PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAISEngenharia Mecnica linha de formao Mecatrnica

Mateus Felipe da Silva Ferreira

RELATRIO DE LABORATRIO DE SISTEMAS TRMICOS:MOTORES DE COMBUSTO INTERNA

Belo Horizonte2014INTRODUOMotor de combusto interna uma mquina trmica, que transforma a energia proveniente de uma reao qumica em energia mecnica. O processo de converso se d atravs de ciclos termodinmicos que envolvem expanso, compresso e mudana de temperatura de gases.So considerados motores de combusto interna aqueles que utilizam os prprios gases de combusto como fluido de trabalho. Ou seja, so estes gases que realizam os processos de compresso, aumento de temperatura, expanso e finalmente exausto.Os motores so classificados quanto a forma de ignio, quanto ao tipo de combustvel, quanto ao nmero e disposio dos cilindros, quanto a forma de introduo do combustvel, quanto ao sistema de arrefecimento, dentre outros parmetros. Em motores de combusto interna, o combustvel comprimido por um pisto dentro de um cilindro, juntamente com ar aspirado do ambiente. A mistura formada entre o combustvel e o ar queimada, produzindo presses elevadas, e ento se expande. A expanso da mistura queimada gera o movimento do pisto, que atravs de uma caixa de reduo transmite o movimento para as rodas do veculo.

FUNCIONAMENTO DO MOTOR CICLO OTTO.O motor a combusto interna ciclo Otto uma mquina que trabalha com os princpios da termodinmica e com os conceitos de compresso e expanso de fluidos gasosos para gerar fora e movimento rotativo. Criado e patenteado por Nikolaus August Otto, por volta do ano de 1866, este motor funciona com um ciclo de quatro tempos e os mesmos princpios at os dias atuais.Esta mquina geradora de fora motriz vem evoluindo gradativamente com o avano da tecnologia e novos estudos aplicados a materiais e combustveis com o objetivo de deix-lo com uma eficincia energtica maior. O motor de combusto interna uma mquina que absorve ou admite o ar da atmosfera, o combustvel do tanque, une estes dois elementos formando a mistura proporcional de ar mais combustvel o mais ideal possvel e comprime a mesma em um local denominado cmara de combusto. Depois que esta mistura est comprimida pelo pisto na cmara de combusto o sistema de ignio, sincronizado com o motor, gera uma centelha eltrica nas velas que esto rosqueadas dentro da cmara inflamando a mistura, gerando uma exploso e consequentemente um deslocamento de massa empurrando o pisto para baixo e gerando fora, torque e movimento rotativo. Quando este processo ocorre finalizado com a expulso dos gases queimados para fora do motor. Assim o ciclo de quatro tempos formado. 1 tempo do motor, admisso: o motor est desligado pronto para receber o movimento inicial do motor de partida que est acoplado ao motor combusto. Neste mesmo momento o pisto que est ligado biela e posteriormente ao virabrequim em uma posio na qual conhecemos como P.M.S., ponto morto superior, o curso mximo que o pisto alcana ao subir dentro do cilindro. Tambm o eixo virabrequim que est ligado e sincronizado com o eixo comando de vlvulas atravs de uma correia dentada, pode nos dizer que a parte de baixo do motor que corresponde as peas que estejam dentro do bloco como virabrequim, bielas e pistes esto sincronizados com a parte de cima do motor que corresponde ao cabeote e suas peas. Quando o motor de arranque que se acopla ao volante do motor que tambm est ligado ao virabrequim ligado o motor de combusto interna comea a girar. O virabrequim girando comea a movimentar a biela e consequentemente o pisto que est no P.M.S. e desce para o P.M.I., ponto morto inferior, que o curso mximo que o pisto alcana ao descer dentro do cilindro. Como o virabrequim est ligado ao comando de vlvulas, este por sua vez comea a acionar, atravs do came, a vlvula de admisso no cabeote permitindo a passagem de ar e combustvel vindos do coletor de admisso passando pelos dutos internos do cabeote. Desta maneira o pisto que est descendo cria uma suco e aspira o ar mais combustvel para o interior do cilindro at que o pisto chegue ao P.M.I. completando o 1 tempo e 180 graus, meia volta do motor.

