Motor a Explosão
O motor de explosão, ou motor de combustão interna, é amplamente usado para movimentar automóveis, ônibus, caminhões, etc.
Nos motores a álcool ou gasolina a produção do movimento começa pela queima de combustível nas câmaras de combustão. Essas câmaras contém um cilindro, duas válvulas (uma de admissão e outra de escape) e uma vela de ignição.
O pistão que se move no interior do cilindro é acoplado a biela que se articula com o virabrequim.
O virabrequim ao girar faz com que o movimento chegue as rodas através do sistema de transmissão do carro.
A figura acima mostra um esquema do motor a "quatro tempos", assim denominado porque seu funcionamento se faz em quatro etapas.
Primeiro tempo (indução)
A válvula de admissão se abre e uma mistura de combustível e ar é injetada no cilindro através da válvula de admissão enquanto o virabrequim, que gira, empurra o pistão para baixo.
Segundo tempo (compressão)
A válvula de admissão se fecha; a mistura é comprimida à medida que o pistão se eleva e, antes que este chegue à parte superior, a vela se ascende.
Terceiro tempo (potência)
A mistura acende-se; os gases quentes que se expandem, formados na explosão, produzem uma força que faz com que o pistão abaixe novamente, acionando o virabrequim.
Quarto tempo (exaustão)
A válvula de escape abre-se e os gases são expulsos pelo pistão que se eleva.
Os motores modernos usam sistemas eletrônicos que regulam com precisão a quantidade e o teor da mistura introduzida nos cilindros, conhecidos por injeção eletrônica.
Para melhorar o rendimento dos motores, estes funcionam, normalmente, com vários cilindros. Em um motor de quatro cilindros, quando um dos cilindros está em aspiração, outro está em compressão, o terceiro está em explosão e o quarto está em exaustão.
Se o motor está parado, os primeiros movimentos do pistão é feito através de um motor elétrico, conhecido como motor de arranque. Depois das primeiras explosões do combustível o motor de arranque é desligado e os pistões passam a funcionar em ciclos, como os que foram descritos.
Fonte: br.geocities.com
História do Automóvel
O mais antigo veículo a motor, o Cugnot a vapor, foi construído em 1770. Carros a vapor mais práticos, como o Bordino, já existiam no início do século XIX, mas eram pesados e desajeitados. Leis restritivas e o aparecimento dos trens, mais rápidos e capazes de transportar mais passageiros, ocasionaram o declínio dos "carros" a vapor. Foi só em 1860 que a primeira unidade motriz prática para veículos foi desenvolvida, com a invenção do motor de combustão interna pelo belga Etienne Lenoir.
Por volta de 1890, Karl Benz e Gottlieb Daimler, na Alemanha, e Albert de Dion e Armand Peugeot, na França, fabricavam automóveis para venda ao público. Esses primeiros carros produzidos em número limitado, iniciaram a idade do automóvel.
Há mais de meio século atrás, quando dominava a máquina a vapor e já era empregada a energia eléctrica, surgiu o motor alimentado pela gasolina. E quando as qualidades explosivas da gasolina ficaram definitivamente estabelecidas, foi possível o aparecimento do automóvel.
O aperfeiçoamento, ao mesmo tempo, do motor de combustão interna, isto é, aquele que recebe o combustível misturado c/ ar e que se faz explodir por faísca eléctrica, movimentando o êmbolo dentro de um cilindro, propiciou rápido desenvolvimento do automóvel.
Assim, em 1882, o engenheiro alemão DAIMLER começou a construir os primeiros motores práticos de gasolina. Em 1885, montou um desses motores numa espécie de bicicleta de madeira e, no ano seguinte, uma carruagem de 4 rodas. Foi o primeiro automóvel que realizou, com êxito, viagens completas. Desde então, surgiram novos modelos que passaram a ter rodas de borracha, faróis e pára-choques.
Contam as crónicas da época, que logo que os primeiros carros a motores de explosão começaram a circular nas estradas, muitos foram apedrejados por serem considerados "inimigos da segurança pública, ruidosos e fedorentos" e muito perigoso com sua velocidade de 18 km por hora... Antes de 1900, pois, um passeio de automóvel era uma aventura.
