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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra Estudo da Combustão • Motor de ignição por faísca - Otto • Motor de ignição espontânea - Diesel Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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 Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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”. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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 Prof. Kaio Dutra 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 Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra Sonda Lambda Prof. Kaio Dutra 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 Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra BLOCO DO MOTOR Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra CABEÇOTE Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra CARTER Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra PISTÃO Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra Pistão e Biela Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra 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. Prof. Kaio Dutra Comando de Válvula Prof. Kaio Dutra