Figura 1: Admisso

2 tempo do motor, compresso: quando o pisto inverte o sentido de movimento comea a subir do P.M.I. em direo ao P.M.S. dando incio ao segundo tempo do motor. A medida que o virabrequim vai girando empurrando a biela e consequentemente o pisto para a parte superior do cilindro, a mistura de ar mais combustvel vai sendo comprimida no interior do cilindro e o comando de vlvula que antes tinha o seu ressalto ou came pressionando a vlvula descer agora passa por ela e mola de vlvula retorna a mesma vedando a parte interna do cilindro. Devemos observar que existe uma determinada folga dimensional entre cilindro e pisto para que o mesmo possa deslizar dentro do cilindro, porm, a mistura no pode escapar por esta folga entrando em cena a atuao dos anis de segmento que vedam esta passagem. Quando o pisto chega ao seu curso mximo, P.M.S., a mistura est toda comprimida sem ter por onde escapar, pois as vlvulas esto fechadas e os anis vedando, ento todo o volume aspirado no tempo anterior agora est pressurizado na cmara de combusto finalizando o segundo tempo e completando uma volta completa do virabrequim 360.

Figura 2: Compresso

3 tempo do motor, Exploso: agora com o fim do segundo tempo o pisto no tem outra sada a no ser de inverter novamente o sentido de movimento do P.M.S. para o P.M.I., s que agora contando com uma fora extra. A mistura comprimida na cmara de combusto recebe uma centelha ou fasca da vela, ocorre um deslocamento de massa devido exploso dentro da cmara, o pisto forado a descer empurrado pela expanso dos gases, com isso, o pisto se desloca do P.M.S. para o P.M.I., mantendo ainda as vlvulas do cabeote fechadas, j que o comando de vlvulas no est com nenhum ressalto tocando as vlvulas. Na verdade, o terceiro tempo do motor considerado o principal tempo porque neste tempo que o motor gera fora motriz e torque que ser transmitido as rodas por meio de rotao. Quando o pisto chega ao ponto morto inferior P.M.I. encerra-se o terceiro tempo do motor e o virabrequim completa uma volta e meia 540.

Figura 3: Exploso

4 tempo do motor, escape: agora a vez de colocar os gases resultantes da queima para fora do motor. Neste caso, temos o pisto no fim do terceiro tempo na posio P.M.I., pronto para iniciar o quarto tempo. O comando de vlvulas est sincronizado com o virabrequim e o seu ressalto comea a tocar a vlvula de escape e o pisto comea a subir empurrando a mistura queimada em direo dos dutos do cabeote e coletor de escape. Quando o pisto alcana o P.M.S. os gases que se encontravam dentro do cilindro foram expulsos para fora limpando o cilindro, o comando de vlvulas encerra sua ao sobre a vlvula de escape. Neste momento se encerra o quarto tempo com o motor completando duas voltas 720. Assim o ciclo completo do motor quatro tempos ciclo Otto. No final do quarto tempo do motor o pisto se encontra em P.M.S., exatamente pronto para se iniciar o primeiro tempo novamente quando o mesmo se deslocar para o P.M.I. com o ressalto ou came do comando abrindo a vlvula de admisso, e assim por diante, dando continuidade a todos os tempos do motor de combusto interna ciclo Otto.

Figura 4: Escape

COMPONENTES DO MOTORBloco do Motor a maior parte do motor e sustenta todas as outras partes. O bloco feito de metal fundido, normalmente uma liga de ferro ou alumnio. A Figura 5 mostra uma vista em corte de um bloco bsico com as partes instaladas.

