COMBUSTÃO INTERNA – Dimensionamento

COMBUSTÃO INTERNA – Dimensionamento
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COMPONENTES DO MOTOR - ÓRGÃOS FIXOS
BLOCO DE CILINDROS
Os materiais do bloco de cilindros incluem o ferro fundido, alumínio fundido, alumínio forjado e aço forjado,
usualmente soldado no último caso. O tipo apropriado depende principalmente das considerações do tipo
de motor e custos de fabricação vérsus a importância da economia de peso. O uso do alumínio em lugar
do ferro fundido resulta em melhor dissipação de calor e redução do peso.
CONSIDERAÇÕES PARA O PROJETO DE BLOCOS FUNDIDOS
Os princípios gerais a serem seguidos no projeto de bloco de cilindros fundidos incluem os seguintes itens:
1. As seções espessas esfriam mais lentamente do que as delgadas e mudanças abruptas na espessura
da seção devem ser evitadas sempre que possível, a fim de reduzir ao mínimo as deformações e fissuras
de contração.
2. Evitar grandes seções planas. Curvar todas as grandes seções delgadas.
3. Nervuras. O costume de adição de “nervuras” ou “almas” delgadas para melhorar à flexão usualmente
tem efeito oposto. É que a nervura age como um elevador de tensão e não deve ser usada quando se quer
elevar a resistência à flexão. Seu uso para outras finalidades como, por exemplo, resfriamento ou redução
de vibração, é permissível, contanto que a tensão adicionada não
seja crítica. A adição do material da nervura à espessura da seção é uma prática
melhor de se utilizar o material adicional.
4. Evitar furos para redução de peso, uma vez que as tensões concentra-se em
tais aberturas. O bloco de cilindros é frequentemente fundido numa peça única
com o cárter superior do motor; isto, favorece uma montagem precisa dos
elementos mecânicos internos (virabrequim, bielas e pistões).
CILINDRADA
É o volume total deslocado pelo pistão entre o P.M.I. e o P.M.S., multiplicado
pelo número de cilindros do motor. É indicada em centímetros cúbicos (cm³) e
tem a seguinte fórmula:
Exemplo 01
Tomando como exemplo o motor de um Ômega GLS (GM). De seu catálogo têm-se os seguintes dados:
Motor Dianteiro Longitudinal M.P.F.I.
Número de Cilindros à 04
Diâmetro cilindro à 86,0 mm
Curso do pistão à 86,0 mm
Taxa de Compressão à 9,2:1
CÂMARA DE COMPRESSÃO OU DE COMBUSTÃO, VOLUME MORTO
É o espaço livre que fica acima do pistão quando este se encontra no P.M.S. Nela, a mistura ar/combustível
do motor a gasolina, que entrou pela válvula de admissão, será comprimida e, após a faísca emitida pela
vela, explodirá para que a expansão dos gases movimente o pistão e dê sequência ao Funcionamento do
motor. Dependendo do grau de modernidade do motor, a câmara pode estar inserida no cabeçote ou na
cabeça dos pistões – esse último mais comumente achados. Basicamente, o volume da câmara de
combustão define a Taxa de Compressão do motor. Quanto menor for seu volume, maior será essa relação
e, consequentemente, melhor o rendimento do motor. Todos os componentes que atuam em sua formação
ou ao seu redor influenciam diretamente em sua eficiência: a posição das válvulas e o desenho dos dutos
de admissão, por exemplo.
OCTANAGEM
A octanagem mede a capacidade da gasolina de resistir à detonação, ou a sua capacidade de resistir às
exigências do motor sem entrar em auto-gnição antes do momento programado. A detonação, também
conhecida como “batida de pino”, leva à perda de potência e pode causar sérios danos ao motor,
dependendo de sua intensidade e persistência. Um combustível de octanagem n é aquele que se comporta
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como se fosse uma mistura contendo n% de isooctano e (100-n)% de n.heptano. Por convenção, o
isooctano puro tem octanagem 100 e o n.heptano puro tem octanagem zero. Hoje, alguns combustíveis
aditivados possuem octanagem superior a escala posta, é uma nova tecnologia.
Taxa de Compressão (Relação)
Relação matemática que indica quantas vezes a mistura
ar/combustível ou simplesmente o ar aspirado (no caso dos
diesel) para dentro dos cilindros pelo pistão é comprimido
dentro da câmara de combustão antes que se inicie o
processo de queima. Assim, um motor a gasolina que tenha
especificada uma taxa de compressão de 8:1, por exemplo,
indica que o volume aspirado para dentro do cilindro foi
comprimido oito vezes antes que a centelha da vela iniciasse
a combustão.
Do ponto de vista termodinâmico, a taxa de compressão é
diretamente responsável pelo rendimento térmico do motor. Assim, quanto maior a taxa de compressão,
melhor será o aproveitamento energético que o motor estará fazendo do combustível consumido. Por esse
motivo é que os motores diesel consomem menos que um similar a gasolina: funcionando com taxas de
compressão altíssimas (17:1 nos turbodiesel e até 22:1 nos diesel aspirados), geram a mesma potência
consumindo menos combustível. Há limitações físicas e técnicas para a simples ampliação da taxa. No
primeiro caso, ocorre a dificuldade de obtenção de câmaras de combustão minúsculas. Já o seguinte
apresenta restrições quanto às propriedades do combustível, i.e., técnicas, o quanto cada um “tolera” de
compressão antes de se autoinflamar (octanagem).
TAXA DE COMPRESSÃO
Corresponde à relação entre Volume da Câmara de Combustão
Cilindrada do Motor + Volume da Câmara de Combustão
chamando de V a cilindrada do motor e v o volume da câmara de combustão (volume morto), têm-se:
Exemplo 02
Tomando como exemplo o motor de um Corsa Sedan GL (GM). Do catálogo, obtêm-se
as seguintes informações:
Motor Transversal M.P.F.I. Gasolina
Cilindrada 1.6 1600 cm³
Número de Cilindros 04
Diâmetro do Cilindro 79,0 mm
Curso do Pistão 81,5 mm
Taxa de Compressão 9,4:1
Como a Taxa de Compressão já é dada, pode-se calcular então o volume da câmara de combustão v.
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Com isso pode-se concluir que a Taxa de Compressão é uma propriedade inerente ao motor (bloco,
cabeçote, pistões) e não ao combustível utilizado no mesmo.
Não se altera a Taxa de Compressão de um motor apenas modificando o tipo de combustível consumido.
Como exemplo, imagine que a altura (h) do cilindro que compões o volume morto (câmara de combustão)
tenha sido rebaixada de 0,6 mm. Qual será a nova Taxa de Compressão deste motor?
Assim, com a diminuição de 0,6 mm a Taxa de Compressão aumentará de 9,4:1 para aproximadamente
10,0:1.
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