Exemplos: Máquinas Térmicas I Prof. Eduardo Loureiro Motores de combustão por compressão (DIESEL).

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1 Motor Diesel de 6 cilindros em linha. O desenho indica que os motores Diesel são geralmente bem mais robustos que os motores de ignição por centelha pois os níveis de tensão a que são submetidos são substancialmente maiores devido aos altos níveis de pressão. O volume deslocado é de 10 litros, a taxa de compressão de 16,3 e normalmente estes motores são turbo-comprimidos. O combustível é injetado diretamente no interior da câmara de combustão. Heywood, 1988

2 Motor de automóvel Diesel de 4 cilindros em linha. Overhead-cam design. Os motores menores operam a velocidades maiores., portanto, o tempo disponível para o processo de combustão é menor. O sistema de injeção deve garantir que a mistura ar-combustível ocorra mais rapidamente. Para isto, utiliza-se a injeção indireta de combustível. Combustível é injetado dentro de uma câmara de combustão auxiliar que é separada da câmara principal por uma restrição (nozzle). Nos últimos estágios do curso de compressão, ar é forçado através da restrição do cilindro para a pré-câmara a alta velocidade. O combustível é injetado dentro desta pré-câmara com um alto nível de turbulência e taxas bem altas de mistura (ar-combustível) são conseguidas. A combustão começa na pré-câmara, e o aumento de pressão resultante força os gases em combustão, combustível e ar para dentro da câmara principal. Como este fluxo de saída da pré-câmara é bem vigoroso, o rápido processo de mistura e queima ocorre também dentro da câmara principal. Motor Volkswagen Diesel, 4 cilindros, aspirado. Cilindrada: 1,47 litros, curso: 80mm, Diâm: 76,5mm, razão de compressão: 23, potência 37 kw a 5000 rpm. Heywood, 1988

3 Motor Turbo de injeção direta, quatro tempos, Caterpillar, 6 cilindros em linha. Diâm.: 137,2mm, curso: 165,1mm, potência kw a rpm. Heywood, 1988

4 Existem motores Diesel bastante grandes, usados para propulsão naval ou geração de eletricidade. Operam no ciclo de dois tempos, em contraste com os motores menores mostrados anteriormente. A figura mostra um motor naval Sulzer, dois tempos, turbocomprimido, disponível com 4 a 12 cilindros, diâmetro 840mm, curso 2900mm, potência de 1,9 MW por cilindro a 78 rev/min. A troca de gás entre os ciclos é feita primeiro abrindo a válvula de exaustão e então o pistão descobre as portas de admissão na lateral do cilindro. Heywood, 1988

5 The Wartsila-Sulzer RTA96-C turbocharged two-stroke diesel engine is the most powerful and most efficient prime-mover in the world today. The Aioi Works of Japan's Diesel United, Ltd built the first engines and is where some of these pictures were taken. It is available in 6 through 14 cylinder versions, all are inline engines. These engines were designed primarily for very large container ships. Ship owners like a single engine/single propeller design and the new generation of larger container ships needed a bigger engine to propel them. The cylinder bore is just under 38" (96.5 cm) and the stroke is just over 98 (249 cm). Each cylinder displaces 111,143 cubic inches (1820 liters) and produces 7780 horsepower. Total displacement comes out to 1,556,002 cubic inches (25,480 liters) for the fourteen cylinder version.

6 Some facts on the 14 cylinder version: Total engine weight: 2300 tons (The crankshaft alone weighs 300 tons.) Length: 89 feet Height: 44 feet Maximum power: 108,920 hp at 102 rpm Maximum torque: 5,608,312 lb/ft at 102rpm Fuel consumption at maximum power is lbs per hp per hour (Brake Specific Fuel Consumption). Fuel consumption at maximum economy is lbs/hp/hour. At maximum economy the engine exceeds 50% thermal efficiency. That is, more than 50% of the energy in the fuel in converted to motion. For comparison, most automotive and small aircraft engines have BSFC figures in the lbs/hp/hr range and 25-30% thermal efficiency range. Even at its most efficient power setting, the big 14 consumes 1,660 gallons of heavy fuel oil per hour.

7 The internals of this engine are a bit different than most automotive engines. The top of the connecting rod is not attached directly to the piston. The top of the connecting rod attaches to a "crosshead" which rides in guide channels. A long piston rod then connects the crosshead to the piston. I assume this is done so the the sideways forces produced by the connecting rod are absorbed by the crosshead and not by the piston. Those sideways forces are what makes the cylinders in an auto engine get oval-shaped over time.

8 Installing the "thin-shell" bearings. Crank & rod journals are 38" in diameter and 16" wide:

9 The crank sitting in the block (also known as a "gondola-style" bedplate). This is a 10 cylinder version.

10 A piston & piston rod assembly. The piston is at the top. The large square plate at the bottom is where the whole assembly attaches to the crosshead:

11 The "spikes" on the piston rods are hollow tubes that go into the holes you can see on the bottom of the pistons (left picture) and inject oil into the inside of the piston which keeps the top of the piston from overheating. Some high-performance auto engines have a similar feature where an oil squirter nozzle squirts oil onto the bottom of the piston.

12 The cylinder deck (10 cylinder version). Cylinder liners are die-cast ductile cast iron. Look at the size of those head studs!:

13 The first completed 12 cylinder engine:

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