Por isso, muitos governos chegaram a promulgar leis especiais que obrigavam os proprietários dos carros e fazer os seus veículos serem precedidos por guardas com lanternas coloridas ou bandeiras vermelhas.
Com a fabricação do primeiro carro Henry Ford, nos Estados Unidos, iniciou-se a fabricação em massa de automóveis, barateando o seu preço no mercado, propiciando assim oportunidade a milhões de pessoas possuírem o seu próprio auto. A notável difusão do uso do automóvel, que tal forma de produção permitiu, fez com que os fabricantes melhorassem a apresentação e forma dos carros, de ano para ano, até chegarmos aos maravilhosos modelos aerodinâmicos de nossos dias.
Funcionamento dos Motores de Combustão Interna
O potencial de energia do petróleo é muito elevado. A energia nele concentrada pode liberar-se instantaneamente como na pólvora, produzindo uma explosão, com grande efeito mecânico.
Para que isso aconteça é necessário que ele seja queimado em uma mistura apropriada com certa percentagem de oxigénio.
Por volta de 1801, Philippe Lebon, chamado pitorescamente "o pai do gás de hulha", requereu uma patente descrevendo o princípio de um motor baseado na expansão de uma mistura de ar e gás inflamado.
Infelizmente Lebon foi assassinado. A história pára aí, para só ser recomeçada mais de cinquenta anos depois, quando em 1852, Jean Joseph Étienne Lenoir começa a trabalhar num motor a explosão.
Em 1858 Lenoir tenta seu primeiro motor fixo, de explosão, movido a gás. Dois anos depois, patenteia-o.
Lenoir pensa, então, em quebrar a rigidez do motor e colocá-lo num veículo. Transformar o movimento retilíneo em movimento de rotação de um carro.
Trabalhando ininterruptamente em 1863 consegue montar um triciclo. O motor funcionava como o de uma máquina a vapor. O combustível era gás de lulha ou óleo leve, proveniente de xistos ou alcatrões, vaporizado em carburador tipo primitivo.
A potência do motor era muito pequena: 1,5 hp. Lenoir ainda não havia descoberto a importância da compressão da mistura decombustível antes da ignição.
Embora sob o ponto de vista prático não tenha tido sucesso (e foi, mesmo, um fracasso - pois o carro não pôde ser comercializado) nesse triciclo circulou entre Paris e Joinville-le-Pont e, em virtude dele, Lenoir chegou a ganhar o Grande Prêmio Argenteuil.
Em 1880 um matemático de ruão, Delamarre-Deboutteville, debruçado sobre os estudos de Lenoir, consegue fazer um motor. delamarre.JPG (29605 bytes)É alimentado a gás, primeiro, depois a óleo leve "vaporizado".
O motor era horizontal, Chamou-o de "Simplex" e patenteou-o em 1884: 2 cilindros horizontais ligados a um único eixo de manivela, munido de um diferencial. Transmissão por corrente, como na bicicleta.
O trabalho pioneiro de Lenoir ficaria praticamente inútil para o automóvel se não fosse um caixeiro-viajante.
Um moço chamado Nikolaus August Otto, que as bibliografias especializadas de automóvel, chamam de "físico Otto"; outras, mais modestas, de "mecânico Otto".
Mas a verdade é que esse moço não era físico e nem mecânico: era um caixeiro-viajante. Curioso, inteligente, porém um caixeiro-viajante.
Otto era alemão. otto.JPG (19264 bytes)Viajava muito. Um dia foi a Paris e acabou vendo o motor de Lenoir. Era um apaixonado dos novos veículos. E no trabalho de Lenoir sentiu que ali havia um princípio. Mas o princípio de alguma coisa muito importante.
Aquilo despertou-lhe tal interesse, que é assunto nas próximas cartas que escreve à noiva.
A imaginação do caixeiro não pára. E ficou meditando no assunto.
Já se havia descoberto o motor a explosão. "Como aproveitá-lo, mas aproveitá-lo bem" - pensava Otto - "E talvez até num veículo automóvel?".
