MOTORES: potência e desempenho na lavoura

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Maio / Junho 2001 • MÆquinas
Motores agrícolas - Especial • 3
CONCEITO:
O motor tØrmico de combustªo interna
volumØtrico alternativo, Ø um conjunto de me-
canismos que converte a energia calorífica
ou tØrmica de um combustível em trabalho
mecânico. O objetivo do nosso estudo Ø o
motor de igniçªo por compressªo, que utiliza
como combustível o óleo Diesel, mais utiliza-
do em tratores agrícolas.
De acordo com um estudo realizado por
autores estadunidenses os motores de trato-
res evoluíram bastante desde o início do sØ-
culo. Esse trabalho com tratores norte-ameri-
canos foi feito levando em conta caracterís-
ticas construtivas e de funcionamento.
TendŒncias no projeto de motores de tratores nos EUA
1
2
3
4
5
6
8
1919 19481 19602 1975 1982
4
13
-
80
0
2
1
0
14
2
70
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0
0
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0
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0
10
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33
13
0
0
27
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0
52
2
Nœmero de cilindros
0 - 500
501 - 1100
1101 -1500
1501- 2000
2001- 2500
2501- 3000
11
83
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1
-
-
0
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-
-
0
0
8
76
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-
0
0
0
0
83
17
0
0
0
0
90
10
Rotaçªo do motor (rpm)
Magneto
Bateria
(faísca)
Diesel
97
3
-
66
21
23
0
50
50
0
7
93
0
0
100
Igniçªo
Vertical
Horizontal
76
24
90
10
100
0
100
0
100
0
Tipo de motor
Fonte: Liljedahl, J.B., Turnquist, P.K., Smith, D.W., Hoki, M. TRACTORS AND THEIR POWER UNITS, 1996
1 Tratores colocados no mercado
2 Tratores ensaiados em Nebraska de 1960 a 1982
Quanto ao nœmero de cil indros, no
final deste sØculo, ocorreu o domínio
dos motores de seis cil indros e um
constante decrØscimo da quantida-
de de motores de 4 cil indros. Os mo-
tores tiveram, por esse estudo um au-
mento da rotaçªo nominal de funci-
onamento, pois a maioria dos moto-
res passou a trabalhar entre as 2000
e 2500 rpm no ponto de potŒncia
mÆxima. No início do sØculo o regi-
me de rotaçıes era, na maioria dos
casos próxima as 1100 rpm. Os moto-
res de combustªo interna de ciclo Di-
esel dominaram amplamente os mo-
tores de igniçªo por faísca, que de-
sapareceram no início da dØcada de
60 e os motores de igniçªo por mag-
neto que foram construídos pela œlti-
ma vez durante a 2“ grande guerra
mundial. Desde essa Øpoca, tambØm
houve a reafirmaçªo dos motores de
cil indros posicionados na vertical.
MOTORES
AGR˝COLAS
4 • Especial - Motores agrícolas
MÆquinas • Maio / Junho 2001
Funcionamento do motor
Componentes do motor
Os componentes do motor endotØrmico de com-
bustªo interna podem ser separados em:
Fixos
• Cilindro:
É o local onde o pistªo se desloca com movimen-
to retilíneo alternado. O material usado geralmente
Ø o ferro fundido. Nos motores arrefecidos a ar, os
cilindros possuem externamente as aletas para au-
mentar a superfície de contato com o ambiente e
dissipar melhor o calor.
