação à injecção):
Como não consegue fazer uma mistura com as proporções ideais tem um maior
consumo e é mais poluente.
Como não utiliza nenhum sensor tem maior dificuldade em se adaptar a todas as
necessidades de funcionamento do motor.
Não se ajusta à temperatura do motor enriquecendo ou empobrecendo a mistura.
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Injecção de Gasolina
Nestes sistemas nos colectores de admissão só circula ar e a gasolina é injectada à entrada do
cilindro.
As vantagens da injecção são:
Maior potência por cilindrada.
Menor consumo específico de combustível.
Binário superior e obtido a rotações mais baixas.
Gases de escape menos poluentes.
Sistemas
Os sistemas de injecção a gasolina podem dividir-se em:
Sistemas mecânicos: introduzem a gasolina através de injectores que estão sempre
abertos e a receber gasolina a uma pressão constante.
Sistemas electromecânicos: são semelhantes aos mecânicos mas incluem um sistema
electrónico de controlo capaz de mudar o combustível (contínuo) para o adoptar às
condições de funcionamento.
Sistemas electrónicos: injectores electromagnéticos que só injectam quando a válvula
de admissão abre. O tempo de abertura do injector é controlado pela centralina em
função das informações que recebe.
Os sistemas podem ainda classificar-se quanto ao número de injectores:
Monoponto: um só injector, normalmente no lugar do carburador, controlado pela
centralina.
Multiponto: um injector electromagnético por cada cilindro, localizado perto da
válvula de admissão.
Ou quanto ao número e forma das injecções:
Contínua: os injectores estão sempre abertos, injectando continuamente no colector
de admissão.
Intermitente: cada injector abre e fecha sucessivamente, ou todos ao mesmo tempo
ou segundo a ordem de ignição.
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Injecção Motronic
A principal característica deste sistema é fazer a integração total da ignição e da injecção,
partilhando os seus componentes.
Todos os sinais são enviados à centralina onde são processados e estabelecidos: o tempo deinjecção, o avanço à ignição, a percentagem de gases de escape recirculada, etc.
Um novo sensor deste sistema é o captor de rotações e indicador do PMS que serve de
referência ao avanço da ignição. Esta informação aumentar o ângulo de avanço sem detonar a
mistura, optimizando o consumo e o binário.
Nota: O sistema Motronic tem, por vezes, um sensor de detonação acoplado ao bloco do
motor.
Este sistema apresenta as seguintes vantagens:
Consumo.
Binário.
Emissões de gases de escape.
Tendência para detonação.
Suavidade de funcionamento.
Injecção Diesel
Sistema de Alimentação
O combustível é aspirado do depósito por
uma bomba de alimentação, passando por
um pré-filtro elimina parte dos resíduos e
decanta a água contida no combustível –
copo de sedimentação.
De seguida passa pelo filtro de combustível
antes de chegar à bomba injectora.
Até aqui temos baixa pressão. A bomba
injectora comprime a alta pressão o
combustível até aos injectores (um por cada cilindro).
A chegar aos injectores o combustível comprimido acciona a agulha dos injectores e é
introduzido na câmara de combustão.
O combustível em excesso (quer na bomba quer nos injectores) retorna ao depósito.
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A bomba de alimentação funciona em conjunto com um regulador de rotação, para que a
quantidade de combustível seja introduzida de acordo com as necessidades do motor.
Existem vários tipos de bombas de alimentação, por exemplo:
Em linha:
o Motores com baixa rotação.
o Têm grandes dimensões.
o A lubrificação é feita pelo óleo do motor (mais eficaz).
Rotativas:
o Motores com altas rotações
o São mais pequenas
o A lubrificação é feita pelo combustível (menos eficaz).
Tipos de Injecção
Os motores a Diesel dividem-se em dois grandes grupos:
Injecção Directa: o combustível é introduzido directamente no cilindro.
Injecção Indirecta: o combustível é introduzido numa pré-câmara separada que
comunica com o cilindro através de um canal com dimensões reduzidas.
