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Relatório Projecto
Feup
Realizado por: Equipa 506
FEUP- Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Relatório Projecto FEUP
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Índice
1. Introdução ............................................................................................................................. 3
2. Principais constituintes do motor de combustão interna ..................................................... 4
3. Motor de explosão ................................................................................................................ 7
3.1 Evolução do motor de explosão .......................................................................................... 7
3.2 Sistema de ignição no motor explosão ............................................................................... 9
3.3 Sistema de injecção no motor de explosão ...................................................................... 10
4. O motor Diesel .................................................................................................................... 11
4.1 Evolução Histórica do motor Diesel .................................................................................. 11
4.2 Funcionamento do sistema de injecção no motor Diesel ................................................. 12
4.3 Sistema de Injecção no motor Diesel ................................................................................ 12
5. Conclusão ............................................................................................................................ 14
6. Web\ografia ........................................................................................................................ 15
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1. Introdução
No âmbito do Projecto FEUP a nossa equipa foi convidada a desenvolver um trabalho
sobre motores de combustão interna. Após uma breve pesquisa acerca do
funcionamento dos mesmos, optámos por abordar os Sistemas de injecção e de
ignição dos motores Diesel e de explosão, os mais importantes e utilizados na
sociedade mundial. Abordaremos, ainda, a evolução dos já referidos motores de
combustão interna desde os trabalhos de Jean Joseph Étienne Lenoir e de Rudolf
Diesel, que transformaram primitivos sistemas de conversão energética nos complexos
motores que reconhecemos nos dias de hoje. Começaremos por fazer uma abordagem
aos constituintes do motor de combustão interna.
Dois dos processos essenciais a considerar, os quais relevámos no nosso estudo,
passam pelo funcionamento de certas formas de injecção de combustível e da ignição
dos motores. Desta forma, pretendemos conhecer e compreender um pouco melhor a
real importância que assumem no nosso quotidiano, tão dependente da existência de
meios de transporte eficientes. As suas vantagens e desvantagens, bem como os
aspectos que distinguem estes dois tipos de motores, são outras das elações que
pretendemos retirar desta pesquisa.
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2. Principais constituintes do motor de combustão
interna
O motor de combustão interna (Fig. 1) é
constituído, fundamentalmente, por
três partes: o cabeçote ou cabeça do
motor, o bloco e o cárter.
Fabricado em ferro fundido ou em ligas
de alumínio, a cabeça do motor é a
tampa que se une ao bloco de cilindros,
de maneira a oferecer resistência as
explosões do motor.
Hoje em dia quase todos os motores
apresentam válvulas no cabeçote. No
cabeçote dos motores de quatro
tempos existe para cada cilindro, uma
válvula de descarga, uma válvula de
admissão, uma câmara de combustão,
um colector de admissão, um colector
de descarga.
No motor de combustão interna as válvulas (Fig. 2)
têm como função controlar a entrada e saída dos
gases do cilindro do motor. São formadas por uma
cabeça em forma de disco fixas por uma haste
cilíndrica.
Ainda na cabeça do motor existe a árvore de cames, ou árvore de comando de válvulas
(Fig. 3), que tem como função o controlo da abertura das válvulas. É um veio cilíndrico
formado por um conjunto de peças cuja função é controlar a abertura das válvulas.
Fig. 1
Fig. 2
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Fig. 3
O bloco (Fig. 4) é a parte central do motor. É nele que é feito o suporte para os cilindros e para
a cambota, e é onde estão ligados a cabeça do motor e o cárter. A manufactura do bloco do
motor é, geralmente, feita em ferro fundido.
No interior do bloco
existem tubos onde
circula o liquido
arrefecimento e o óleo de
lubrificação.
O cilindro é um furo no
bloco aberto, nas duas
extremidades, e é onde se
desloca o pistão. O
tamanho dos cilindros e o
número de cilindros
existentes no motor
fazem alterar a potência,
pois quanto maiores os
cilindros mais combustível é queimado o que resulta numa
maior potência. O número de cilindros pode variar de um
para doze ou dezasseis. Uma vez que os cilindros atingem
temperaturas na ordem dos 300ºC um bom sistema de
refrigeração é essencial.
A cambota (Fig. 5) é o constituinte do motor onde a energia
libertada na combustão é transformada em energia
mecânica. Nas extremidades da cambota encontram-se dois
componentes importantes. O volante do motor e uma
roldana. O volante do motor é a peça onde são suavizadas as explosões do motor. Muitas
vezes o volante é cortado para conferir mais aceleração ao carro. Por outro lado, a roldana
serve para fazer girar vários dispositivos, como a bomba de ar condicionado e a bomba de
água.
Fig. 4
Fig. 5
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A terceira e última parte do motor é o cárter.