Quanto à fixaçªo, os cilindros podem ser:
Fixos: o cilindro Ø formado pelo próprio bloco,
isto Ø, nªo pode ser removido. O pistªo estÆ em con-
tato com o material do bloco atravØs dos anØis de
segmento;
Móveis: O pistªo trabalha em um cilindro metÆ-
lico que Ø introduzido em um encaixe dentro do blo-
co do motor. Esse cilindro tambØm Ø chamado de
“camisa” e pode ser vedado por meio de pressªo, com
certo amassamento ou por meio de vedaçıes de bor-
racha ou juntas. Com o desgaste, pode-se trocar o
“kit”, isto Ø, o conjunto do pistªo e a “camisa” ou
trocar o pistªo por um de dimensıes maiores e se
retificar o cilindro aumentando o diâmetro;
Quanto ao arrefecimento os cilindros podem ser:
Secos: quando o líquido usado no sistema de ar-
refecimento nªo estÆ em contato direto com a “ca-
misa”, isto Ø, Ø o bloco que entra em contato com a
camisa e troca calor com o líquido;
Úmidos: quando o líquido estÆ em contato dire-
to com a camisa e entre si trocam calor.
Os fatores que provocam o desgaste do cilindro sªo:
• Presença de material abrasivo no combustível
e/ou lubrificante;
• Presença de Ægua no combustível ou lubrifi-
cante;
• Viscosidade inadequada do óleo lubrificante;
• Superaquecimento do sistema;
• Pressªo do óleo inadequada;
• Altas solicitaçıes do motor;
• Contaminaçªo do óleo lubrificante;
• Ar admitido com poeira em suspensªo.
• Bloco:
A funçªo do bloco do motor Ø sustentar as outras
partes do motor. Nele, estªo situados os mancais de apoio
do virabrequim e os cilindros. É fechado na extremidade
superior pelo cabeçote e na extremidade inferior pelo
cÆrter. O material com que Ø fabricado geralmente Ø o
ferro fundido.
Na figura 01 aparece um bloco de motor com seis
cilindros e as respectivas galerias de Ægua e lubrificante.
Na parte inferior aparecem os mancais de fixaçªo do eixo
virabrequim.
• CÆrter:
A sua funçªo Ø servir como depósito de óleo, alØm de
fechar o motor pela parte de baixo. Seu formato deve
permitir contato permanente do óleo lubrificante com a
bomba deste sistema. ContØm o bujªo de drenagem.
• Cabeçote:
Geralmente contØm as vÆlvulas, bicos injetores,
câmaras de combustªo e fecha a parte superior do
cilindro. O cabeçote une-se ao bloco por meio de
parafusos que devem ser apertados com torque cor-
reto, para impedir o empenamento. Entre o bloco e
o cabeçote interpıe-se uma junta que veda os gases
de combustªo, o óleo e a Ægua. O material usado para
a fabricaçªo do cabeçote Ø o ferro fundido.
Obs.: O cabeçote pode ser chamado de tampa de
cilindros quando as vÆlvulas forem presentes no blo-
co ou inexistirem (como Ø o caso dos motores de dois
tempos). A sua funçªo entªo serÆ somente fechar a
parte superior do bloco e conter a vela.
• Coletor de admissªo:
É uma parte fixada ao cabeçote ou ao bloco do
motor, que tem a finalidade de distribuir uniforme-
mente aos cilindros, atravØs de vÆlvula ou janela de
admissªo, o ar ou a mistura provenientes do filtro de
ar e do carburador, respectivamente.
• Coletor de escapamento:
O sistema de escapamento conduz os gases quen-
tes, resultantes da combustªo, desde o motor e atra-
vØs do coletor, tubo de escapamento e silencioso, para
o tubo de saída, que os lança para a atmosfera.
A figura 02 mostra a vista transversal de um mo-
tor alternativo de pistıes, com igniçªo por faísca, mas
o exemplo pode ser extrapolado para os motores de
ciclo Diesel. Esse motor possui dois eixos comandos
de vÆlvulas, uma para a admissªo e outro para a des-
carga e com varetas de acionamento de balanceiros
que acionam as vÆlvulas. Essa Ø uma construçªo de
motores que tende a desaparecer no futuro, pois jÆ
foi iniciada a produçªo de motores Diesel para tra-
tores com comando de vÆlvulas diretamente no ca-
beçote, acionado por correia dentada, a partir de polia
colocada no eixo virabrequim.