Figura 5: Bloco do motorOs cilindros so largos furos arredondados feitos atravs do bloco. Os pistes se ajustam nos cilindros. Os cilindros so ligeiramente mais largos que os pistes, permitindo a estes deslizarem livremente para cima e para baixo.O topo do bloco usinado plano, e unido por parafusos ao cabeote docilindro. O topo do bloco permite a passagem de leo, para a lubrificao do motor, e de gua (ou ar), para seu resfriamento, passagens de fluido de resfriamento so tambm encontradas atravs de todo o bloco, chamadas camisas de gua. Por um furo feito na parte inferior do bloco passa o eixo virabrequim.Sistema Cabeote do Cilindro e Junta do CabeoteO cabeote do cilindro parte do motor que cobre o bloco. Na superfcie inferior do cabeote do cilindro so encontradas cavidades na direo dos cilindros que formam com o topo dos pistes as cmaras de combusto. No cabeote tambm se localizam as velas de ignio, para o caso de motores a gasolina, e os bicos injetores de combustvel, para o caso de motores diesel. O cabeote tambm contm aberturas chamadas janelas de admisso e janelas de exausto. Atravs das janelas de admisso a mistura ar-combustvel, para motores a gasolina, ou ar simplesmente, para motores diesel, admitida(o) para o cilindro. A mistura queimada deixa o cilindro atravs da janela de exausto. No cabeote do cilindro tambm encontram-se furos destinados a guiar o movimento das vlvulas de admisso e exausto. As superfcies das janelas de admisso e exausto so usinadas de maneira a assentar as vlvulas, garantindo que a passagem de mistura seja lacrada quando as vlvulas esto fechadas.

Figura 6: Cabeote e Junta do cabeote

Uma placa fina de metal, chamada gaxeta, colocada na juno entre o cabeote do cilindro e o bloco do motor para fins de vedao. Gaxetas so tambm utilizadas nas junes entre o cabeote do cilindro e as tubulaes de admisso e escapamento. Atravs da tubulao de admisso o ar, para o caso de motores diesel, ou a mistura ar-combustvel, para o caso de motores a gasolina, tem acesso ao cilindro. A mistura queimada deixa o cilindro atravs da tubulao de escape.

CarterO crter a parte inferior do bloco. O crter abriga o eixo de manivelas e tambm, em alguns casos, o eixo de comando das vlvulas. O crter tambm serve como um reservatrio de leo lubrificante.

Figura 7: CrterEixo de VirabrequimO eixo virabrequim responsvel por converter o movimento vertical do pisto em movimento de rotao, e tambm comanda o movimento do eixo de comando de vlvulas. O Virabrequim gira no interior do crter, e projetada de acordo com o nmero de cilindros do motor. Apresenta partes descentralizadas, onde as bielas so fixadas, que determinam a distncia entre o ponto morto superior e o ponto morto inferior. O virabrequim tambm apresenta contrapesos para evitar o surgimento de vibraes.

Figura 8: Eixo virabrequimPistesOs pistes transferem a potncia gerada pela combusto para a biela e ao eixo de manivelas. Os pistes so unidos s bielas atravs de pinos, e o contato com a parede lateral do cilindro feito atravs de anis. O topo do pisto a parte mais exposta ao calor e presso da combusto. O formato do topo do pisto combina com a geometria do cabeote do cilindro para formar a cmara de combusto. O topo do pisto pode ser reto, cncavo, convexo ou apresentar outra geometria dentro de uma variedade, sempre visando facilitar o processo de combusto. Os pistes apresentam ranhuras laterais para abrigar os anis, um furo radial feito para o pino que une o pisto biela. A parte inferior do pisto chamada saia do pisto. Geralmente so feitos de ferro fundido ou de ligas de alumnio.Os anis do pisto, tambm denominados anis de segmento, so fixados em ranhuras feitas na lateral dos pistes, na parte superior. Os pistes geralmente apresentam trs segmentos de anis. Os dois anis superiores tm a incumbncia de evitar perdas da potncia gerada na combusto e impedir a passagem da mistura ar-combustvel para o crter atravs do espaamento entre o pisto e o cilindro. O terceiro anel tem a tarefa de selar a passagem de leo do crter para a cmara de combusto. Os anis apresentam uma separao, que permite sua montagem no pisto e lhes d uma tendncia a se abrirem, pressionando-os contra a parede do cilindro e melhorando a vedao.