Otto instala uma pequena oficina. Depois, absorvido pelo seu trabalho, deixa o emprego de caixeiro-viajante: "...hoje é um grande dia para mim" - escreve à noiva comunicando a resolução.
Um dia, quando estava em sua banca de trabalho fazendo novas experiências com seu motor, ia admitir gás e ar no cilindro de sua máquina - quando se lembrou de empurrar o pistão novamente até onde e quando pudesse. O pistão funcionou como um compressor, calcando o combustível no cilindro. Feito isso, ligou a ignição: houve uma detonação seguida de rápidas e fortes rotações do volante da máquina.
Isso fez Otto pensar maduramente. Chegou à conclusão que seria melhor comprimir a mistura do combustível no cilindro, através do pistão, para depois incendiar a mistura. Incendiando-a assim comprimida haveria uma forte pancada do pistão e essa pancada produziria força.
Mais tarde, sintetizou sua observação e as conclusões a que chegou:
1)No primeiro movimento (recuo do pistão) admitia o combustível;
2) No segundo movimento, comprimia-o;
3)No terceiro movimento, a pancada (explosão), criava a força útil;
4) No quarto movimento (volta do pistão) havia a libertação e expulsão dos produtos da combustão.
Agora, como tirar proveito dessa observação?
Otto, que em janeiro de 1862 virou o primeiro motor a quatro tempos do mundo, ainda não estava satisfeito com sua criação: o motor era muito barulhento e as pancadas das explosões martelavam com tal violência que não havia mancais ou articulações que aguentassem por muito tempo.
motor_otto.JPG (23388 bytes)Trabalharia nesse motor, ininterruptamente, por 10 anos tentando aperfeiçoá-lo, a domesticar as explosões, e criando um sistema novo para incendiar a mistura, a que denominaríamos na linguagem de hoje, ignição.
Mais tarde associou-se ao engenheiro Eugen Langen e fundou a N.A. Otto & Cia., a primeira fábrica de motores à explosão do mundo (1864).
Em 1867, deixando de lado seu motor de quatro tempos, que ainda estava engatinhando, levou seu motor atmosférico para a II Exposição Mundial de Paris. Um cartaz dizia: "Le moteur à gaz, système Otto & Langen, offre à I`ndustrie une force motrice de 1 `3 chevaux plus avantageuse que la machine à vapeur."
Esse motor surpreendeu o mundo não só pela regularidade de funcionamento mas, principalmente, pela sua economia. Os discípulos de Lenoir, não acreditando que ele fizesse, realmente, economia de duas terças partes de combustível usado por outros motores depois de o examinarem detidamente ainda procuraram, por todos os cantos, levantando cortinas e olhando o teto, se não havia algum cano oculto que o alimentasse!.
Aí começa um novo capítulo da mecânica, marcada por aquela medalha de ouro que Oto ganhou, por sua máquina, na Exposição de Paris - numa cerimônia a que estiveram presentes Napoleão III e a Imperatriz Eugênia.
Embora condecorado, Otto não se julgava realizado. Transferiu as instalações de sua primeira e precária fábrica para Deutz., um subúrbio de Colônia, onde até hoje se encontra sua sucessora. Lá, com capital aumentado, pessoal especializado, contratou os serviços e a capacidade técnica de um senhor chamado Gottlieb Daimler que seria, pouco tempo depois, uma das estrelas no firmamento do automobilismo. Por coincidência Daimler escrevia para a sua mulher fazendo um desenho no canto da carta: "Daqui vai nascer uma estrela e eu espero que ela abençoe a nós e a nossos filhos".
Otto, que não descansava na sua porfiria para domesticar a explosão no seu motor de 4 tempos, um dia imaginou injetar primeiro ar no cilindro depois o combustível. Na hora da compressão a camada rica ficava junto da ignição e o ar, mais próximo do pistão, funcionava como acolchoamento, para suavizar a pancada. A realidade mostrou que a teoria estava certa - e Otto conseguira domesticar a explosão.
A partir de 1876 começa, em ritmo industrial, a construção do novo motor de Otto, pai de todos os motores à explosão modernos. Sua patente de número DRP 532, torna-se a patente-base do motor moderno e a patente mais combatida do mundo!
