Introdução
O motor tem como função gerar a potência necessária para que se realize um trabalho de eixo. Essa potência gerada é advinda da transformação da energia proveniente de reações químicas da combustão em trabalho mecânico. As chamadas máquinas térmicas a pistão alternativas são dispositivos que realizam a transformação dessa energia, proveniente da combustão do fluído ativo, em movimento rotativo de uma arvore de manivelas, usando para tal o movimento cíclico (alternativo) de um pistão. Sendo assim, definimos um motor de combustão interna como sendo aquele que utiliza os próprios gases de combustão como fluido de trabalho, ou seja, são estes gases queimados em seu interior que realizam os processos de compressão, aumento de temperatura, expansão e finalmente exaustão. Os Motores de combustão interna (MCI) podem ter diversas classificações, dependendo de fatores tais como: gás admitido, movimento e número de pistões, tipo de ignição, ciclo de trabalho, disposição dos cilindros.
Motor de Combustão Interna Alternativo
Os MCI alternativos são largamente utilizados nos automóveis, tendo como principio de funcionamento um movimento alternativo do êmbolo, transmitindo através da biela um movimento circular ao eixo de manivelas. Para melhor entendimento desse processo, inicialmente devemos considerar a figura abaixo, que apresenta as partes principais do MCI alternativo:
Vista em corte: Partes principais
A) Válvula de admissão e balancin;
B) Tampa da válvula;
C) Admissão;
D) Cabeçote;
E) Canal do fluído de resfriamento;
F) Bloco do motor
G) Cárter;
H) Reservatório de óleo;
I) Eixo de cames;
J) Válvula de exaustão e balancin;
K) Vela (para o ciclo Otto);
L) Janela de exaustão;
M) Pistão;
N) Biela;
O) Mancal;
P) Eixo de manivela.
O Funcionamento
O motor alternativo de 4 tempos tem essa denominação pois o ciclo de trabalho se completa a cada quatro cursos do êmbolo (chamados tempos). Um ciclo de trabalho estende-se por duas rotações da árvore de manivelas, ou seja, quatro cursos do pistão.
Estágios de um MCI alternativo 4 tempos
No primeiro tempo (a), com o pistão em movimento descendente, ocorre o processo de admissão. Esse processo é caracterizado por aspiração automática da mistura ar-combustível nos motores Otto, e por apenas admissão de ar nos motores Diesel. No segundo tempo (b), ocorre a compressão. Como pode-se observar na figura 2, neste caso o pistão está em movimento ascendente. Momentos antes do pistão chegar no ponto morto superior, ou seja, antes de completar o curso, é dada a ignição por meio de dispositivo adequado (no motor Otto), ou a auto-ignição através da compressão (no motor Diesel).
No Terceiro tempo (c), com o pistão em movimento descendente novamente, temos a ignição, com a expansão dos gases e transferência de energia ao pistão. É nesse momento que há a transmissão de trabalho ao pistão. No quarto tempo (d), o pistão em movimento ascendente, empurra os gases de escape para a atmosfera. Para fazer com que as válvulas de admissão e escape funcionem abrindo e fechando as passagens nos momentos adequados, a árvore de comando de válvulas, ou eixo de Cames (vide letra I da figura 1) gira a meia rotação do motor, completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos. A figura abaixo ilustra esse funcionamento, apresentando a questão da transmissão de movimento para gerar sincronia entre o pistão e a abertura de válvulas.
Sincronia entre pistão e abertura de válvulas
Dados Importantes
Podemos extrair e detalhar algumas informações da figura 2:
- Ponto morto Superior (PMS): É a posição na qual a cabeça do pistão está mais próxima da cabeça do cilindro. O volume é o mínimo (Vc)
- Ponto morto Inferior (PMI): É a posição na qual a cabeça do pistão está mais afastada da cabeça do cilindro. O volume é o máximo (Vt).
- Volume Total (Vt): É o volume compreendido entre a cabeça do cilindro e a cabeça do pistão quando este encontra-se no PMI.
- Volume Deslocado (Vd): É o volume deslocado pelo pistão durante seu movimento desde o P.M.I. até o P.M.S..
- Volume morto (Vc): É o volume que resta no cilindro quando o pistão se encontra no ponto morto superior
Destas definições podem-se obter ainda algumas relações importantes, tais como:
- Taxa ou Relação de Compressão (rv): É a relação entre o volume total Vt e o volume morto Vc.
- Cilindrada (C): É o volume deslocado pelo pistão durante seu deslocamento desde o P.M.I. até o P.M.S., multiplicado pelo número de cilindros do motor.