FIG.01
Bloco do motor: A: Galerias de Ægua; B: Galerias de
lubrificante; C: Camisas ou cilindros; D: Mancais do
virabrequim; E: Parede do bloco
A funçªo do
bloco do
motor Ø
sustentar as
outras partes
do motor.
Nele, estªo
situados os
mancais de
apoio do
virabrequim e
os cilindros. É
fechado na
extremidade
superior pelo
cabeçote e na
extremidade
inferior pelo
cÆrter. O
material com
que Ø
fabricado
geralmente Ø o
ferro fundido.
Maio / Junho 2001 • MÆquinas
Motores agrícolas - Especial • 5
MÓVEIS
• Pistªo ou embolo:
A sua funçªo Ø receber o impulso gerado pela
combustªo e transmiti-lo à biela. Tem forma de tron-
co cônico-oval, aparentemente cilíndrica. Durante a
fase de aquecimento o pistªo aquece mais intensa-
mente a parte superior, que estÆ próxima a regiªo de
combustªo o que provoca a dilataçªo diferenciada
aproximando a peça de uma forma cilíndrica. Divi-
de-se em: Topo, superfície plana ou levemente côn-
cava e diâmetro menor que a saia e contØm os locais
(canaletas) onde se alojam os anØis de segmento, a
saia, que serve para impedir inclinaçªo do pistªo
dentro do cilindro. O pinodo pistªo tem a funçªo de
servir de uniªo e articulaçªo entre a biela e o pistªo.
É um tubo de aço tratado termicamente. Podem ser
chamados de pinos fixos, oscilantes ou flutuantes.
Fixos, quando Ø livre na bucha de biela e fixo no
pistªo. Monta-se com o pistªo aquecido (180” C)
em banho de óleo. Oscilante, quando Ø fixo na bu-
cha de biela e livre no pistªo. Monta-se aquecendo o
pØ da biela ou resfriando o pino, e, flutuante, quan-
do Ø móvel na bucha de biela e no pistªo, tendo-se aí
que montar com travas, para que nªo saia do lugar e
risque a parede do cilindro. Os anØis do pistªo ou
anØis de segmento tŒm funçªo de vedar a passagem
do combustível e da pressªo de dentro de câmara
para o interior do bloco e, impedir que o óleo lubri-
ficante passe para dentro da câmara de combustªo.
Eles exercem pressªo radial na parede do cilindro.
Podem ser, anØis de compressªo, que tem a funçªo
de impedir a passagem de gases para o cÆrter. Situ-
am-se nas canaletas superiores do pistªo e anØis de
lubrificaçªo, que tem a funçªo de lubrificar a inter-
face pistªo-cilindro.
Na figura 03, Ø mostrado um pistªo com corte
duplo, para melhor visualizaçªo. Na parte superior
aparece a cavidade da câmara de turbulŒncia que
acelera a movimentaçªo do fluido operante, logo de-
pois da injeçªo do Diesel pelo bico. TambØm apare-
FIG.02
Componentes de um motor endotØrmico alternativo de
pistıes. Fonte: Adaptado de Giacosa, D. (1986)
cem os anØis de compressªo e raspadores de óleo.
Normalmente os motores de tratores possuíam an-
tes um anel raspador de óleo na saia, logo abaixo do
pino de pistªo. Modernamente esse anel foi supri-
mido na maioria dos casos em busca de uma dimi-
nuiçªo do atrito. Em troca ocorreu um aumento do
consumo de óleo lubrificante e uma maior emissªo
de vapor pelo tubo de respiro do motor.
Os pistıes, por suas características de funciona-
mento, sªo muito exigentes em balanceamento, por
isso sªo colocados pesos com o objetivo de igualar o
esforço em toda a peça quando esta estÆ em funcio-
namento.