Injecção Directa
Na injecção indirecta a turbulência criada pela câmara é muito superior do que na injecçãodirecta, por isso na injecção directa é necessária uma melhor pulverização do combustível. Isso
é conseguido injectando a alta pressão o combustível através de orifícios muito pequenos.
Assim os injectores utilizados na injecção directa têm vários orifícios de saída muito pequenos.
A fraca turbulência na injecção directa permite que se atinjam rapidamente temperaturas mais
elevadas, o que constitui uma vantagens pois:
Aumenta o rendimento térmico.
Diminui o consumo específico.
Melhora o arranque a frio.
A maior parte dos motores a 4 tempos Diesel por injecção directa têm a
câmara de combustão feita na cabeça do êmbolo.
Na injecção directa utilizam-se maiores taxas de compressão o que conduz a maiores
gradientes de pressão. Para além disso utiliza-se um maior excesso de ar.
Nota: Estas características são necessárias para compensar a pouca turbulência deste sistema.
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Injecção Indirecta
Os injectores deste sistema têm um único orifício e a pressão de injecção é consideravelmente
inferior do que na injecção directa (porque a turbulência é muito elevada e não existe
necessidade de grandes pressões).
O combustível é injectado na pré-câmara. Uma parte do combustível é queimada logo na pré-câmara provocando um aumento de pressão tal que o combustível por queimar é projectado
para a câmara principal onde encontra o ar necessário para completar a combustão.
Nos motores com injecção indirecta o arranque é mais difícil porque:
A turbulência é maior logo existem mais perdas de calor.
Os injectores têm um único orifício logo a pulverização é menos “fina”.
A pré-câmara faz com que exista uma maior superfície a ser refrigerada pelo sistema
de refrigeração.
Assim, os motores com injecção indirecta, possuem uma vela de incandescência (resistência
eléctrica instalada na pré-câmara) que funciona por breves momentos antes do arranque do
motor para aquecer a pré-câmara.
Nota: As velas de incandescência são também utilizadas, com o mesmo objectivo, em motores
de injecção directa
Como as pressões são menos elevadas o funcionamento é mais suave.
Este sistema consegue alcançar regimes de rotações mais altos, portanto, atinge uma potênciamaior.
O combustível utilizado na injecção directa pode ter um menor número de cetano (mais
espesso) pois não existe o problema de entupir os orifícios (como na injecção directa).
Injecção Electrónica Diesel
Nestes sistemas a dosagem e injecção de combustível são controladas electronicamente.
As principais vantagens do sistema electrónico em relação ao mecânico são:
A quantidade e o tempo de pulverização são mais precisos.
Melhor combustão e redução de poluentes.
Maior rendimento do motor.
Menor consumo.
Sistemas
Diesel Electrónico: EDC
Utiliza uma bomba injectora electrónica.
Não existe nenhuma ligação mecânica entre a bomba e o pedal do acelerador.
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A= filtro primário de combustível;
B = filtro secundário de combustível;
C = bomba de alta pressão: envia o
combustível sobpressão (2000 bar) para o
tubo de distribuição E (rail);
D = centralina (ECU-electronic control unit):
controla o suprimento de combustível aos
bicos injetores a partir de informações
recebidas de sensores (rotação, pressão
entre outros);
E = tubo distribuidor comum (Common
Rail): distribui o combustível para os bicos
injetores.
F = cooler (radiador de combustível):arrefece o combustível que retorna para o
tanque;
G = bicos injetores: são controlados
eletronicamente pela centralina D.
Mantém os componentes básicos do sistema de injecção mecânica, o início o
duração da injecção dependem da posição da cambota.
UIS
Combina a bomba injectora e o bico injector numa única unidade.
Apresenta uma unidade injectora por cada cilindro.
Common Rail
A principal vantagem que este sistema trouxe foi o
aumento de pressão.
