Quais são os principais componentes do MCI?

INTRODUÇÃO AOS MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA (MCI)

Nesta sessão, iniciaremos os nossos estudos sobre os Motores de Combustão Interna, o qual será dividido em vários capítulos para assim tratar de um assunto específico detalhadamente.

Motores a combustão interna são importantíssimos principalmente dentro da indústria automobilística, mesmo com a nova onda dos motores elétricos. Eles são utilizados em toda a indústria da mobilidade, com barcos, aviões, trens, veículos de passeio e de carga, e até mesmo com brinquedos.
Mas o que são os motores a combustão interna? Eles são maquinas térmicas, ou seja, são mecanismos capazes de transformar calor em trabalho, neste caso a energia proveniente da combustão em um movimento rotativo de um eixo o qual é ligado por diversos componentes até as rodas, fazendo com que o carro neste caso, se movimente.
E como se tratam de maquinas térmicas onde se tem troca de calor, e composto por diversos mecanismos ligados, em contato um ao outro, podemos então definir que a eficiência desta maquina térmica não é 100%. Este fator de eficiência e rendimento é algo muito estudado dentro da Termodinâmica, que é o estudo das leis sobre trocas de calor, transformação de energia térmica em trabalho.

Então, um dos principais fatores que fazem com que reduzam a eficiência de um motor são as trocas de calor com o ambiente, e o atrito entre os componentes mecânicos.
Quando falamos da troca de calor, nós nos referimos ao processo de combustão, o qual é a queima de uma quantidade de um determinado combustível misturado a uma quantia de ar, onde é inflamado após uma centelha (Isto ocorre para os motores a gasolina, álcool e GNV, para o diesel o processo é diferente). Com a queima desta  mistura ar combustível, uma quantidade de energia térmica é gerada, e ela esta em contato com os componentes internos do motor, como bloco, cabeçote e pistão, que por condução este calor é transferido para outros componentes externos. Com isso o motor é aquecido e este esta em contato com um ambiente externo onde sofre variações de temperatura, com frio, calor e vento. Todos os fatores influenciam na eficiência de um motor, onde a baixa temperatura faz com que a energia térmica da combustão não seja totalmente aproveitada, devido a sofrer com a troca térmica com uma fonte fria. Para intender completamente este processo é necessário o estudo da Termodinâmica
Após esta apresentação sobre os motores a combustão interna, iniciaremos a apresentação dos principais componentes que formam o motor e fazer com que a queima do fluido ativo se transforme em movimento.

Iniciamos pelo Pistão, componente onde recebe toda a pressão direta proveniente da combustão, e este é ligado a biela através de um pino, formando um conjunto responsável para levar o movimento de vai e vem durante a combustão.

Este conjunto de Pistão e Biela é conectado ao Virabrequim, ou Girabrequim, qualquer uma destas formas é correto se dizer. Este conjunto é o responsável por transformar o movimento de vai e vem do pistão em um movimento rotativo, que através de engrenagens e semi eixos são levados até as rodas para movimentar o seu veículo.
Estes componentes são os mais exigidos em um motor, e necessitam de lubrificação constante para que durante a sua rotação, tenha menos atrito e sofra com superaquecimento e desgaste excessivo. Em motores de alta performance este conjunto chega a girar até 22 mil vezes e um minuto (RPM, Rotações Por Minuto, é a unidade de medida para rotações de motores a combustão interna), já em motores de veículos de passeio as rotações chegam até 7mil RPM.

A rotação do motor é muito ligado a potencia e também ao tipo de uso, se ele será para altas velocidades ou para transportar cargas pesadas. O que influencia na rotação é o curso do pistão, ou seja, a distancia percorrida dentro do motor, entre um ponto máximo superior e o ponto mínimo inferior, estes são denominados Ponto Morto Superior e Ponto Morto Inferior, ou PMS e PMI.
Agora que você já conhece os componentes rotativos dentro do motor, será apresentado os componentes onde são encaixados para se fechar o motor. Então temos o Bloco do motor, onde ficam alojados o Pistão, Biela e Virabrequim, e por cima do Bloco do motor, vai o Cabeçote, onde estão as Valvulas e o Comando de Válvulas.
O Bloco do motor é a base para ele, e para os motores de hoje em dia, possuem diversas galerias, furos que passam por todo ele onde são transportados agua para a refrigeração e também óleo para a lubrificação. É claro que são em galerias diferentes.

O Cabeçote é outro elemento fundamental em um motor a combustão, o qual transporta os fluidos do motor, como o ar para a admissão, e o gás de escape proveniente dos produtos da combustão. Nele também possui galerias por onde passam agua e óleo. Entre o Cabeçote e o Bloco existe um elemento para melhor união e para que não haja vãos, a Junta, podendo ser ela de materiais como Amianto e Alumínio.
Dentro do Cabeçote esta alojado o Comando de Valvulas, que como um grande estudioso de motores a combustão o Prof. Doutor Gordon Blair dizia, é o maestro do motor. O Comando de Válvulas realiza no tempo exato a abertura das Válvulas de Admissão e Válvulas de Escape. A abertura é feita através do contato dos cames do comando em tuchos ou dependendo do veículo, hastes, que por sua vez movimentam balancins que empurram as válvulas para baixo, realizando então a abertura.

