Motores de Combustão InternaMCI

Prof. Kaio Dutra

Aula 3 - Estudo da Combustão Componentes Básicos dos MCI

Combustão

• Combustão ou queima éuma reação química exotérmicaentre um substância(combustível) e um gás(comburente), geralmente(comburente), geralmenteo oxigênio, para liberar calor. Emuma combustão, um combustívelreage com um comburente, ecomo resultado se obtémcompostos resultantes da uniãode 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;

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– Temperatura do fluido de arrefecimento;

– Percurso de chama;

– Mistura combustível-ar;

– Taxa de compressão;

– Geometria da câmara de combustão.

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 decompressão, salta uma faísca, provocando o início dareações de combustível. Forma-se uma “esfera”,chamada de “núcleo de chama”. A superfície do“núcleo de chama” é chamada de “frente de chama”

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“núcleo de chama” é chamada de “frente de chama”e se propaga por toda a câmara de combustão tendoa sua frente à mistura não queimada e deixando paratrás gases queimados. Se a “frente de chama” nãosofrer perturbação nenhuma, teremos umacombustão normal.

Motores de Ignição Por Faísca

• Fatores que influem na velocidade da “frentede chama”:

– Turbulências - aumentam o contato entre aspartículas, acelerando a reação

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partículas, acelerando a reação

– Relação combustível-ar - misturas levemente ricasprovocam uma maior velocidade de propagação

– Gases residuais - a sua presença desacelera acombustão

Anomalias da Combustão

• Pré-ignição – A combustão se inicia antes dafaísca da vela, isto é a combustão começadevido a pontos quentes existentes na câmarade combustão, fazendo o combustível atingir a

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de combustão, fazendo o combustível atingir atemperatura de “auto-ignição”. A pré-igniçãonão provoca aumento de pressão e simaumento de temperatura, causando a fusãoda cabeça do pistão sem qualquer ruído.

Anomalias da Combustão

• Detonação (“batida de pino”) - À medida que a“frente de chama” avança, a pressão e atemperatura na câmara vão aumentando, o quepode levar a temperatura de “auto-ignição”,provocando a queima espontânea de uma grandeprovocando a queima espontânea de uma grandeparcela da mistura, provocando um aumentobrusco na pressão e temperatura, o que causa aformação de ondas de choque, que fazem vibraras paredes da câmara, provocando um ruídoaudível chamado de “batida de pino”.

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Motor de ignição espontânea - Diesel

• Antes do pistão atingir o PMS, no curso decompressão, o injetor começa a introduzircombustível pulverizado, que é misturado como ar, que está com uma temperatura superior

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o ar, que está com uma temperatura superiora temperatura de “auto-ignição”, absorvendocalor, vaporizando e sofrendo as reaçõespreliminares, provocando o início dacombustão.

Combustíveis

• Os motores de combustão interna podem seroperados com vários tipos diferentes decombustíveis, incluindo materiais líquidos,gasosos e mesmo sólidos. O caráter dogasosos e mesmo sólidos. O caráter docombustível usado pode ter considerávelinfluência 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 decombustão completa está associada umaquantidade de calor liberada característica,denominada calor de reação. Em geral, paradenominada calor de reação. Em geral, paraos combustíveis industriais, costuma-sedeterminar, experimentalmente, a quantidadede calor liberada (poder calorífico) por umaamostra, mediante a realização de ensaio emlaboratório, sob condições padronizadas.

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Octanagem

• A octanagem mede a capacidade docombustível de resistir à detonação, ou a suacapacidade de resistir às exigências do motorsem entrar em auto-ignição antes dosem entrar em auto-ignição antes domomento programado. A detonação leva àperda de potência e pode causar sérios danosao motor, dependendo de sua intensidade epersistência.

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Volatilidade

• É a tendência de um líquido a evaporar-se. Avolatilidade afeta o desempenho do motoratravés de sua influência sobre o grau deevaporação do combustível nos coletores deevaporação do combustível nos coletores deadmissão e nos cilindros, antes e durante acombustão.

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Volatilidade

• É a tendência de um líquido a evaporar-se. Avolatilidade afeta o desempenho do motoratravés de sua influência sobre o grau deevaporação do combustível nos coletores deevaporação do combustível nos coletores deadmissão e nos cilindros, antes e durante acombustão.

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Relação Ar-Combustível

• Para a combustão completa de cada partículade combustível, requer-se, da mistura, deacordo sua composição química, umadeterminada quantidade de oxigênio, ou seja,determinada quantidade de oxigênio, ou seja,de ar.

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Gasolina Etanol

Relação Ar/Combustível

14,5:1 9:1

Relação de Ar

• Se estabelece a relação entre a quantidadereal 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 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 cargapode subir bastante.pode subir bastante.

• A quantidade de ar teórico, Am, pode ser

calculada em função da composição químicado combustível.

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Sonda Lambda

• A sonda lambda, sensor de oxigênio, sensor deO2, por vezes também chamado sensor EGO (doinglês exhaust gas oxygen), é um dispositivo queenvia um sinal elétrico à injeção eletrônica doautomóvel indicando a presença de oxigênio nosgases de escape, possibilitando o controle daautomóvel indicando a presença de oxigênio nosgases de escape, possibilitando o controle daquantidade de combustível a enviar para o motor.

• Lambda refere-se à letra grega que os técnicosutilizam para descrever o volume de ar namistura combustível-ar e que tem o valor 1quando 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• 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 usinadosos cilindros ou os furos para a colocação destes;

• Na parte inferior do bloco estão os alojamentosdos mancais centrais, onde se apóia o eixo dedos mancais centrais, onde se apóia o eixo demanivelas (virabrequim).

• Para além de alojar os cilindros, onde semovimentam os pistões, o bloco motor suportaduas outras peças: a cabeça do motor na partesuperior 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 aqual o pistão comprime a mistura, no caso dociclo Otto, ou o ar, no caso do Diesel.Geralmente possui furos com roscas onde sãoGeralmente possui furos com roscas onde sãoinstaladas as velas de ignição ou os bicosinjetores e onde estão instaladas as válvulasde admissão e escape com os respectivosdutos.

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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 • 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 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 soluçãoencontrada foi deixar uma pequena folga entre opistão e o cilindro tende aquele um menosdiâmetro e colocando uns anéis, tambémchamados segmentos ou aros do êmbolo, em

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chamados segmentos ou aros do êmbolo, emvolta do pistão assegurando o isolamentonecessário. Esta folga garante ainda espaço paraque o pistão se possa dilatar com o aquecimentodo motor sem aderir ao cilindro envolventeficando impedido de se movimentar.

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BIELA

• Braço de ligação entre o pistão e o eixode manivelas; recebe o impulso dopistão, transmitindo-o ao eixo demanivelas (virabrequim). É importantemanivelas (virabrequim). É importantesalientar que o conjunto biela-virabrequim transforma o movimentoretilíneo do pistão em movimentorotativo 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 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,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 interligaao balancim, apoiando-se diretamente sobre aválvula. No momento em que o eixo comando deválvulas gira, o ressalto deste aciona o tucho, queválvulas gira, o ressalto deste aciona o tucho, quepor sua vez move a haste, fazendo com que obalancim transmita o movimento à válvula,abrindo-a. Há um conjunto destes (tucho, haste,balancim) para cada ressalto, i. e., um para cadaválvula, tanto de admissão quanto de escape.

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Comando de Válvula

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