• Biela:
É uma haste que transmite o movimento alter-
nativo do pistªo para o virabrequim. A biela divide-
se em: cabeça ou olho grande, que Ø a parte da biela
que se prende ao virabrequim, perna ou haste, que Ø
a parte intermediÆria da biela e o pØ ou olho peque-
no, que Ø a parte da biela que se prende ao pino do
pistªo.
FIG.03
Pistªo de um motor: A: Câmara de combustªo; B: Parte
superior; C: Canaleta do anel; D: Anel superior de
compressªo; E: Anel inferior de compressªo; F: Anel
de óleo ou raspador; G: Pesos de balanceamento; H:
Saia do pistªo; I: Pino do pistªo; J: Presilhas ou travas
do pino
Na figura 4 aparece em detalhe a posiçªo do pis-
tªo e do respectivo anel em relaçªo à camisa. A pró-
pria compressªo do motor deve ser suficiente para
criar uma força horizontal e outra vertical, que em-
purre o anel contra o cilindro, promovendo a veda-
çªo da câmara de combustªo. Deve-se notar a forma
do anel, que favorece esta tensªo radial.
• Casquilhos ou bronzinas:
Sªo superfícies metÆlicas que se interpıem entre
o virabrequim e a cabeça da biela e, entre o virabre-
quim e o mancal fixo do bloco. Prolonga a vida œtil
das partes do motor por evitar o contato direto entre
elas. Os requisitos de uma boa bronzina sªo: bom
Normalmente
os motores de
tratores
possuíam
antes um anel
raspador de
óleo na saia,
logo abaixo do
pino de pistªo.
Modernamente
esse anel foi
suprimido na
maioria dos
casos em
busca de uma
diminuiçªo do
atrito. Em
troca ocorreu
um aumento
do consumo
de óleo
lubrificante e
uma maior
emissªo de
vapor pelo
tubo de
respiro do
motor
6 • Especial - Motores agrícolas
MÆquinas • Maio / Junho 2001
deslizamento, resistŒncia à fadiga, baixa dureza, ca-
pacidade de absorver partículas sólidas do óleo lu-
brificante, nªo se corroer facilmente e ter uma boa
aderŒncia ao bloco e a biela.
•Virabrequim ou eixo motor:
Pelo seu formato (manivela), transforma o mo-
vimento alternativo do pistªo em movimento rotati-
vo. Divide-se em mancal fixo, onde a virabrequim
prende-se ao bloco, mancal móvel ou de biela, onde
se prendem as bielas e contrapesos, que servem para
acumular energia, posicionando-se no lado oposto
do mancal de biela, e a flange de fixaçªo do volante
do motor. O ângulo formado entre os mancais mó-
veis depende da característica do motor (nœmero de
tempos, da ordem de igniçªo e do nœmero de cilin-
dros).
• Volante:
É uma massa de ferro fundido, pesada, que se
prende à flange do virabrequim por meio de parafu-
sos e serve para acumular energia cinØtica, proporci-
onando velocidade angular uniforme, reduzindo as
variaçıes dos tempos do motor, dando equilíbrio no
momento rotativo. Absorve energia no tempo motor
ou explosªo, liberando-a nos outros tempos, que ape-
nas sªo consumidores de energia.
Corte de um pistªo e a interface deste com a parede
do cilindro: A: Cilindro; B: Anel de compressªo; C:
Canaleta do anel; D: Parede do pistªo
FIG.04
Conjunto biela-bronzina: A: PØ ou olho pequeno; B: Bucha
da biela; C: Perna ou haste; D: Cabeça ou olho grande; E:
Casquilhos ou bronzinas de biela; F: Contrapeso
FIG.05
Nessa vista explodida (fig. 05) de um con-
junto biela e bronzinas se pode notar que estas
sªo dividas em duas partes. A biela se une por
meio de parafusos, que necessitam torque de
aperto correto e no caso das bronzinas, que sªo
unidas por estarem na parte interior do colo da
biela e por tanto sªo pressionadas umas contra
as outras.
