Motores de Combustão Interna Aula 3

Motores de Combustão Interna
MCI
Aula 3 - Estudo da Combustão
Componentes Básicos dos MCI
Prof. Kaio Dutra
Combustão
• Combustão ou queima é
uma reação química exotérmica
entre
um
substância
(combustível)
e
um
gás
(comburente),
geralmente
o oxigênio, para liberar calor. Em
uma combustão, um combustível
reage com um comburente, e
como resultado se obtém
compostos resultantes da união
de ambos, além de energia.
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Estudo da Combustão
• Fatores que Influenciam na Combustão:
– Qualidade do combustível;
– Pressão e temperatura de admissão;
– Temperatura do fluido de arrefecimento;
– Percurso de chama;
– Mistura combustível-ar;
– Taxa de compressão;
– Geometria da câmara de combustão.
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Estudo da Combustão
• Motor de ignição por faísca - Otto
• Motor de ignição espontânea - Diesel
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Motores de Ignição Por Faísca
• Pouco antes do pistão atingir o PMS, no curso de
compressão, salta uma faísca, provocando o início da
reações de combustível. Forma-se uma “esfera”,
chamada de “núcleo de chama”. A superfície do
“núcleo de chama” é chamada de “frente de chama”
e se propaga por toda a câmara de combustão tendo
a sua frente à mistura não queimada e deixando para
trás gases queimados. Se a “frente de chama” não
sofrer perturbação nenhuma, teremos uma
combustão normal.
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Motores de Ignição Por Faísca
• Fatores que influem na velocidade da “frente
de chama”:
– Turbulências - aumentam o contato entre as
partículas, acelerando a reação
– Relação combustível-ar - misturas levemente ricas
provocam uma maior velocidade de propagação
– Gases residuais - a sua presença desacelera a
combustão
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Anomalias da Combustão
• Pré-ignição – A combustão se inicia antes da
faísca da vela, isto é a combustão começa
devido a pontos quentes existentes na câmara
de combustão, fazendo o combustível atingir a
temperatura de “auto-ignição”. A pré-ignição
não provoca aumento de pressão e sim
aumento de temperatura, causando a fusão
da cabeça do pistão sem qualquer ruído.
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Anomalias da Combustão
• Detonação (“batida de pino”) - À medida que a
“frente de chama” avança, a pressão e a
temperatura na câmara vão aumentando, o que
pode levar a temperatura de “auto-ignição”,
provocando a queima espontânea de uma grande
parcela da mistura, provocando um aumento
brusco na pressão e temperatura, o que causa a
formação de ondas de choque, que fazem vibrar
as paredes da câmara, provocando um ruído
audível chamado de “batida de pino”.
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Motor de ignição espontânea - Diesel
• Antes do pistão atingir o PMS, no curso de
compressão, o injetor começa a introduzir
combustível pulverizado, que é misturado com
o ar, que está com uma temperatura superior
a temperatura de “auto-ignição”, absorvendo
calor, vaporizando e sofrendo as reações
preliminares, provocando o início da
combustão.
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Combustíveis
• Os motores de combustão interna podem ser
operados com vários tipos diferentes de
combustíveis, incluindo materiais líquidos,
gasosos e mesmo sólidos. O caráter do
combustível usado pode ter considerável
influência sobre o projeto, potência,
eficiência, consumo e, em muitos casos,
confiabilidade e durabilidade do motor.
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Poder Calorífico
• A cada uma das reações elementares de
combustão completa está associada uma
quantidade de calor liberada característica,
denominada calor de reação. Em geral, para
os combustíveis industriais, costuma-se
determinar, experimentalmente, a quantidade
de calor liberada (poder calorífico) por uma
amostra, mediante a realização de ensaio em
laboratório, sob condições padronizadas.
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Octanagem
• A octanagem mede a capacidade do
combustível de resistir à detonação, ou a sua
capacidade de resistir às exigências do motor
sem entrar em auto-ignição antes do
momento programado. A detonação leva à
perda de potência e pode causar sérios danos
ao motor, dependendo de sua intensidade e
persistência.
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Volatilidade
• É a tendência de um líquido a evaporar-se. A
volatilidade afeta o desempenho do motor
através de sua influência sobre o grau de
evaporação do combustível nos coletores de
admissão e nos cilindros, antes e durante a
combustão.
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Volatilidade
• É a tendência de um líquido a evaporar-se. A
volatilidade afeta o desempenho do motor
através de sua influência sobre o grau de
evaporação do combustível nos coletores de
admissão e nos cilindros, antes e durante a
combustão.
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Relação Ar-Combustível
• Para a combustão completa de cada partícula
de combustível, requer-se, da mistura, de
acordo sua composição química, uma
determinada quantidade de oxigênio, ou seja,
de ar.
Relação
Ar/Combustível
Gasolina
Etanol
14,5:1
9:1
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Relação de Ar
• Se estabelece a relação entre a quantidade
real de ar (Ar) e a teórica (Am) tem-se a
relação:
λ = Ar/ Am
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Combustão
• Combustão Rica (λ<1)
– A mistura ar/combustível, quando está com
excesso de combustível, é chamada de mistura
rica e caracteriza-se por apresentar, além de CO2e
do H2O, outros produtos, tais como CO e H.