Consiste numa bomba de alta pressão que fornece o
combustível através de uma rampa comum a todos os
injectores, o que permite fornecer uma pressãoconstante de injecção (independente do regime).
Os processos de pressurização e injecção são independentes
entre si e é possível fazer mais de uma injecção durante
a fase da expansão.
Estes sistemas utilizam injectores piezoeléctricos que, em relação
aos electromagnéticos, são muito mais rápidos (até 7 injecções por
ciclo) conseguindo misturas mais homogéneas.
Vantagens:
Menor ruído de funcionamento.
Arranque a frio quase instantâneo.
Melhoria das prestações.
Diminuição da poluição e do consumo.
Desvantagens:
O combustível tem de ter uma elevada pureza.
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Emissões Poluentes
As emissões poluentes provenientes dos motores de combustão interna são substâncias
gasosas que se libertam para a atmosfera através do sistema de escape e a através dos
diferentes sistemas de ventilação.
Os gases nocivos não resultam apenas directamente do processo de combustão. Por exemplo,
quando o motor começa a perder compressão, ou seja, quando os gases começam a passar da
câmara de combustão para o cárter, começam a sair pelo respiradouro do motor gases
perigosos.
Emissões Nocivas dos Motores a Gasolina
Para além do e do vapor de água que deveriam ser os únicos produtos presentes no
escape após a combustão temos ainda:
Monóxido de Carbono (combustão incompleta; depende do regime). Hidrocarbonetos (combustão incompleta; não depende regime).
Compostos de Chumbo (aditivos anti-detonantes).
Óxidos de Nitrogénio NOx (a diminuição da temperatura na expansão é muito rápida e
não dá tempo para o NOx se dissociar).
Emissões Nocivas dos Motores a Diesel
A mais evidente é o fumo. O fumo deve-se:
Má regulação.
Combustões incompletas, devido a existir zonas
na câmara onde a mistura é muito rica.
Infiltração de óleo na câmara de combustão
devido a mau ajuste dos segmentos.
Os motores Diesel apesar de produzirem muita fuligem
emitem menos hidrocarbonetos, monóxido de carbono
e NOx, portanto, são menos prejudiciais para o
ambiente.
A redução do nível de poluentes é conseguida por:
Corte de combustível na desaceleração.
Ponto de ignição controlado electronicamente (produz-se uma faísca mais limpa).
Válvula EGR
Catalizador
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Motores Alternativos Semestre de Verão 2010/2011
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Sonda Lambda (sensor de oxigénio colocado antes do catalisador que comunica com a
centralina de forma a controlar a quantidade de combustível a enviar para o motor).
Filtros de partículas (utilizados nos motores a diesel para eliminar a fuligem).
Ventilação do cárter (os gases do cárter são enviados para a câmara de combustão
onde se juntam aos gases resultantes da combustão).
Nota: Uma câmara de combustão bem estruturada também é fundamental, pois queima
melhor o combustível consequentemente polui menos.
Catalisador
É um dispositivo capaz de transformar (através de metais
preciosos tais platina, ródio e paládio) os três gases poluentes
mais nocivos (CO, HC e NOx) noutros compostos recicláveis peloambiente (CO2, H2O e N2).
O catalisador só tem eficácia acima dos 350 ºC, por isso deve ser
colocado o mais próximo possível do cilindro.
Para um bom funcionamento do catalisador é
fundamental utilizar gasolina sem chumbo, pois o chumbo
contamina os componentes do catalisador.
Existem 3 tipos de catalisadores:
Catalisador de oxidação
Foi o primeiro tipo a ser desenvolvido. Provoca a oxidação
do CO e do HC através da injecção de ar suplementar
antes do catalisador.
Não reduz NOx e só é aplicável a motores que funcionem
com misturas pobres.
Catalisador de 2 vias
Este tipo de catalisador é composto por 2 elementos. O primeiro (composto por ródio) reduz
em parte o NOx e o segundo (composto por platina) oxida CO e HC. Entre os dois há injecção
de ar.