Fonte: www.carroantigo.com
É um motor que utiliza a gasolina como combustível. Realiza trabalho queimando uma mistura de vapor de gasolina e ar dentro de um cilindro. Por esta razão, é também chamado motor de combustão interna. Quando a mistura de ar com combustível queima formam-se gases quentes.
Estes expandem-se rapidamente e empurram as partes interiores do motor, levando-as mover-se. Este movimento pode rodas e hélices, ou operar máquinas. A potência de um motor à explosão, isto é, o trabalho que pode produzir, é geralmente expressa em cavalos-vapor ou watts.
Os motores à explosão são compactos e leves comparativamente a sua potência. Isto os torna mais usado em veículos. Automóveis, cortadores de grama, motocicletas, ônibus, aviões e pequenos barcos. Os motores à explosão também podem funcionar como usinas elétricas portáteis - por exemplo, para fornecer energia para acionar bombas e outras máquinas em fazendas.
Tipos de motores à explosão
Existem dois tipos principais de motores à explosão: motores de movimento alternado ou motores alternativos e motores rotativos. Os motores alternativos possuem êmbolos que se movem para cima e para baixo ou para frente e para trás. Uma parte chamada virabrequim transforma este movimento alternado em movimento circular, giratório, que aciona rodas. Um motor rotativo, conhecido também como motor Wenkel, utiliza rotores no lugar de êmbolos. Os rotores produzem diretamente o movimento giratório.
Os motores a explosão alternativos são classificados (1) pelo número de tempos ou percurso do êmbolo em cada ciclo, (2) pelo tipo de compressão, (3) pelo modo em que são refrigerados, (4) pelo arranjo de suas válvulas, (5) pelo arranjo de seus cilindros e (6) pela maneira com são alimentados com ar e combustível.
Ciclo
Os motores à explosão operam em um ciclo de dois tempos ou de quatro tempos. Um ciclo, ou modo de funcionamento do motor, significa os passos que devem ser repetidos par combustão da mistura ar - combustível nos cilindros. Os tempos são os movimentos de vaivém dos êmbolos. Um motor de quatro tempos tem um ciclo composto dos tempos de admissão ou de aspiração; compressão; combustão ou explosão; e expulsão ou escapamentos dos gases.
Em um motor com ciclo de dois tempos, o ciclo se opera combinando os tempos de admissão e compressão ao da explosão ao fim do tempo de explosão. Ainda que os motores de dois tenham baixa eficiência, são mais simples de construir e de menor custo do que os quatros tempos. São empregados onde abaixo custo é importante, com por exemplo em um cortador de grama. Um motor de dois tempos se desenvolve mais potência em relação ao peso e dimensão do que o motor de quatro tempos.
Cada cilindro, em um motor de dois tempos, produz uma explosão a cada volta do virabrequim. Mas em um motor de quatro tempos, um cilindro produz uma explosão, uma volta sim, outra não do virabrequim.
Alta e Baixa Compressão
Quando um êmbolo se move de baixo para cima em um cilindro, comprime a mistura de ar e gasolina na câmara de combustão. Um número conhecido como razão de compressão, indica proporção da mistura comprimida. Um motor de alta compressão pode Ter uma razão de compressão de dez par um. Tal motor comprime a mistura a 1/10 do seu volume original. Um motor de baixa compressão tem uma razão de oito para um.
Os motores de alta compressão queima a gasolina com mais eficiência que os de baixa compressão. Entretanto, os motores de alta compressão necessitam de gasolina com alto índice de octana. A maioria das gasolinas de alto índice de octana contém, aditivos de chumbo, que danificam os aparelhos denominados conversores catalíticos, colocados no sistema de exaustão a fim de remover poluentes. No início da década de 1970, por esta e outras razões , os fabricantes reduziram as razões de compressão - e as necessidades de octanagem - dos motores de veículos.
