Motores de Combustão Interna

Motores de Combustão Interna

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Apostila Didática Nº 2 Motores de Combustão Interna

Prof. Dr. Carlos Eduardo Angeli Furlani Prof. Dr. Rouverson Pereira da Silva

Jaboticabal – SP 2006

1 INDICE

1. Introdução
2. Partes constituintes de um motor de combustão interna
2.1. Partes fundamentais
2.2. Órgãos complementares
3. Princípio de funcionamento
3.1. Motores do Ciclo Otto
3.2. Motores do Ciclo Diesel
4. Sistemas complementares
4.1. Sistema de válvulas
4.2. Sistema de alimentação
4.2.1. Sistema de alimentação de combustível
4.2.2. Sistema de injeção eletrônica
4.2.3. Sistema de alimentação de ar
4.2.3.1. Sobrealimentação
4.2.3.2. Motor aspirado
4.2.3.3. Compressor
4.2.3.4. Turbocompressor
4.2.3.5. Intercooler
4.2.3.6. Cuidados com o motor turbo
4.3. Sistema de arrefecimento
4.4. Sistema elétrico ou de partida
4.5. Sistema de lubrificação
5. Manutenção dos motores dos tratores agrícolas

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2 MOTORES AGRÍCOLAS

1. INTRODUÇÃO

Na agricultura moderna tornou-se indispensável o uso dos tratores agrícolas, devido a necessidade de se realizar inúmeras tarefas com eficiência e rapidez. O motor, parte constituinte de um trator, transforma um tipo de energia em outro, ou seja, transforma a energia calorífica ou térmica dos combustíveis em energia mecânica, necessária às operações agrícolas.

Os primeiros motores utilizavam-se do vapor, o qual era gerado fora do motor, sendo assim chamados de motores de combustão externa (Figura 1), estes apareceram no século XIII e o combustível utilizado era a lenha. Esses motores a vapor eram geralmente utilizados em máquinas estacionárias.

Figura 1. Motor de combustão externa. (Manual de motores CBT, 1982)

A partir do século XIX apareceram os primeiros motores de combustão interna

(MCI), onde o combustível é queimado dentro do próprio motor. O primeiro motor de combustão interna foi construído por Lenoir em 1860, o qual trabalhava com gás de iluminação. No ano de 1862 um pesquisador francês chamado Beau de Rochas estabeleceu princípios para o funcionamento de motores de combustão interna. Os requerimentos para o funcionamento do ciclo do motor com máxima economia eram:

Combustão externa Motor

- menor razão superfície-volume possível por cilindro; - maior rapidez possível nos processos de expansão;

- máxima expansão possível;

- máxima pressão possível para iniciar o processo de expansão.

A redução da perda de calor através das paredes do cilindro para um mínimo é possível através dos dois primeiros ítens. O terceiro item preconiza que mais trabalho é produzido por maior expansão.

O engenheiro alemão Nikolaus Otto construiu no ano de 1878 o primeiro motor utilizando o princípio de Beau de Rochas. O motor era de quatro tempos e utilizava faísca elétrica para iniciar a combustão, ficando conhecido como Motor de Ciclo Otto. O primeiro trator agrícola com motor de ciclo Otto surgiu no ano de 1889. Em 1892 surge um tipo de motor capaz de queimar combustível sem o uso de faísca elétrica, que ficou conhecido como motor de ciclo Diesel, devido ao seu criador Rudolph Diesel.

A evolução foi cada vez maior, com aperfeiçoamento de ignição de combustível, sistemas de refrigeração e superalimentação de ar por turbina e outros.

O motor de combustão interna transforma energia térmica (calorífica) em trabalho mecânico (energia mecânica).

CALORAR

4 2. PARTES CONSTITUINTES DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA

Segundo Mialhe (1980) os motores de combustão interna possuem partes fundamentais, responsáveis pela transformação da energia dos combustíveis em trabalho mecânico e sistemas complementares, responsáveis pelo fornecimento de condições favoráveis para que o processo se realize de forma eficiente e contínua.