Nota: Isto tem de acontecer porque para oxidar HC e CO é necessária uma mistura pobre
reduzir, contudo para reduzir o NOx é preciso uma mistura rica.
Catalisador de 3 vias
É semelhante ao anterior mas inclui uma sonda lambda. A sonda lambda envida a informaçãopara a centralina, que se necessário faz a correcção da razão de mistura.
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Válvula EGR
A válvula EGR está localizada entre os colectores de escape e de
admissão. Este sistema tem como objectivo reduzir as emissões de
NOx.
Para se reduzir o NOx é fundamental baixar a temperatura decombustão. Isto pode ser conseguido diluindo a mistura com um gás
inerte antes da combustão (os cilindros admitem um menor volume
de mistura).
O mais prático é usar uma parte dos gases de escape,
extraindo-os no colector de escape e fazendo-os recircular até
à admissão.
A EGR não funciona com o motor a frio nem com a carga
máxima.
Sistema de Refrigeração
O sistema de refrigeração tem como função manter o motor a
uma temperatura de operação adequada.
Existem dois tipos de sistema de arrefecimento:
Arrefecimento a ar.
o Vantagens:
É um sistema mais simples.
Não se evapora nem congela para as mais severas
condições de funcionamento.
o Desvantagens:
Baixo calor específico do ar.
A temperatura do motor não é uniforme
(formam-se “pontos quentes”).
Arrefecimento por líquido refrigerante.
o Aberto (antigo)
o Fechado
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A maior parte dos automóveis modernos utiliza arrefecimento por líquido refrigerante. Estes
sistemas são constituídos por:
Bomba de água
Termóstato
Radiador Ventoinha
Quando o motor está frio, o líquido arrefecimento impulsionado pela bomba movimenta-se
apenas dentro do bloco de cilindros – circuito de arrefecimento pequeno.
Quando o líquido de arrefecimento aquece, o termóstato abre passagem para o radiador –
circuito de arrefecimento grande.
Se a temperatura do líquido de arrefecimento aumentar ainda mais, o interruptor do
termóstato liga a ventoinha eléctrica do radiador.
O depósito de expansão compensa a dilatação do líquido de arrefecimento causada pela
temperatura. Desta forma o nível do líquido é mantido constante no sistema.
Para aquecer o habitáculo é utilizado um permutador de calor por onde circula o líquido de
refrigeração do motor.
Nota: Neste sistema o fluído refrigerante circula sempre sob pressão.
Sistema de lubrificação
Os objectivos do sistema de lubrificação são:
Lubrificar (para reduzir o atrito)
Arrefecer
Lavar
Proteger contra a corrosão
Vedar componentes que deslizam uns sobre
os outros (segmentos sobre as camisas).
Assim um óleo deve ter:
Elevado poder detergente e dispersante
Elevado poder antioxidante
Boa capacidade de arrefecimento
Boa capacidade de manter as suas
características com a variação da temperatura.
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Os lubrificantes podem ser:
Sólidos
Líquidos
Gasosos (menos utilizados)
Consistentes
Sistemas de lubrificação
Chapinhagem: o óleo não é filtrado. A cambota no seu movimento
“atira” óleo e lubrifica as bielas e as suas ligações.
Por densidade (ou queda): o óleo não é filtrado
Por pressão:
O óleo encontra-se no cárter (reservatório) por baixo do
bloco.
Uma bomba (accionada pela cambota) aspira o óleo do
cárter através dum filtro, fazendo-o depois passar por
outro filtro.
Após a filtragem, o óleo chega sob pressão aos locais a
lubrificar na cabeça e no bloco.
Quando a temperatura do óleo sobe em demasia eletorna-se mais viscoso e diminui a sua capacidade de
lubrificação. Assim existem radiadores para arrefecer o óleo.
Ao óleo pode ser adicionados diversos aditivos:
Anti-oxidantes
Anti-corrosivo
Ampliador de viscosidade
Anti-espumante