Na primeira categoria dos motores a combustão interna, podemos distinguir:

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1 Capitulo 1 RECORDATORIO DAS DIFERENTES CLASES DE MOTORES TERMICOS Alguns terminos dos motores Português Inglês Francês Bloco Crank case Carter cylindres Cilindro Cylinder Cylindre Pistão Piston Piston Biela Connecting rod Bielle Virabrequim Crankshaft Vilebrequin Volante Flywheel Volant d inertie Cabeçote Cylinder head Culasse Carter de oleo Oil sump Carter d huile Válvula Valve Soupape Mola de válvula Valve spring Ressort de soupape Guia de válvula Valve guide Guide soupape Junta de cabeçote Cylinder head gasket Joint de culasse Anel Ring Segment Pino do pistão Piston pin Axe piston Eixo de comando de válvulas Camshaft Arbre à cames Mancal de biela Crankpin Maneton Mancal do virabrequim Main bearing Tourillons Vela Spark plug Bougie Coletor de admissão Inlet manifold Tubulure d admission Diâmetro do cilindro Bore Alésage Tampa de válvulas Rocker-arm cover plate Cache-culbuteur Tucho Tappet Poussoir de culbuteur Vareta Push-rod Tige de culbuteur Camisa úmida Chemise humide Curso Stroke Course Balancim Rocker-arm Culbuteur Coletor de escape Exhaust manifold Collecteur d échapement Casquillo Coussinets I.1. Introdução Distinguimos geralmente dois tipos de motores de combustão: - Os motores a combustão interna: Nos quais os produtos de combustão são eles mesmos o fluido de trabalho. -Os motores a combustão externa: Nos quais o calor liberado por uma combustão e transferido a um fluido intermediário (ar, hidrogênio, Helio, vapor de água, fluido orgânico,...) que constitui o fluido gerador do trabalho mecânico. Em esta categoria entram: as maquinas a vapor ou a ciclo Rankine, o motor Stirling,... Na primeira categoria dos motores a combustão interna, podemos distinguir:

2 - Os motores alternativos: -Motores a ignição comandada ou motores a gasolina, ainda chamados comumente motores de explosão. -Motores Diesel o a ignição por compressão que são motores de pistões ou a capsulimo (mecanismo estanco que realiza volumes variáveis de manera cíclica). - As turbomaquinas: -Turbinas de gás, que, ao contrario que os motores precedentes, são maquinas a fluxo continuo. Nestas ultimas maquinas, as diferentes evoluções do fluido motor em lugar em espaços sucessivos e justapostos, ao contrario do que acontece nos motores alternativos onde estas transformações são realizadas no mesmo espaço, o cilindro. Estes motores constituem atualmente a maioria das unidades de produção de potência mecânica em muitas áreas, sobre tudo, na área dos transportes onde estão particularmente desenvolvidos a causa das suas vantagens: Bom rendimento, tamanho compacto, confiabilidade,...; Isto explica a extensão que tem nestes dias a industria dos motores e o conjunto da sas ramas em todos os paises do mundo. 1. I.2. Principais términos técnicos utilizados na área dos motores alternativos 2. I.2.1 Arquitetura geral dum motor alternativo a combustão interna As características particulares e o funcionamento respectivo dos dois tipos de motores (gasolina e Diesel) serão detalhados mais tarde. Para recordar os elementos comuns dos dois motores alternativos clássicos, vemos as figuras I.1a e I.1b Para os motores de tração automóvel representados, os órgãos principais são: -Bloco Serve de suporte a todos os órgãos principais (virabrequim, cabeçote,...) e aos órgãos anexos (motor de partida, alternador, embreagem...) -Cilindro: -Pistão Seja usinado diretamente no bloco Seja constituído d uma camisa seca (montada no bloco)o d uma camisa úmida (em contato com o liquido de arrefecimento) Com mobilidade na camisa, tem segmentos para assegurar a estanqueidade entre a câmara de combustão e o bloco. Submetido a pressão dos gases que transmite a biela pelo eixo do pistão.

3 -Biela Assegura a transmissão entre o pistão e o virabrequim e transmite a este ultimo o esforço resultante da pressão dos gases no cilindro. -Virabrequim Sua função e a transformação do movimento linear alternativo do pistão em um movimento circular do eixo de saída do motor. Sobre os motores multicilindricos, dependendo do seu numero e disposição, podemos observar diferentes formatos de virabrequim. A rotação do virabrequim no interior do bloco se realiza pelo intermédio dos mancais do virabrequim. As bielas se articulam sobre os mancais da biela. Nestas uniões rotativas são utilizadas geralmente casquilhos ou bronzinas recobertos dum material antifricçao. -Volante Disco fixado na extremidade do virabrequim e cuja inercia permite, sobretudo nos motores com pequeno numero de cilindros, regularizar a velocidade de rotaçao. Tem geralmente uma coroa dentada para a movimentaçao a partir do motor de partida. -Cabeçote Fixado na parte superior do bloco, delimita juntamente com o pistão o volume da câmara de combustão. Uma junta assegura a estanqueidade entre o cabeçote e o bloco. O cabeçote tem os condutos de admissão e de escapamento cuja comunicação ou não com a câmara é determinada pelas válvulas. A abertura e o fechamento das válvulas é comandada pelo sistema de distribuição formado em geral por: Eixo de comando, molas, eventualmente balancins, tuchos, etc... -Carter de óleo E o reservatório de óleo, situado na parte inferior do motor, que permite alimentar o sistema de lubrificação dos elementos moveis do motor. Um sistema de arrefecimento, por água o ar, e previsto para evacuar uma parte do calor liberada pela combustão para assegurar a integridade das peças do motor.