O cárter (Fif. 6) tem como principal função a
lubrificação das partes móveis do motor.
Serve também como escudo para a cambota
e como recipiente para o óleo que cai das
áreas móveis do motor.
Fig. 6
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3. Motor de explosão
O motor de explosão é um motor que, através da queima de gasolina, realiza trabalho
capaz de movimentar veículos automóveis, bem como diversas máquinas, e servir
como geradores eléctricos portáteis.
Tal como o motor Diesel, o motor de explosão é constituído por câmaras de
combustão (onde há a queima de combustível) e cilindros (tubos onde deslizam os
êmbolos). Estes estão ligados, por uma haste, à cambota, onde os movimentos do
pistão são transformados em movimentos de rotação. Outros componentes essenciais
para o fornecimento de combustível ao motor, iguais nos dois motores em foco, são o
depósito, a bomba de injecção e a borboleta.
3.1 Evolução do motor de explosão
Entre 1852 e 1860 o francês Jean Joseph
Étienne Lenoir, desenvolve e constrói o
primeiro motor fixo de explosão, movido
a gás. No ano de 1860 regista a patente
da sua invenção. Ao fim de três anos,
Lenoir consegue, finalmente montar o seu
motor num triciclo, aplicando os
funcionamentos básicos de uma máquina
a vapor (Fig. 7). Neste seu motor o
combustível era o gás e o óleo leve,
e foi utilizado um carburador
primitivo.
Uma vez que a potência do motor
era muito baixa a sua invenção
revelava uma fraca aplicabilidade
prática e o carro não chegou sequer
a ser comercializado. Apesar disso
esse triciclo circulou entre Paris e
Joinville-le-Pont, o que valeu a
Lenoir o Grande Prémio Argenteuil.
Mais tarde, em 1880, o matemático Delamarre-Deboutteville, desenvolveu os estudos
iniciais de Lenoir construindo um motor, patenteado em 1884, o qual baptizou de
“Simplex” (Fig. 8). Funcionava com 2 cilindros horizontais ligados a um só eixo de
Fig. 7
Fig. 8
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manivela e o seu combustível era o gás. A transmissão deste veículo era como a da
bicicleta, com corrente.
Os trabalhos de Lenoir foram novamente retomados mais tarde por Nikolaus Otto que
quando se deparou com os trabalhos do primeiro sentiu que haveria ali mais alguma
coisa a fazer.
Durante o tempo que Otto dedicou ao
desenvolvimento do motor de explosão
ele tentou tornar o já existente motor de
combustão mais eficiente. Torna-lo útil.
Foi então que Otto, em Janeiro de 1862,
criou o primeiro motor a quatro tempos
do mundo (Fig. 9), embora muito
barulhento e de difícil manutenção, pois
as pancadas das explosões faziam com
que não existisse material que
sustentasse aquele motor.
Continuou a trabalhar no seu motor até
que em 1864, em parceria com Eugen
Langen fundou a N.A. Otto & Cia, a
primeira fábrica de motores de
combustão interna do mundo.
Depois de muito trabalho Otto consegue
finalmente dominar a explosão e a partir
de 1876 começam a ser produzidos
industrialmente os motores de
combustão interna de Otto, modelo que serve de base a todos os motores de explosão
modernos.
Fig. 9
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3.2 Sistema de ignição no motor explosão
Nos dois motores em estudo, uma
das diferenças fulcrais é o sistema de
ignição (Fig. 10).
O motor de explosão funciona num
ciclo de quatro tempos, também
conhecido como ciclo de Otto – um
ciclo termodinâmico que explica o
funcionamento dos motores de
combustão interna. A ignição dos
mesmos é feita com recurso a uma
vela de ignição, a responsável pela
faísca que inicia a combustão.
Os quatro tempos deste ciclo (Fig. 11) são:
Admissão: o pistão afasta-se do cilindro fazendo com que haja uma injecção de ar e de
combustível na câmara de combustão.
Compressão: o pistão aproxima-se novamente do cilindro provocando a compressão
do ar e da gasolina, que permite que a explosão seja mais energética.
Combustão: no seu movimento ascendente o pistão atinge a vela de ignição. Esta
liberta uma faísca que inicia a combustão. A combustão faz com que haja aumento de
volume e com que o pistão
seja deslocado para baixo.
Escape: quando o pistão
atinge o fundo a válvula de
escape abre-se e os gases são
libertados para um tubo para
o efeito.
Fig. 10
Fig. 11
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3.3 Sistema de injecção no motor de explosão
Outra diferença significativa entre os motores em estudo neste trabalho terá de ser o
sistema de injecção (Fig. 12).
Este é o sistema que trata do transporte do combustível
desde o depósito até às variadas câmaras de combustão.