• VÆlvulas:
 A sua funçªo Ø interromper o fluxo dos gases
de aspiraçªo e descarga nos devidos tempos, de
acordo com a açªo do eixo comando de vÆlvulas.
Podem ser, vÆlvulas de admissªo, que comandam
a entrada dos gases ou do ar que entra para o
cilindro no tempo de admissªo e, vÆlvulas de des-
carga ou escape, que comandam a saída dos ga-
ses que saem do cilindro, no tempo de escape, A
vÆlvula divide-se em cabeça, que Ø a parte que
fecha sobre a sede de vÆlvula a passagem do gÆs e
haste que trabalha dentro do guia, evitando des-
vio lateral. Normalmente, as vÆlvulas estªo pre-
sentes no motor em nœmero de duas, uma de ad-
missªo a outra de descarga. Nos motores de dois
tempos, geralmente Ø ausente. A sede de vÆlvula
Ø o assento de encaixe de vÆlvula, deve prover
com a vÆlvula uma boa vedaçªo. Tem a forma de
um anel cônico que Ø postiço no cabeçote. O ma-
terial, geralmente, Ø o aço de alta dureza. Deve
sofrer um processo de esmerilhamento para mai-
or vedaçªo. A guia serve para orientar a haste de
vÆlvula no seu movimento alternativo. O mate-
rial, geralmente, Ø o cobre, para que este se des-
gaste evitando o desgaste de vÆlvula. A mola de
vÆlvula Ø a responsÆvel pelo fechamento desta.
Quando o ressalto do comando de vÆlvulas nªo
estiver atuando, ela fecha a vÆlvula. O material Ø
o aço temperado de grande dureza.
Eixo de comando de vÆlvulas ou eixo de res-
saltos: A sua funçªo Ø comandar, por ressaltos, a
abertura das vÆlvulas. O virabrequim, transmite
por engrenagens e/ou correias, o movimento para
o comando de vÆlvulas que, pelo ressalto, aciona
a vÆlvula que se abre ou fecha pela açªo de mola
quando o ressalto nªo estÆ atuando. É uma Ærvo-
re, com tantos ressaltos quanto o nœmero de vÆl-
vulas do motor. Gira com a metade de velocida-
de angular do virabrequim (Relaçªo 1:2).
Conceitos bÆsicos
Ponto morto inferior (PMI):
É o local do curso alternativo do pistªo, dentro
do cilindro, em que este estÆ mais afastado do ca-
beçote.
Ponto morto superior (PMS):
É o local do curso alternativo do pistªo, dentro
do cilindro, em que este estÆ mais próximo do ca-
beçote.
Curso:
É o espaço linear percorrido pelo pistªo do PMI
ao PMS, e vice-versa.
Diâmetro:
É o diâmetro interno do cilindro do motor.
Câmara de combustªo:
Local onde ocorre a combustªo da mistura ar-
combustível com o auxílio do bicoinjetor ou da
vela.
 A forma de câmara Ø importante porque cria
turbulŒncia na compressªo aumentando a veloci-
dade de propagaçªo de chama e cria turbulŒncia no
escape favorecendo a varredura dos gases queima-
dos.
 O
virabrequim,
transmite por
engrenagens e/
ou correias, o
movimento
para o
comando de
vÆlvulas que,
pelo ressalto,
aciona a
vÆlvula que se
abre ou fecha
pela açªo de
mola quando o
ressalto nªo
estÆ atuando
Maio / Junho 2001 • MÆquinas
Motores agrícolas - Especial • 7
Volume total da câmara:
Espaço formado quando o pistªo estÆ no PMS,
entre a face superior do pistªo a as paredes de câ-
mara de combustªo, no cabeçote.