2.1. Partes fundamentais

Cilindro – local onde o êmbolo desloca-se com movimento retilíneo alternado, está contido no interior do bloco. Em motores arrefecidos a ar, possuem externamente aletas para aumentar a superfície de contato com o ambiente e dissipar melhor o calor.

Figura 2. Bloco. (Manual de motores CBT, 1982)

Bloco – é a maior parte do motor e suporta as demais partes constituintes (Figura 2). No interior do bloco está contido o(s) cilindro(s), onde ocorre a queima do combustível e os mancais de apoio da árvore de manivelas. A disposição dos cilindro no bloco pode ser em linha, em “V” ou radial. Normalmente os blocos são construídos de ferro fundido, o que lhe proporciona boa resistência, trabalho a altas temperaturas, facilidade de usinagem e um menor custo. Alguns tipos de blocos possuem tubos removíveis, que formam as paredes do cilindro, estes são chamados de “camisas”. As camisas podem ser úmidas, quando o líquido de arrefecimento está em contato direto com a camisa e entre si trocam calor; ou secas, quando o líquido de arrefecimento não está em contato direto com a camisa, isto é, o bloco que entra em contato com a camisa e troca calor com o líquido.

Cabeçote – é o órgão do motor que fecha o bloco na sua parte superior (Figura 3), também é confeccionado em ferro fundido. A união do bloco com o cabeçote é feita por meio de parafusos e uma junta de vedação de cobre asbesto, que veda os gases de combustão, o óleo e a água. O cabeçote ainda apresenta na sua parte inferior parte da câmara de combustão, orifícios para o alojamento das válvulas, bicos injetores, canais para a água de arrefecimento (motores arrefecidos à água) ou aletas (motores arrefecidos à ar), canais de admissão, escape e para óleo lubrificante. Os parafusos de fixação do cabeçote junto ao bloco devem ser apertados com torque determinado, através de uma chave especial denominada de torquímetro, para impedir o empenamento. Segundo Schlosser (2001) o cabeçote pode ser chamado de tampa de cilindros quando as válvulas forem presentes no bloco ou inexistirem (motores de dois tempos), sua função será somente fechar a parte superior do bloco e conter a vela.

Figura 3. Cabeçote e tampa.

Cárter – normalmente confeccionado em aço estampado (Figura 4), é o órgão que fecha o bloco na sua parte inferior e também serve como depósito de óleo lubrificante para o motor. Deve Ter um formato adequado para permitir contato permanente do óleo lubrificante com a bomba desse sistema. O cárter é fixado ao bloco através de parafusos e junta de vedação de cortiça. Na parte inferior do cárter existe um bujão que serve para escoamento do óleo lubrificante.

Figura 4. Cárter e junta de cortiça.

Êmbolo – também chamado de pistão (Figura 5), é o órgão do motor que recebe o movimento de expansão dos gases (primeira parte do motor a movimentar-se). Está preso a biela através do pino do êmbolo, possui um movimento retilíneo alternativo que através da biela é transformado em movimento rotativo contínuo na árvore de manivelas. O êmbolo possui três partes principais: topo, que é a parte superior, geralmente é plana ou levemente concava; cabeça, onde estão localizadas as ranhuras para a colocação dos anéis de segmento, e por fim a saia, parte abaixo do orifício do pino do êmbolo. É desejável que o êmbolo seja tão leve quanto possível, sem porém, diminuir sua resistência e desgaste. Os materiais mais utilizados são ferro, aço e ligas de alumínio.

Figura 5. Êmbolo.

Anéis de segmento – são localizados nas ranhuras da cabeça do êmbolo e construídos de ferro fundido cinzento especial (Figura 6). Segundo Mialhe (1980) suas principais funções são:

a) efetuar a vedação da câmara do cilindro, retendo a compressão; b) reduzir a área de contato direta entre as paredes do êmbolo e do cilindro; c) controlar o fluxo de óleo nas paredes do cilindro; d) dissipar o calor do êmbolo pelas paredes do cilindro.

