Funcionamento dos motores de cilindros múltiplos

Funcionamento dos motores de cilindros múltiplos

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IT – Departamento de Engenharia ÁREA DE MÁQUINAS E ENERGIA NA AGRICULTURA IT 154- MOTORES E TRATORES

FUNCIONAMENTO DOS MOTORES DE CILINDROS MÚLTIPLOS Carlos Alberto Alves Varella1

Os motores de cilindros múltiplos apresentam sempre ordem de ignição. A ordem de ignição é a seqüência de expansões que ocorrem nos cilindros do motor. Tem como objetivo o equilíbrio térmico e dinâmico do motor. O equilíbrio térmico evita que ocorra uma concentração de calor em determinada parte do motor. O equilíbrio dinâmico diminui as vibrações decorrentes das forças das expansões sobre a árvore de manivelas (virabrequim). A disposição das manivelas no eixo depende do número de cilindros, da forma de realização do ciclo: se 2 tempos ou 4 tempos, e da disposição dos cilindros: se em linha ou vertical, horizontal ou em V.

No Quadro 1 são apresentadas ordens de ignição usuais para motores de quatro tempos em linha.

Quadro 1. Ordens de ignição usuais para motores de quatro tempos em linha

Número cilindros Ordem de ignição 1 Ordem de ignição 2 Ordem de ignição 3

Árvore de manivelas para motores de 2 cilindros 4 tempos em linha

As explosões ocorrem a cada 360° de giro da árvore de manivelas. O cilindro 1 faz expansão e o cilindro dois faz admissão (Figura 1).

Figura 1. Arvore de manivelas simultâneas para motores de dois cilindros de quatro tempos.

1 Professor. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, IT-Departamento de Engenharia, BR 465 km 7 - CEP 23890-0 – Seropédica – RJ. E-mail: varella@ufrrj.br

Quadro de expansões para 2 cilindros 4 tempos em linha com ordem de ignição 12 CIL 0-180 180-360 360-540 540-720

1 EXP DESC ADM COMP 2 ADM COMP EXP DESC

Árvore de manivelas para motores de 2 cilindros 4 tempos horizontal

O motor horizontal apresenta disposição oposta dos cilindros e as expansões ocorrem a cada 360° de giro da árvore de manivelas (Figura 2).

Figura 2. Arvore de manivelas opostas para motores de 2 cilindros 4 tempos horizontal.

Quadro de expansões para 2 cilindros 4 tempos horizontal com ordem de ignição 12 CIL 0-180 180-360 360-540 540-720

1 EXP DESC ADM COMP 2 ADM COMP EXP DESC

Árvore de manivelas para motores de 2 cilindros 2 tempos

Nos motores de 2 tempos quando o primeiro cilindro faz expansão, admissão no cilindro e descarga, o segundo cilindro faz compressão e admissão no cárter; as expansões devem ocorrer a cada 180º de giro da árvore de manivelas. Para atender a essas condições o eixo é composto por duas manivelas opostas entre si de 180º (Figura 3).

Figura 3. Árvore de manivelas opostas para motores de 2 cilindros 2 tempos.

Quadro de expansões para motores de 2 cilindros 2 tempos com ordem de ignição 12

1 EXP-DES ADM-COM 2 ADM-COM EXP-DES

Árvore de manivelas para motores de 4 cilindros 4 tempos

Os motores de 4 cilindros de 4 tempos são os mais utilizados tanto em automóveis como em tratores agrícolas. Nesses motores ocorre uma expansão a cada 180º de giro da árvore de manivelas, e dessa forma o motor não fica sem expansões. Quando termina a expansão em um cilindro já se inicia uma outra expansão em um dos outros três cilindros do motor. Existem duas disposições diferentes das manivelas no eixo conforme a ordem de ignição do motor. As ordens de ignição para motores de quatro cilindros são: 1243,1342 e 1432 e (Figuras 4 e 5).

Figura 4. Árvore de manivelas para motores de 4 cilindros, 4 tempos, em linha para as ordens de ignição 1243 e 1342.

Figura 5. Árvore de manivelas para motores de 4cilindros, 4 tempos, em linha e ordem de ignição 1432.

. Quadro de expansões para motores de 4 cilindros 4 tempos com ordem de ignição 1243

1 EXP DES ADM COM 2 COM EXP DES ADM 3 DES ADM COM EXP 4 ADM COM EXP DES

Quadro de expansões para motores de 4 cilindros 4 tempos com ordem de ignição 1342 CIL 0-180 180-360 360-540 540-720

1 EXP DES ADM COM 2 DES ADM COM EXP 3 COM EXP DES ADM 4 ADM COM EXP DES

Quadro de expansões para motores de 4 cilindros 4 tempos com ordem de ignição 1432 CIL 0-180 180-360 360-540 540-720

1 EXP DESC ADM COM 2 DES ADM COM EXP 3 ADM COM EXP DES 4 COM EXP DES ADM

Os motores diesel de 4 cilindros de 4 tempos em linha são atualmente os mais utilizados em tratores agrícolas. É importante observar que os motores de tratores são projetados especificamente para este fim. No Quadro 1 são apresentas as tendências no projeto dos motores de tratores em relação ao número de cilindros, rotação de trabalho e tipo de motor, deste 1916 a 1960 (BARGER, et al., 1966).

Quadro 1. Tendências no projeto dos motores de tratores, em relação ao número de cilindros, rotação de trabalho e tipo de motor de 1916 a 1960 (BARGER, et al., 1966)

1916 (%) 1919 (%) 1948

(%) 1960 (%)

Número de cilindros

Rotação do motor (rpm)

Tipo de motor Vertical 65 76 90 100

Horizontal 35 24 10 0

Árvore de manivelas para motores de 6 cilindros 4 tempos em linha

Nesses motores as expansões ocorrem a cada 120º de giro da árvore de manivelas.

Segundo BARGER, et al. (1966) existem quatro ordens de ignição possíveis para os motores de seis cilindros, quatro tempos, em linha: 123654; 124653; 153624; 154623.

Figura 6. Arvore de manivelas para motores de 6 cilindros 4 tempos em linha e ordem de ignição 153624.

Quadro de expansões para motores de 6 cilindros, 4 tempos, ordem de ignição 153624

1 EXP DES ADM COM 2 DES ADM COM EXP DES 3 ADM COMP EXP DES ADM 4 EXP DES ADM COM EXP 5 COM EXP DESC ADM COM 6 ADM COM EXP DES

Determinação do número de expansões por minuto

O ângulo correspondente à realização do ciclo dos motores é 360º para motores de dois tempos e 720º para motores de quatro tempos. Já o ângulo correspondente à

(Equação 1)

cada expansão no cilindro depende do tipo de motor e também do número de cilindros

(1)

em que, = ângulo correspondente a cada expansão; = ângulo correspondente a realização do ciclo; n= número de cilindros do motor. O número de expansões que um motor realiza por minuto é dado pela Equação 2.

em que, EXP= número de expansões por minuto; = ângulo correspondente a cada expansão, graus; N= rotação do motor, rpm.

Exemplo: Calcular quantas expansões ocorrem por minuto em um motor de quatro tempos, três cilindros, que trabalha com velocidade angular de 1800 rpm.

Solução: = 720º; n= 4;

(Equação 2)

BARGER, E.L.; LILGEDAHL, J.B.; CARLETON, W.M.; McKIBBEN, E.G. Tratores e seus Motores. Editora Edgard Blücher Ltda. São Paulo, Brasil, 1966.

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