4 Figura I.1a. Motor a ignição comandada Renault tipo 847 Corte transversal

5 Figura I.1a. Motor a ignição comandada Renault tipo 847 Corte longitudinal

6 Fig I.1b Corte transversal do motor FIAT FIRE 1000 Si na área dos automóveis, a arquitetura geral é bastante semelhante entre os motores gasolinas e os Diesel (Fig I.1c e I.1d), os diferentes elementos de estes últimos são mais reforçados

7 tendo em conta as maiores pressões internas e os maiores esforços que tem que transmitir. As diferenças tecnológicas dos sistemas de alimentação em combustível para estes dois tipos de motores, assim como o dispositivo de ignição especifico do motor de gasolina, são o resultado de processos de

8 Figura I.1c Esquema de conjunto do motor Renault gasolina F2N Fig. I.1d Esquema de conjunto do motor Renault Diesel F8M Injeção indireta As dimensões características dum motor. Diâmetro (D [mm]): Diâmetro do cilindro.. Curso (L [mm]): Distância recorrida pelo cilindro entre o Punto Morto Superior (a partir de agora: PMH (Point Mort Haut )) ou em inglês Top Dead Center (TDC) e o Punto morto inferior (a partir de agora: PMB (Point Mort Bas) ) ou em inglês Bottom Dead Center (BDC).. Si r = raio da manivela L = 2 * r -Cilindrada unitária (Vu [cm 3 ]) : volume

9 varrido pelo cilindro al recorrer o curso L. V u = L. π.d 2 4 Si n é o numero de cilindros do motor, a cilindrada total Vcyl e igual a V cyl = n V u. - Relação volumétrica de compressão (ε [adimensional]): Si ν e o volume do espaço morto da câmara de combustão, isto é, o volume que fica no TDC, a relação volumétrica de compressão e: V u + v ε= v Em um motor de cilindrada unitária Vu y de relação volumétrica de compressão ε, o volume de espaço morto e: Vu v = ε 1

10 Observação: Não e correto usar taxa de compressão para falar da relação volumétrica de compressão. Si suponemos uma relação volumétrica de compressão ε = 10 em uma compressão isentrópica para ar com γ = 1,3 constante. Então a taxa de compressão e igual a: ε γ = 10 1,3 = 20 Que e diferente da relação 10 / 1 da relação volumétrica de compressão I.3. As diferentes familias de motores alternativos Os motores podem ser clasificados em varias familias, considerando alguns criterios basicos como: Ciclo termodinamico - Quatro tempos. - Dois tempos Cujos principios de funcionamento sao lembrados nas figuras I.3 e I.4 Modo de combustao (Capitulo VI).- Igniçao comandada (S.I: spark ignition engine).- Diesel ou igniçao por compressao. (C.I: Compression ignition engine).- De carga estratificada (Stratified charge engine) - Diesel-gas ou «Dual fuel» Os mais classicos e entre os obsoletos: - Semi-Diesel ou a bola quente Natureza do combustivel - Gasolina - Diesel ( em frances gazole ) Que sao os carburantes mais classicos nos motores de traçao. Tambem temos: - Carburantes gasosos: -Gas de petroleo liquifiado (GPL ou LPG: Liquified Petroleum Gas) - Gas natural comprimido (GNC) ou liquifiado (GNL). Ou seguindo a denominaçao corrente de hoje: Gas natural vehiculo (GNV) -Carburantes pesados: Fuel pesado usados nos grandes motores Diesel.- Carburantes especiais: Alcool, Aceites vegetais ou compostos derivados. Existem tambem motores polycarburantes. Modo de alimentaçao em combustivel Para os motores a combustao por igniçao: -Carburaçao