Existem dois tipos de anéis, de compressão e de lubrificação. Os anéis de compressão são os responsáveis pela vedação da câmara do cilindro, evitam a penetração de óleo do cárter na câmara e perda de compressão, são maciços e colocados nas posições superiores. Já os anéis de lubrificação são os responsáveis pelo controle do fluxo de óleo entre o êmbolo e o cilindro, possuem canaletas que durante a ascensão do êmbolo lubrificam as paredes do cilindro. Os anéis de lubrificação estão localizados abaixo dos de compressão.

Figura 6. Anéis de segmento.

Pino do êmbolo – possui forma oca (Figura 7), que lhe garante boa resistência à flexão com menor peso. Tem por função proporcionar uma ligação articulada entre a biela e o êmbolo.

Figura 7. Pino do êmbolo.

Biela – sua função é transformar o movimento retilíneo alternado do êmbolo em movimento circular contínuo na árvore de manivelas. A biela (Figura 8) apresenta o formato de uma barra (denominada de corpo ou haste) com orifícios nas extremidades. O orifício superior de menor diâmetro é denominado de “pé” ou “olho” onde é fixado ao êmbolo através do pino do êmbolo, o orifício inferior de maior diâmetro é denominado de “cabeça” ou “olho grande”. A cabeça da biela é separada em duas partes, sendo fixadas por meio de parafusos, a fim de fazer a união da biela com a árvore de manivelas. Entre o pé da biela e o pino do êmbolo e a cabeça da biela e a árvore de manivelas, são colocadas as bronzinas (também chamadas de casquilhos), confeccionados em bronze e revestidas de uma liga metálica antifricção, estas prolongam a vida útil do motor por evitar o contato direto entre as mesmas.

Figura 8. Biela e suas partes.

Árvore de manivelas – também chamado de eixo de manivelas ou eixo virabrequim

(Figura 9) são fabricados em aço forjado ou fundido. No seu interior existem vários canais que são responsáveis pela condução do óleo lubrificante até seus mancais e cabeças das bielas. Em cada manivela existe um moente, o qual se acopla o mancal da cabeça da biela, entre as manivelas existem os munhões que apoiam nos mancais do bloco. Em uma de suas extremidades a árvore de manivelas possui uma flange que se acopla ao volante do motor e na outra às engrenagens de acionamento do comando de válvulas.

Volante – nada mais é do que um disco de ferro fundido de grande massa (Figura 9). Sua função é acumular energia cinética e manter uniforme a velocidade angular da árvore de manivelas, reduzindo as variações dos tempos do motor, dando equilíbrio no movimento rotativo.

A energia cinética é acumulada no tempo de explosão e liberada nos demais tempos do motor, que apenas são consumidores de energia. O volante é constituído de flange, que se fixa a árvore de manivelas, coroa denteada (cremalheira) na qual se engrena o motor de partida.

Figura 9. Árvore de manivelas (virabrequim) e volante.

Válvulas – têm como função interromper o fluxo de gases de aspiração e descarga de acordo com os tempos do motor (4 tempos), são abertas por meio da árvore de comando de válvulas e fechadas por molas. Podem ser de dois tipos: admissão, entrada da mistura ar + combustível (ciclo Otto) ou somente ar (ciclo Diesel) e escape, saída dos gases queimados resultante da combustão. Normalmente estão presentes no motor em número de duas por cilindro (admissão e escape), quando estão em número par, dividem-se igualmente, quando em número ímpar, existe uma válvula de admissão a mais que a de escape. Deve ser construída com aço de alta dureza. A figura 10 mostra em detalhe as válvulas.

Figura 10. Válvulas

Árvore de comando de válvulas – comanda a abertura das válvulas, por meio de ressaltos no eixo (Figura 1), esta é acionada por meio de correias e/ou engrenagens pela árvore de manivelas, tem tantos ressaltos quanto o número de válvulas do motor. Para cada duas voltas da árvore de manivelas, gira apenas uma.

Figura 1. Árvore de comando de válvulas

2.2. Órgãos complementares – são os sistemas auxiliares indispensáveis ao funcionamento do motor, são eles: sistema de válvulas, de alimentação, de ignição, de arrefecimento e de lubrificação, que serão tratados no item 4. Ainda existem os órgãos acessórios, que são: cobertura do cabeçote, suportes, filtros de combustível e óleo, juntas, instrumentos do painel etc.

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