FIG.06
Representaçªo do diâmetro e curso de um pistªo
de um motor alternativo
Cilindrada unitÆria:
É o volume criado pelo deslocamento do pistªo
do PMS ao PMI em cada cilindro.
onde:
Vu = volume ou cilindrada unitÆria;
r = raio do cilindro;
C = curso do pistªo;
A = Ærea de seçªo transversal do pistªo.
Nœmero de cilindros:
É a quantidade de cilindros presentes no motor.
Taxa de compressªo:
É a relaçªo entre o volume descrito pelo desloca-
mento do pistªo (cilindrada unitÆria) mais o volume
de câmara de combustªo, dividido pelo volume de
câmara. Nos dÆ a idØia de quantas vezes o volume
maior serÆ comprimido no volume menor quando o
pistªo subir do PMI ao PMS.
onde:
T = taxa de compressªo;
v = volume de câmara de combustªo.
Cilindrada do motor:
É a cilindrada total do motor, isto Ø, a cilindrada
unitÆria multiplicada pelo nœmero de cilindros do
motor.
PotŒncia do motor:
É o trabalho realizado pelo motor na unidade de
tempo. Unidade utilizada: kW, CV ou HP. É medida
por aparelho chamado dinamômetro.
A potŒncia depende da rotaçªo do motor. É me-
nor nas baixas rotaçıes e maior nas altas rotaçıes.
Sobre as unidades:
CV (cavalo vapor): É a força necessÆria para ele-
var um peso de 75 kgf à altura de 1 metro em 1 se-
gundo. É a potŒncia que um cavalo com 680 kg de
massa desenvolve arrastando uma carga de 10%, do
seu peso (68 kg) a uma velocidade de 1, 1 m/s.
68 kg . 1,1 m/s = 75 kgm/s = 1 CV
HP (horse power): força necessÆria para elevar
um peso de 76 kgf, a uma altura de um metro em
um segundo. Deve ser evitado o seu uso.
W (Watt): É a potŒncia desenvolvida quando se
realiza continua e uniformemente um trabalho igual
a um joule por segundo.
kW (Newton. metro/segundo): É a unidade ofi-
cial do Sistema Internacional (SI).
Conversªo entre Unidades de PotŒncia
CV
HP
W
KW
CV
1
1,014
0,00136
1,36
HP
0,9863
1
0,00134
1,341
W
735,5
745,7
1
1000
KW
0,7355
0,7457
0,001
1
Ex.: para se ter kW, basta multiplicar CV por 0,7355
Normas para mediçªo de potŒncia:
Norma DIN (Deutshe Industrie Normen):
Usada na Alemanha Ocidental. É a potŒncia do
motor medida com o ventilador, bomba de Ægua,
bomba injetora, dínamo, silencioso, filtro de ar. A
potŒncia Ø expressa em PS (Pferdestarke).
1 PS = 0,9863 HP = 1 CV = 735,5 W
Norma CUNA:
Usada na ItÆlia. A potŒncia do motor Ø medida
sem o filtro de ar e sem o silencioso. É 5 a 10% supe-
rior que os valores DIN.
Norma SAE (Society of Automotive Engineers):
Usada nos Estados Unidos, representa a potŒncia
do motor quando todos os agregados e os consumi-
dores de energia sªo eliminados durante a mediçªo
de potŒncia; de 10 a 25% superiores aos valores DIN.
Rotaçªo do motor:
É o nœmero de giros do virabrequim do motor
em um determinado momento, na unidade de tem-
po. Geralmente, expresso em rot.min-1 rot/min ou
rpm (rotaçªo por minuto).
Torque motor:
É o momento de torçªo que consegue produzir o
virabrequim ou Ærvore de manivela do motor, isto Ø,
o produto de força tangencial, aplicada na cabeça de
biela, oriunda de pressªo exercida sobre o pistªo, pela
distância radial medida entre os mancais de bielas e
os mancais fixos do virabrequim. Depende do tama-
nho e nœmero de pistıes, de relaçªo ou taxa de com-
pressªo, do comprimento da biela e do tipo de com-
bustível. O torque Ø menor nas baixas e nas altas
rotaçıes e maior nas mØdias rotaçıes.