Nos motores de explosão, a gasolina é levada para os
injectores alimentadores das câmaras de combustão dos
cilindros. A quantidade de combustível administrada e o
tempo de abertura dos injectores são controlados por
um módulo electrónico que regula estas funções de
acordo com a rotação do motor.
Actualmente os motores funcionam com uma injecção
que é mais sustentável a nível ambiental e económico. É
a chamada injecção multiponto sequencial. Este tipo de
injecção controla a quantidade necessária de gasolina
que é levada para os cilindros em cada momento,
conferindo-lhe, assim, as qualidades já mencionadas.
Fig. 12
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4. O motor Diesel
No motor Diesel (Fig.13), também conhecido como
motor de ignição por compressão, a combustão dá-se
devido ao aumento da temperatura que é provocado
pela compressão da mistura ar+combustível.
Este motor foi evoluindo ao longo dos anos tendo
começado por ser um motor lento, barulhento e
poluente tornando-se num motor rápido, económico e
silencioso.
4.1 Evolução Histórica do motor Diesel
O alemão Rudolf Diesel (Fig. 14) foi o criador do primeiro modelo do motor Diesel que
a 10 de Agosto de 1893 funcionou de forma eficiente. Este motor foi apresentado em
1898 na Feira Mundial de Paris, França e utilizava como combustível óleo de
amendoim.
Perante esta invenção o motor começou a sofrer uma evolução
constante. Os primeiros diesel eram alimentados por óleos vegetais,
petróleo filtrado, etc.
Entre 1911 e 1912, Rudolf Diesel afirmou:
“O motor a diesel pode ser alimentado por óleos vegetais, e ajudará
no desenvolvimento agrário dos países que vierem a utiliza-lo...”
Com a morte de Rudolf Diesel o principio básico proposto por ele que era que o motor
funcionasse a óleo vegetal que permitiria desenvolver a agricultura dos diferentes
países e era um combustível bastante barato, foi esquecido no anos 70 pois a industria
do petróleo criou o “óleo diesel” que era ainda mais barato que os outros
combustíveis. Por isso passou a ser utilizado em abundância até que os cientistas
chegaram a conclusão de que era extremamente prejudicial para o ambiente e então
começa a haver agora uma maior preocupação em produzir óleo vegetal para utilizar
nos motores. Perante estas mudanças entre o óleo diesel e o óleo vegetal os motores
forma sujeitos a uma grande evolução para acompanhar estas variações.
Fig. 14
Fig. 13
13113
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Fig. 15
4.2 Funcionamento do sistema de injecção no motor Diesel
O motor Diesel funciona a quatro tempos que são:
Admissão – nesta fase o motor aspira ar para a câmara de combustão devido ao
movimento do pistão que se desloca do PMS (ponto morto superior) para o PMI
(ponto morto inferior).
Compressão – nesta fase o pistão ao deslocar-se do PMI para o PMS comprime o ar
existente no cilindro aumentando a temperatura deste.
Explosão – pouco antes do pistão atingir o PMS é injectado o combustível na câmara
de combustão. O contacto entre o combustível e o ar aquecido provoca a uma
explosão. Esta explosão faz com que o pistão se mova até ao PMI.
Escape – Após ter atingido o PMI o pistão volta a subir expulsando os gases resultantes
da combustão da mistura.
4.3 Sistema de Injecção no motor Diesel
O motor a diesel, antigamente, tinha como sistema de
injecção de combustível as bombas injectoras (Fig. 15).
Estas bombas estão divididas em dois grupos, as bombas
injectoras em linha e as rotativas.
A Bomba injectora em linha é composta por um corpo e vários componentes, entre
eles uma régua, varias válvulas que permitem um funcionamento correcto da bomba.
O movimento é feito por um veio de excêntricos que faz movimentar os pistões, nesse
movimento é feito o débito de gasóleo para os bicos injectores. O desenho da bomba e
feito á semelhança de um bloco de motor. Estas bombas são mais lentas tem um
consumo mais alto e tem umas dimensões bastantes grandes no entanto são mais
fiáveis.
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As bombas injectoras rotativas foram desenvolvidas principalmente pela Bosch, C.A.V.
(LUCAS) estas bombas são de dimensões menores e muito mais rápidas que são
compostas por um corpo sendo movidas por um veio em que numa das extremidades
está colocada um embolo que com a rotação faz injectar o combustível em cada um
dos bicos injectores sendo a injecção neste sistema muito mais rápido, com este
modelo foi possível desenvolver uns bicos injectores que funcionavam a pressões
muito mais elevadas sendo um das vantagens serem de dimensões menores, serem
mais rápidas e terem consumos de gasóleo muito inferiores, tendo sido aplicados em
várias marcas, sendo o grupo VW um dos primeiros utilizadores desta tecnologia.