Figura 9: Pisto, anis de segmento e bielaBielaA biela a pea que transmite o movimento do pisto e a potncia gerada pela combusto ao eixo virabrequim durante a expanso. A biela tambm permite movimento ao pisto durante os processos de exausto, admisso e compresso. Consiste de uma haste de ao forjado com dois furos nos extremos. conectada ao pisto atravs de um pino que passa atravs do furo menor. O furo maior constitudo por um mancal fixado por parafusos, que envolve um dos pinos excntricos do eixo de manivelas.

Figura 10: BielaVolante de Inercia constitudo por uma massa de ferro fundido e fixado no virabrequim. Acumula a energia cintica, propiciando uma velocidade angular uniforme no eixo de transmisso do motor. O volante absorve energia durante o tempo til de cada pisto (expanso devido exploso do combustvel), liberando-a nos outros tempos do ciclo (quando cada pisto no est no tempo de potncia), concorrendo com isso para reduzir os efeitos de variao do tempo do motor.

Figura 11: Eixo Vilabrequim.VlvulasExistem dois tipos de vlvulas: de admisso e de escape. Elas so acionadas por um sistema de comando de vlvulas.O eixo de comando das vlvulas tem a funo de comandar a abertura e o fechamento das vlvulas nos momentos adequados. Consiste de um eixo com partes ovais, chamados excntricos ou cames, com as quais as alas fazem contato. O nmero de cames no eixo igual ao nmero de vlvulas. medida que o eixo gira, os cames deslocam as alas, em um movimento vertical. O movimento das alas transmitido atravs das hastes e braos para as vlvulas. Quando a parte mais protuberante do came, chamada lbulo, faz contato com a ala, esta se encontra em sua posio superior, e a vlvula atinge sua abertura mxima. As molas fazem com que as vlvulas retornem sua posio de fechamento. A posio fechada da vlvula corresponde ala em seu nvel inferior, em contato com o prolongamento circular do came. A Figura 11 d nfase ao movimento do came.

Figura 12: Vlvulas de Admisso e Escapamento

Figura 13: Comando de Vlvula.

4 Definio Dados Calculados do MotorMotor 1Motor 2

CicloOTTOOTTO

Tempos44

Cilindros44

Vlvulas por cilindro22

Vlvulas Totais88

Dimetro do Cilindro [mm]75,9 / 83,657,2 / 75,9

Dimetro do Pisto [mm]75,5075,30

Tipo de motorSubquadradoSubquadrado

Volume deslocado [ml]378,25258,80

Volume da Cmara de Combusto [ml]37,0021,00

Dimetro da vlvula de admisso [mm]36,4036,40

Dimetro da vlvula de escape [mm]31,0029,70

Taxa de Compresso11,22 : 113,22 : 1

CombustvelGasolinaEtanol

Dimetro da Borboleta [mm]41,7038,00

Sistema de AlimentaoMultiponto com bico injetor no duto do sistema de admissoMultiponto com bico injetor no duto do sistema de admisso

Sistema de IgnioBobina de ignio Esttica duplaBobina de ignio Esttica dupla

Roda Fnica58 + 258 + 2

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

FLRES, L.F.V. Sistemas Trmicos I. Apostila. Escola Federal de Engenharia de Itajub. MG.

Rocha, Gionei. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR A COMBUSTO INTERNA CICLO OTTO. Disponvel em