Torque motor
Ø o momento
de torçªo que
consegue
produzir o
virabrequim
ou Ærvore de
manivela do
motor, isto Ø, o
produto de
força
tangencial,
aplicada na
cabeça de
biela, oriunda
de pressªo
exercida sobre
o pistªo, pela
distância
radial medida
entre os
mancais de
bielas e os
mancais fixos
do
virabrequim
^
8 • Especial - Motores agrícolas
MÆquinas • Maio / Junho 2001
onde:
T = Torque em mN (SI), mkgf ou ft.lb (SAE);
F = força em N, kgf ou lb;
d = distância perpendicular entre o eixo e a direçªo da
força, em m ou ft.
Obs.: Um trator com mais torque no motor a uma
mesma rotaçªo, tem a possibilidade de tracionar mais
carga, desde que o peso e a Ærea de contato pneu/solo
proporcionem capacidade suficiente de traçªo.
O motor do qual correspondem essas curvas (fig.
07) Ø um motor que jÆ foi utilizado por tratores agríco-
las. Pelas curvas se pode ver que este motor tem potŒn-
cia mÆxima de 177 kW (240 CV), medido pela norma
ABNT e um torque mÆximo de 892 Nm (91 mkgf). A
faixa de utilizaçªo desse motor vai de 1400 a 2200 rpm,
ou seja, Ø de 800 rpm. O ponto de consumo mínimo
estÆ ao redor de 1550 rpm pois neste ponto o consumo
Ø de aproximadamente 171 g/CV.h. Para calcular o con-
sumo horÆrio deste motor basta multiplicar a potŒncia
desenvolvida e o consumo específico em uma determi-
nada rotaçªo. Por exemplo, com o motor desenvolven-
do 1800 rpm, ele consome aproximadamente 172 g/
CV.h e produz ao redor de 218 CV, assim, devem ser
consumidos 37.496 g/h. Considerando-se uma densi-
dade mØdia do Diesel de 875 g/L, temos 42,8 L/h de
consumo total em uma hora.
Consumo específico do motor:
É o consumo horÆrio de combustível por cada uni-
dade de potŒncia do motor. É expresso em g/CV.h , g/
kW.h ou mL/kW.h.
Ciclos de funcionamento
• Ciclo OTTO ou Igniçªo por faísca
Conceito:
É um motor de 4 tempos em que o ciclo operati-
vo se realiza em quatro deslocamentos completos do
pistªo (cursos), em que a explosªo se dÆ por auxílio
de uma vela de igniçªo. Ciclo Otto porque foi um
alemªo chamado Otto que o fabricou em 1862, usan-
do princípios tØcnicos enunciados por “Beau de Ro-
ches”.
Fases do Ciclo:
Admissªo: O pistªo se desloca do PMS ao PMI,
criando uma depressªo no interior de câmara, fa-
zendo com que a mistura ar e combustível seja aspi-
rada pela vÆlvula de admissªo que estÆ aberta. A
vÆlvula de descarga ou escape permanece fechada
nesta fase.
Compressªo: Fecha-se a vÆlvula de admissªo e o
pistªo desloca-se do PMI ao PMS, comprimindo a
mistura admitida no tempo anterior. As duas vÆlvu-
las permanecem fechadas durante esta fase.
Combustªo, expansªo ou tempo motor: Uma
centelha elØtrica produzida pela vela, provoca a com-
bustªo da mistura anteriormente comprimida. A
temperatura dos gases aumenta rapidamente, au-
mentado a pressªo do interior de câmara, que em-
purra o pistªo atØ o PMI. A força do pistªo transmi-
te-se à biela e desta ao virabrequim, provocando as-
sim o movimento de rotaçªo do motor. A expansªo
Motor de 4 tempos Ø o œnico tempo que produz energia, sendo que os
outros trŒs tempos consomem parte desta energia.