O Comando de Válvulas é ligado ao Virabrequim através de uma correia ou corrente dependendo do veículo, onde possui uma relação de rotação de 2:1, ou seja, a cada duas rotações do virabrequim, o comando de válvulas da uma. Todo o conceito será entendido melhor através do vídeo de simulação do motor.
Apresentados estes componentes, podemos então fechar o motor, não que ele não possua outros componentes, alias, possui muitos outros com grande importância também, como bomba de óleo, bomba d’agua, radiador, alternador entre outros.
Agora com o conhecimento destes componente podemos partir para apresentação do funcionamento, iniciando por algo que muitos não fazem ideia do significado, o ciclo 4 tempos de um motor.
Anteriormente possuíamos motores que eram produzidos, chamados de 2 Tempos, muito conhecidos por serem barulhentos e também por fazerem muita fumaça, e atualmente possuímos motores de 4 Tempos, que são mais econômicos, menos barulhentos e mais robustos. Mas o que seriam este 2 ou 4 tempos?

Cada tempo significa uma etapa do ciclo do motor a combustão, o qual deve ser realizado. Para os motores de 2 Tempos temos duas etapas sendo realizadas de uma vez.
Os motores a combustão possuem as etapas de Admissão, Compressão, Combustão e Exaustão completando o ciclo e então novamente iniciando na mesma ordem.
Agora explicaremos detalhadamente o que acontece em cada etapa do motor:

ADMISSÃO – Este é o processo inicial para o motor a combustão, onde o pistão desloca se do PMS ao PMI, onde neste movimento o virabrequim gira 180º.
Durante este movimento, as válvulas de Admissão estão abertas, permitindo a sucção de ar para dentro do cilindro. Neste mesmo momento o cilindro é preenchido com o combustível, formando a mistura para a combustão. Caso o motor seja um de injeção direta de combustível (GDI), o cilindro neste movimento é preenchido somente com ar.

COMPRESSÃO – Neste movimento, as válvulas de admissão são fechadas, e então o pistão desloca se do PMI ao PMS. Com as válvulas fechadas, a mistura então é aprisionada e isolada, e através do deslocamento do pistão, ela sofre a compressão, elevando então a pressão interna dentro câmara de combustão. Neste movimento o virabrequim percorre mais 180º, totalizando 360º.

COMBUSTÃO –  Neste tempo temos então a combustão, onde nas proximidades do pistão ao PMS, é então liberado uma faísca pela vela ocorrendo um grande aumento de pressão, capaz de movimentar o sistema, levando o pistão do PMS ao PMI. Este tempo é o responsável pela produção de trabalho positivo no ciclo do motor. Neste tempo o virabrequim percorre mais 180º.

ESCAPE –  Neste tempo, as válvulas de escape são abertas, e o pistão então desloca se do PMI ao PMS, empurrando os produtos da combustão, os gases produzidos para fora do cilindro, para que então se possa iniciar novamente mais um ciclo. Durante este tempo, o virabrequim percorre mais 180º percorrendo ao total do ciclo 720º, ou duas voltas completas.

Agora que já temos o conhecimento dos princípios de funcionamento de um motor a combustão, fica muito mais fácil compreender a importância de cada componente e também alguns problemas que são relatados por mecânicos.

Agora para ficar mais facil e acabe com uma duvida muito frequente em grande parte das pessoas, será apresentado um parâmetro importantíssimo, a Cilindrada de um motor.
A cilindrada é muito conhecida quando falamos de motos, onde seu tamanho é determinado pela Cilindrada, e para carros é da mesma forma, mas comumente falamos pela capacidade em litros de um motor. Cilindrada determina o tamanho do motor, onde é o volume deslocado pelo pistão, sendo este volume em cm³. Então quando falamos que um motor tem 1000 cilindradas, significa que o conjunto de pistões desloca um volume de 1000 cm³, que por conversão das unidades, significa que tem capacidade de 1 litro, ou seja, um motor conhecido popularmente 1.0.

Seguindo este mesmo modo podemos dizer que um motor de um carro 1.6 tem então 1600 cilindradas, ou seja, capacidade volumétrica de 1600cm³ e assim por diante.
A cilindrada é determinada então pelo curso do pistão, o movimento de subida e descida, do PMS ao PMI, pelo diâmetro do cilindro, ou seja, o calculo de volume de um cilindro onde temos “AREA DO CIRCULO x ALTURA”. A alteração de um destes parâmetros, tanto curso como diâmetro, resulta na alteração da cilindrada do motor.
Aproveitando o assunto para finalizar, para veículos de alta potencia e alta velocidade, é priorizado pequeno curso de pistão, resultando em altas rotações. Para veículos para alto torque e força, como os de carga, são utilizados cursos longos e baixas rotações.