Arranjo das Válvulas
Os motores também são classificados pelo número e disposição dos cilindros. Os tipos mais comuns são motores em linha (no qual os cilindros estão dispostos em uma só fila), em V (em que os cilindros se dispõem em dois grupos iguais e formam um V), radial e horizontal oposto. Os motores radiais, nos quais os cilindros estão radialmente em torno do eixo de rotação, possuem um número ímpar de cilindros, três, cinco, sete ou nove. A maioria dos demais motores tem um número par de cilindros, quatro, seis, oito ou doze.
Ar e Combustível
O combustível pode ser enviado aos cilindros por um carburador ou por uma bomba de injeção. Assim, os motores alternativos classificam-se em carburador ou de injeção. Como a combustão depende do ar e do combustível, a potência de um motor é limitada pela quantidade de ar que chega aos cilindros. Para aumentar a potência, um motor pode ser supercomprimido. Um supercompressor é uma bomba que força a entrada de ar adicional nos cilindros. O ar necessário para queimar uma unidade de gasolina pesa cerca de 15 vezes mais que a gasolina.
Partes do Motor à Explosão
O bloco dos cilindros é uma estrutura rígida que mantém os cilindros em um alinhamento apropriado. Se o motor é refrigerado a líquido, o bloco é provido de camisa de água, isto é, possui passagem para o líquido em torno de cada cilindro. Em motores de automóveis, o bloco dos cilindros do motor formam uma única unidade. Em sua maior parte, os blocos dos cilindros são de ferro fundido ou de alumínio.
Os cilindros são tubos nos quis podem deslizar os êmbolos para cima e para baixo no seu interior. Sua superfície bem polidas possibilitam um encaixe perfeito entre o êmbolo e o cilindro e evitam o escapamento dos gases no êmbolo. Os cilindros, na maioria dos motores de automóvel, são parte do bloco. Alguns motores têm uma manga de cilindro, de aço ou de ferro fundido especialmente endurecidos.
A cabeça do cilindro é uma peça fundida na parte superior do bloco do cilindro. A cabeça de cilindro, a face superior do cilindro e o opo de êmbolo formam a câmara de combustão, o local onde ocorre a queima da mistura ar- combustível. A cabeça do cilindro e bloco também podem constituir uma única unidade.
O cárter do motor é onde uma estrutura rígida que suporta o virabrequim e o seu mancal. Nos motores, parte do virabrequim, ou o próprio virabrequim, pode integrar-se no bloco de cilindro. Um coletor de óleo aparafusado no fundo do cárter do motor contém o óleo de lubrificação do motor.
Êmbolos e bielas. Quando a mistura ar - combustível queima, os gases em expansão exercem uma força sobre o êmbolo. Esta força transmite-se, através de um biela, ao virabrequim. O êmbolo contém três a seis ou mais anéis com a finalidade de evitar que os gases escapem para seu exterior e para não deixa que o óleo lubrificante entre na câmara de combustão.
O virabrequim transforma o movimento alternativo de vaivém dos êmbolo em movimento giratório. O virabrequim possui diversas manivelas, formando ângulos entre si. Por exemplo, um motor de quatro tempos, em linha e com seis cilindros perfaz seis tempos de explosão em duas revoluções do virabrequim. As manivelas são dispostas em ângulos de 120º uma em relação a outra, de modo que os tempos de explosão são uniformemente espaçados nas duas revoluções.
O volante armazena energia durante a explosão do combustível e a libera durante os outros tempos, os que contribui para o virabrequim gire a velocidade constante.
Válvulas. Em um motor de quatro tempos, cada cilindro tem uma válvula de admissão, e uma válvula de expulsão, para deixar que os gases já queimados escapem. Estas são as chamadas válvulas de gatilho. Em muitos motores de dois tempos, o movimento de êmbolo toma o lugar das válvulas separadas. Quando o êmbolo se move, fecha e abre os orifícios.
O eixo de comando abre e fecha as válvulas. Localiza-se de um lado a outro do motor e tem dois excêntricos em cada cilindro - um para a válvula de admissão e um para a válvula de expulsão. Em um motor de quatro tempos, o eixo de comando é engrenado com o virabrequim, de modo a girar com a metade da velocidade do virabrequim. O eixo de comando pode ser localizada na cabeça de um motorcom válvula de cabeça em I, ou no cárter do motor. Cada excêntrico age através do tucho ou vareta seguidora para abrir a válvula em ponto adequado no ciclo do motor.