Mais tarde e após uma grande evolução criou-se o sistema Common-Rail
O Common-Rail (Fig.16) é um sistema de injecção directa de combustível no motor
Diesel.
Este sistema de injecção foi criado nos anos 90 sendo agora muito comum nos
automóveis mais recentes.
Este sistema consiste numa bomba de alta pressão que através de uma rampa (tubo)
comum a todos os injectores fornece uma pressão constante de injecção de
combustível não estando dependente da
rotação do motor. Este sistema é controlado
electronicamente permitindo que o volume de
combustível injectado seja o ideal e que este
seja injectado no momento certo.
Isto permite que o motor seja mais silencioso,
mais económico e menos poluente.
A marca pioneira a equipar um veículo com este sistema foi a Fiat mas agora quase
todas as marcas optam por este sistema.
Fig. 16
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5. Conclusão
Após uma elaborada pesquisa, tratamento de informação e criação do relatório
ficamos a perceber melhor o funcionamento dos motores de combustão interna.
Chegou-se então à conclusão de que de todos os motores existentes, os mais comuns
são o motor Diesel e o motor de explosão a quatro tempos. Cada um deles tem
vantagens e desvantagens.
O motor Diesel, após uma grande evolução, passou de um motor lento, poluente e
barulhento para um motor tecnologicamente mais evoluído e com a ajuda da
Electrónica tornou-se num dos motores mais procurados pelas pessoas por ser um
motor mais económico que o motor a gasolina.
O motor a gasolina, aproveitando a tecnologia utilizada nos motores diesel, tem tido
também uma grande evolução. O sistema de injecção deste tipo de motores foi o que
mais evoluiu pois passou de um sistema de carburadores poluentes para um sistema
mais limpo utilizando uma injecção multiponto sequencial.
Este motor com a grande evolução que sofreu passou de um motor poluente e caro,
para um motor mais económico e amigo do ambiente.
Porém, estes motores, apesar de serem ambos de combustão interna, têm grandes
diferenças. A grande diferença entre o motor a diesel e o motor a gasolina é a ignição.
Enquanto no motor a diesel a explosão do combustível acontece devido ao aumento
da temperatura provocado pela compressão da mistura, no motor a gasolina a
explosão da mistura ar+combustível é provocado por uma faísca produzida pela vela
de ignição no momento em que a compressão na câmara de combustão é máxima.
Também os métodos e os sistemas usados na injecção do combustível são diferentes.
Enquanto no motor diesel é utilizada uma bomba injectora, no motor de explosão usa
carburador ou injecção multiponto sequencial.
Tanto um motor como o outro são inimigos do ambiente e têm custos mas são uma
peça importante na sociedade e no mundo tecnológico e industrial.
A escolha entre o motor Diesel e o motor de explosão está dependente do uso e da
forma com o irá usar tendo cada um tem vantagens e desvantagens dependendo da
utilização.
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6. Web\ografia
Wikipédia. 2009. Motor a diesel. http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_a_diesel
(accessed October 1, 2009)
2009. Motor a diesel. http://www.biodieselbr.com/biodiesel/motor-
diesel/motor-diesel.htm (accessed October 1, 2009)
2009. Motor a explosão.
http://www.carroantigo.com/portugues/conteudo/curio_motor_explosao.htm
(accessed September 24, 2009)
Marshall Brain. 2009. Como funcionam os motores de carros.
http://carros.hsw.uol.com.br/motores-de-carros.htm (accessed September 24,
2009)
Publitrade. 2009. Sistema de injecção dos motores a gasolina.
http://www.descobrirpeugeot.com/content/view/175/180/ (accessed
September 24, 2009)
Publitrade. 2009. Sistema de ignição.
http://www.descobrirpeugeot.com/content/view/174/179/ (accessed
September 24, 2009)
Infopédia. Porto: Porto editora, 2003-2009.Motores de combustão interna.
http://www.infopedia.pt/$motor-de-combustao-interna (accessed September
24, 2009)
2009. Bomba Injectora. http://www.firstdiesel.com/bosch-edc-pump.jpg
(accessed October 16, 2009)
2009. Motor Diesel. http://forum.autohoje.com/forum-geral/18385-topico-
problemas-em-motores-diesel.html (acessed October 16, 2009)
Wikipédia. 2009. Cambota. http://pt.wikipedia.org/wiki/Cambota (accessed October
17, 2009)
Wikipédia. 2009. Árvore de cames. http://pt.wikipedia.org/wiki/Árvore_de_cames
(accessed October 17, 2009)
Wikipédia. 2009. Cilindro (motor). http://pt.wikipedia.org/wiki/Cilindro_(motor)
(accessed October 17, 2009)
Wikipédia. 2009. Cárter. http://pt.wikipedia.org/wiki/Cárter (accessed October 17,
2009)