CLASSIFICAÇÃO DOS MCI

Os motores de Combustão interna são classificados de acordo com a forma de se obter trabalho, são eles:

• Motores Alternativos: quando o trabalho é obtido pelo movimento de vaivém e um pistão, transformado em rotação continua por um sistema biela-manivela.
  Exemplo: motores de veículos de passeio e utilitários
• Motores Rotativos: quando o trabalho é obtido indiretamente por um movimento de rotação.
  Exemplos: turbina a gás e o motor Wankel.
• Motores de Impulso: quando o trabalho é obtido pela força de reação dos gases expelidos em alta velocidade pelo motor.
  Exemplos: motor a jato e foguetes.

Os motores alternativos são os mais comuns e utilizados hoje pela indústria automotiva.

OS MOTORES ALTERNATIVOS

Pra facilitar o entendimento e compreensão mais a fundo sobre todos os pontos de um motor alternativo, vamos começar com algumas nomenclaturas comumente utilizada e também com o detalhamento dos componentes de um MCI (Motor de Combustão Interna).

Iniciamos com  figura a seguir, a vista dos componentes de um MCI:

Pra o item 18 não existe uma padronização em seu nome, podendo ser chamado de girabrequim, eixo de manivelas, arvore de manivelas, entre outros nomes.

Quanto a posição do pistão dentro do cilindro podemos definir:

• TDC (PMS): Ponto morto Superior –é a posição na qual o pistão está o mais próximo possível ddo cabeçote
• BDC (PMI): Ponto morto Inferior é a posição na qual o pistão está o mais distante possível do cabeçote
• S: Curso do Pistão – é a distancia percorrida pelo pistão quando se desloca de um ponto morto para outro, como por exemplo, do PMS ao PMI, ou vice e versa.
• V1: Volume Total – é o volume compreendido entre a cabeça do pistão e o cabeçote, quando o pistão está no PMI.
• V2: Volume morto ou Volume da Câmara de Combustão – é o volume compreendido entre a cabeça do pistão e o cabeçote, quando o pistão se encontra no PMS.
• Vdu: Cilindrada Unitária – também conhecido como volume deslocado útil, ou deslocamento volumétrico, é o volume deslocado pelo pistão de um ponto morto a outro, em apenas um cilindro.
• Vd: Volume deslocado no motor – deslocamento volumétrico do motor ou cilindrada total, volume deslocado pelo pistão em todos os cilindros do motor.

Esta nomenclatura será muito utilizada mais a frente para explicação de conceitos e realização de cálculos demonstrativos. Procure sempre memorizar esta nomenclatura, é a mais utilizada em literaturas técnicas sobre motores a combustão.

A Combustão é um processo químico exotérmico de oxidação de um combustível. Os processo exotérmicos são aqueles em que ocorrem liberação de calor. O prefixo exo significa “para fora”.
Para que o combustível reaja com o oxigênio do ar, necessita-se de algum agente que provoque o inicio da reação. Denomina-se ignição o processo que provoca o inicio da Combustão.

Quanto a ignição, os motores alternativos são divididos em dois tipos fundamentais:

Nosso foco será nos motores de ignição por faísca (MIF), sendo estes os mais comuns e utilizados com a alimentação por gasolina, álcool ou GNV (Gas natural Veicular). Estes motores são também os mais utilizados em competições automotivas, possuindo uma enorme gama de parâmetros para acerto e otimização de performance.
Porém também entraremos no âmbito dos motores por ignição espontânea (MIE) mais a frente.

Nesses motores, a mistura de ar combustível é admitida e previamente dosada através de um sistema de alimentação mecânica, como o carburador, ou então através de um gerenciamento eletrônico, por injeção eletrônica. Em alguns casos esta mistura ar combustível pode ser formada diretamente no interior dos cilindros, isto quando se há injeção direta de combustível (GDI – Gasoline direct Injection).
Após realizada a mistura, ela então é inflamada através de uma faísca que ocorre por meio de uma vela, o qual possui um eletrodo responsável por gerar esta centelha.

Esta vela sempre é posicionada na parte superior do cilindro, acoplada ao cabeçote, onde ela recebe uma corrente elétrica proveniente de uma bobina, onde é conduzida através de cabos revestidos, os cabos de vela.

Este conjunto de velas, cabos de velas e bobina, sempre farão parte de um motor por ignição por faísca.
Comumente encontramos uma vela por cilindro, más existem casos onde podemos encontrar até mesmo duas velas no mesmo cilindro, como é o caso de um motor desenvolvido pela Alfa Romeo, um 2.0 o qual equipa o modelo 147.

Esta configuração permitia uma alta velocidade na combustão, onde a mistura era inflamada em menor tempo. Isto permite um maior avanço no ponto de ignição, permitindo se iniciar a centelha o mais próximo possível quando o pistão se aproxima do PMS. Estes conceitos de avanço de ignição serão apresentados mais afundo e nos próximos capítulos.

Quais os principais componentes do MCI?

Quais são os principais componentes do motor de combustão interna?

São exemplos de componentes móveis dos motores alternativos?

Quais os principais componentes fixos dos motores de combustão interna ciclo Diesel?