11 - Injeçao de gasolina: Pode ser:.- Indireta: Monopunto, mutlipunto, multipunto sequencial. A baixa pressao (<5 bar), no conduto de admissao antes das valvulas.- Direta: A alta pressao ( bar) diretamente nos cilindros. Motores Diesel: - Indireta: Associada a uma precamara de combustao (IDI) - Direta: Com uma camara de combustao unica (DI) A injeçao pode ser realizada mediante diferentes dispositivos:.- Bomba de injeçao em linha..- Bomba de injeçao rotativa ou distribuidora..- Sistema de injeçao unitario: Injetores bomba, bombas unitarias a alta pressao, etc....- Sistema common rail Modo de alimentaçao em ar:.- Aspiraçao natural ou atmosferica.- Sobrealimentaçao (mecanica ou por turbocompressor). Modo de arrefecimento.... Agua ou liquido Ar Válvula de admissão Gases chegando do carburador Admissão dos gases (o pistão baixa)

12 Válvula de escape Escapamento dos gases queimados (o pistão sobe) Compressão (o pistão sobe) Explosão e expansão (o pistão baixa) Fig I.3 Motor a quatro tempos. Principio de funcionamento

13 Disposiçao dos cilindros ou arquitectura

14 As mais normais:.- Motor em linha.- Motor em V.- Motor plano, com cilindros opuestos horizontais. Observamos que a numeraçao dos cilindros é feita a partir do volante de inercia, como se mostra na figura Observamos tambem algumas contruçoes particulares realizadas no pasado para usos especiais: Em aeronautica:.- Motor invertido (com uma o varias filas de cilindros).- Motor em estrela ou radial (com um numero impar de cilindros, normalmente 7 ou 9, para uma repatiçao uniforme das igniçoes sobre duas voltas para motores a 4 tempos) assim como:.- Motores em W.- Motores em X.- Mtores em H, disposiçoes que permitem reducir o espaço ocupado pelo motor. Uma disposiçao particular dos cilindros que permite combinar as vantagens dum motor em V (menor comprimento) e dum motor em linha (cabeçote unico, pouca largura) foi adotada sobre os motores tipo VR (Volkswagen) usando um angulo reducido (15 º) e um embrevement da parte inferior dos cilindros.

15 Cinematica do pistao Fig. I.8 Disposiçoes particulares de cilindros

16 .- Motor alternativo, com cinematica classica com biela e manivela..- Motor de pistao rotativo (o mais ocnhecido e o unico desenvolvido industrialmente: motor Wankel, cuja arquitetura e principio de funcinoamento sao lembrados nas figuras I.16 e I.17). Temos que distinguir o motor Wankel dos motores puramente rotativos, construidos nas primeiras aplicaçoes aeronauticas e cuja concepçao, analoga a aquela dos motores alterativos, se diferencia destos pelo fato de que o virabrequim fica fixo e o resto gira em torno a ele movimentando a helice. Relaçao emtre curso (L) e diametro (D).- Motor cuadrado: L D.- Motor supercuadrado: L < D.- Motor a longo curso: L >> D. Disposiçao e geometria de alguns organos do motor:.- Valvulas: Laterais, em cabeza...motor multivalvulas (3, 4, 5 valvulas por cilindro).- Arvol de comando: Latera, em cabeza..- Forma da camara de combustao. Fig I.16 Arquitetura dum motor birotor com pistões rotativos (Por cada giro completo de pistão, o arvore de saída efetua três voltas)

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18 I.4. Velocidade media do pistão Motores Diesel lentos, semi-rapidos e rápidos. A velocidade media do pistão Vp, expressada em m/s, representa o espaço percurso pelo pistão na unidade de tempo. E dado por: Com: L: Curso do pistão (mm) N: Velocidade de rotação (rpm) 2 LN LN 3 V p =.10 = O valor máximo de Vp é limitado pelas restrições aceitáveis devido as forças de inércia assim como pela manutenção dum bom enchimento dos cilindros. O valor de Vp no regime nominal permite classificar os motores Diesel em: Motores rápidos: -Motores Diesel de tração automóvel: Vp = m/2 O que corresponde a regimes máximos de: N= rpm A titulo indicativo, para motores de gasolina de potencia similar, Vp = 14 ~ 18 m/s com N = rpm -Motores de tração pesos pesados ou de maquinas de trabalhos públicos: Vp = m/s O que corresponde a N = rpm ou N = 600 ~ 1500 rpm sobre os grandes Diesels; Motores semi-rapidos ( Medium speed engines ) Vp = 7-9 m/s Com: N < 100 rpm, mais normalmente: N ~ rpm Motores lentos ( Low speed engines ) Essencialmente motores a crosse, para os quais: Vp = 6 8 m/s Com: N < 250 rpm, com: N ~ rpm

19 Observemos o caso muito particular dos motores a gasolina de competição, para os quais: N > rpm e Vp maior de 20 m/s A figura I.18 resume, com as dimensões características correspondentes, as prestações medias de diferentes tipos de motores Diesel Em términos de relação (massa/potencia), podemos dar a titulo de comparação:. Motor gasolina 1,2 2,0 kg/kw. Motor de avião 0,5 kg/kw. Turbinas de gás de avião 0,25 kg/kw E. Motor elétrico assíncrono propulsor dos TGV-NG : ~ 1 kg/kw (para uma potencia por motor de 1000 kw)