• Combustão Pobre (λ>1)
– A mistura ar/combustível, quando há excesso de
ar, é chamada mistura pobre.
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Relação de Ar
• No motor Otto, fica entre 0,9 e 1,3.
• No motor Diesel a plena carga, normalmente,
não é inferior a 1,3 e com o aumento da carga
pode subir bastante.
• A quantidade de ar teórico, Am, pode ser
calculada em função da composição química
do combustível.
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Sonda Lambda
• A sonda lambda, sensor de oxigênio, sensor de
O2, por vezes também chamado sensor EGO (do
inglês exhaust gas oxygen), é um dispositivo que
envia um sinal elétrico à injeção eletrônica do
automóvel indicando a presença de oxigênio nos
gases de escape, possibilitando o controle da
quantidade de combustível a enviar para o motor.
• Lambda refere-se à letra grega que os técnicos
utilizam para descrever o volume de ar na
mistura combustível-ar e que tem o valor 1
quando é atingida a relação ideal.
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Sonda Lambda
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Componentes Básicos de um MCI
• Partes Fixas
– BLOCO DO MOTOR
– CABEÇOTE
– CARTER
• Partes Móveis
–
–
–
–
–
–
PISTÃO
BIELA
VIRABREQUIM
EIXO COMANDO DE VÁLVULAS
VÁLVULAS
CONJUNTO DE ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS
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BLOCO DO MOTOR
• É o motor propriamente dito, onde são usinados
os cilindros ou os furos para a colocação destes;
• Na parte inferior do bloco estão os alojamentos
dos mancais centrais, onde se apóia o eixo de
manivelas (virabrequim).
• Para além de alojar os cilindros, onde se
movimentam os pistões, o bloco motor suporta
duas outras peças: a cabeça do motor na parte
superior e o cárter na parte inferior.
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BLOCO DO MOTOR
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CABEÇOTE
• É uma espécie de tampa do motor contra a
qual o pistão comprime a mistura, no caso do
ciclo Otto, ou o ar, no caso do Diesel.
Geralmente possui furos com roscas onde são
instaladas as velas de ignição ou os bicos
injetores e onde estão instaladas as válvulas
de admissão e escape com os respectivos
dutos.
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CABEÇOTE
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CARTER
• Parte inferior do bloco, cobrindo os
componentes inferiores do motor, e onde está
depositado o óleo lubrificante;
• O cárter é um recipiente metálico que protege
e assegura a lubrificação;
• Deve o seu nome ao engenheiro inglês J.
Harrisson Carter que o propôs durante uma
exposição das bicicletas.
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CARTER
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PISTÃO
• É a parte móvel da câmara de combustão,
recebe a força de expansão dos gases
queimados, transmitido-a à biela, por
intermédio de um pino de aço (pino do
pistão). É em geral fabricado em liga de
alumínio.
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PISTÃO
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SEGUIMENTOS DO PISTÃO
• Face ao forte atrito que tal provocaria a solução
encontrada foi deixar uma pequena folga entre o
pistão e o cilindro tende aquele um menos
diâmetro e colocando uns anéis, também
chamados segmentos ou aros do êmbolo, em
volta do pistão assegurando o isolamento
necessário. Esta folga garante ainda espaço para
que o pistão se possa dilatar com o aquecimento
do motor sem aderir ao cilindro envolvente
ficando impedido de se movimentar.
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BIELA
• Braço de ligação entre o pistão e o eixo
de manivelas; recebe o impulso do
pistão, transmitindo-o ao eixo de
manivelas (virabrequim). É importante
salientar que o conjunto bielavirabrequim transforma o movimento
retilíneo do pistão em movimento
rotativo do virabrequim.
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Pistão e Biela
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VIRABREQUIM
• Eixo motor propriamente dito, o qual, na
maioria das vezes, é instalado na parte
inferior do bloco, recebendo ainda as
bielas que lhe imprimem movimento.
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EIXO COMANDO DE VÁLVULAS
• A função deste eixo é abrir as válvulas de
admissão e escape, respectivamente, nos
tempos de admissão e escapamento. É
acionado pelo eixo de manivelas, através de
engrenagem, corrente ou ainda, correia
dentada. É dotado de ressaltos que elevam o
conjunto: tucho, haste, balancim abrindo as
válvulas no momento oportuno.
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VÁLVULAS
• Existem dois tipos: de admissão e de escape.
A primeira abre-se para permitir a entrada
da mistura combustível/ar (ou ar puro,
conforme o caso) no interior do cilindro. A
outra, de escape, abre-se para dar saída aos
gases queimados.
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CONJUNTO DE ACIONAMENTO DAS
VÁLVULAS
• Compreende o tucho e uma haste, que o interliga
ao balancim, apoiando-se diretamente sobre a
válvula. No momento em que o eixo comando de
válvulas gira, o ressalto deste aciona o tucho, que
por sua vez move a haste, fazendo com que o
balancim transmita o movimento à válvula,
abrindo-a. Há um conjunto destes (tucho, haste,
balancim) para cada ressalto, i. e., um para cada
válvula, tanto de admissão quanto de escape.
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Comando de Válvula
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