Desenvolvimento do Motor à Explosão
Os primeiros motores de combustão interna utilizavam gases em vez de gasolina como combustível. O reverendo W. Cecil leu ante a sociedade Filisófica de Combridge, na Inglaterra, em 1820, a descrição de suas experiências com um motor acionado pela explosão de um mistura de hidrogênio e ar. Credita-se a ele a obtenção do primeiro motor à gás em funcionamento.
William Barnett, Inventor inglês, patenteou em 1838 a invenção de um motor à gás que comprimia uma mistura de combustível, O motor de Barnett tinha um único cilindro; as explosão ocorria primeiro na parte acima e depois embaixo do êmbolo.
Na França, Jean Joseph Ëtienne Lenoir construir o primeiro motor à gás realmente prático em 1860. O gás de iluminação de rua foi utilizada coma combustível. Este motor de um cilindro possuía um sistema de ignição com acumulador elétrico. Em 1865, quatro centenas desses motores, em Paris, energizavam máquinas impressora, tornos e bombas de água. Lenoir instalou um motor à gás em um veículo àmotor rústico.
Em 1862, Beau de Rochas, engenheiro francês, desenvolveu teoricamente um motor de quatro tempos. Mas não o construiu. Quatro anos depois Nikolaus August Otto e Eugen Langen, da Alemanha, construíram um bem - sucedido motor à gás de quatro tempos. Em 1876, Otto e Langrn obtiveram patentes nos EUA dos motores de dois tempos e de quatro tempos.
O primeiro motor de quatro tempos a queimar gasolina e realmente utilizável foi concebido e projetado em 1885 por Gottlieb Daimler, sócio de Otto e Langen. No mesmo ano, Karl Benz, alemão, também desenvolveu um bem- sucedido à explosão. Os atuais motores conservam-se basicamente semelhantes a esses.
Fonte: www.adorofisica.com.br
Como Funciona a Explosão do Motor
O motor de explosão, ou motor de combustão interna, é amplamente usado para movimentar automóveis, ônibus, caminhões, etc.
Nos motores a álcool ou gasolina a produção do movimento começa pela queima de combustível nas câmaras de combustão. Essas câmaras contém um cilindro, duas válvulas (uma de admissão e outra de escape) e uma vela de ignição. O pistão que se move no interior do cilindro é acoplado a biela que se articula com o virabrequim. O virabrequim ao girar faz com que o movimento chegue as rodas através do sistema de transmissão do carro.
A figura acima mostra um esquema do motor a "quatro tempos", assim denominado porque seu funcionamento se faz em quatro etapas.
Primeiro tempo (indução):
A válvula de admissão se abre e uma mistura de combustível e ar é injetada no cilindro através da válvula de admissão enquanto o virabrequim, que gira, empurra o pistão para baixo.
Segundo tempo (compressão):
A válvula de admissão se fecha; a mistura é comprimida à medida que o pistão se eleva e, antes que este chegue à parte superior, a vela se ascende.
Terceiro tempo (potência):
A mistura acende-se; os gases quentes que se expandem, formados na explosão, produzem uma força que faz com que o pistão abaixe novamente, acionando o virabrequim.
Quarto tempo (exaustão)
A válvula de escape abre-se e os gases são expulsos pelo pistão que se eleva.
Os motores modernos usam sistemas eletrônicos que regulam com precisão a quantidade e o teor da mistura introduzida nos cilindros, conhecidos por injeção eletrônica.
Para melhorar o rendimento dos motores, estes funcionam, normalmente, com vários cilindros. Em um motor de quatro cilindros, quando um dos cilindros está em aspiração, outro está em compressão, o terceiro está em explosão e o quarto está em exaustão.
Se o motor está parado, os primeiros movimentos do pistão é feito através de um motor elétrico, conhecido como motor de arranque. Depois das primeiras explosões do combustível o motor de arranque é desligado e os pistões passam a funcionar em ciclos, como os que foram descritos.
Fonte: www.retificamotorforte.com.br
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