A energia produzida Ø acumulada pela massa do vi-
rabrequim e do volante.
Escape ou descarga: Nesta fase o pistªo desloca-
se do PMI ao PMS, com a vÆlvula de admissªo fe-
chada e a de escape aberta. Os gases sªo expulsos
atØ que a vÆlvula de escape se feche e inicie um novo
ciclo.
Nota: A energia ativa fornecida ao pistªo, du-
rante a fase de combustªo, Ø transferida ao volante
do motor, que a armazena sob a forma de energia
potencial. Esta energia, Ø depois restituída aos ou-
tros tempos do motor. A meio giro do virabrequim
(180” ), o pistªo troca de posiçªo por completo. A
cada duas voltas do virabrequim(360 + 360 = 720”),
o pistªo sobe e desce duas vezes, ou seja, faz um ci-
clo completo (um tempo motor).
• Ciclo Diesel ou Igniçªo por Compressªo
Admissªo: O pistªo desloca-se do PMS ao PMI,
aspira ar atravØs de vÆlvula de admissªo. A vÆlvula
de escape permanece fechada.
Compressªo: O Œmbolo desloca-se do PMI ao
PMS e comprime o ar na câmara de combustªo, es-
tando as vÆlvulas de admissªo e escape fechadas.
Expansªo: O bico injetor pulveriza fina e forte-
mente o óleo combustível para o interior de câmara.
O combustível em contato com o ar quente e com a
Curvas representativas
de funcionamento de
um motor Diesel de
quatro tempos
FIG.07
ROTA˙ÕES DO MOTOR R.P.M.
1200 1400 1600 1800 2000
Um trator com
mais torque no
motor a uma
mesma
rotaçªo, tem a
possibilidade
de tracionar
mais carga,
desde que o
peso e a Ærea
de contato
pneu/solo
proporcionem
capacidade
suficiente de
traçªo
Maio / Junho 2001 • MÆquinas
Motores agrícolas - Especial • 9
alta pressªo entra em combustªo, impulsionando o
pistªo ao PMI, fazendo com que a biela transmita a
força ao virabrequim.
Escape ou descarga: A vÆlvula de descarga se abre,
o pistªo sobe atØ o PMS permitindo a saída dos ga-
ses queimados.
 Nota: Nos motores de igniçªo por compressªo,
a alimentaçªo do combustível Ø exclusivamente por
injeçªo. (Fig. 08)
FIG.08
Ciclo completo de um motor de quatro tempos:
admissªo, compressªo, injeçªo de combustível,
explosªo ou tempo motor e escapamento
Nos motores de dois tempos, a combustªo ocor-
re a cada giro do eixo motor (dois cursos do pistªo).
• A gasolina ou a Ælcool
Sªo usados geralmente em motores estacionÆri-
os pequenos. O óleo lubrificante Ø misturado ao com-
bustível. O bloco do motor Ø vedado por meio de
retentores. O nœmero de janelas Ø variÆvel, normal-
mente trŒs, uma de descarga e duas de admissªo. As
janelas, que sªo permanentemente abertas fecham-
se pelo movimento do pistªo.
Primeiro tempo: Aspiraçªo e compressªo
O pistªo ao se deslocar do PMI ao PMS, abre a
janela de descarga, começa a comprimir a mistura ar
- combustível na parte superior do cilindro. Enquan-
to isto, no cÆrter, ocorre uma depressªo, que aspira a
mistura atravØs de janela de admissªo antes de o
pistªo chegar ao PMS, os eletrodos da vela soltam
faísca, incendiando a mistura.
Segundo tempo: Combustªo e descarga
A mistura comprimida entra em combustªo,
empurrando o pistªo atØ o PMI. O pistªo descendo
encobre a janela. Quando se abre a janela auxiliar,
os gases comprimidos no cÆrter fluem para cima do
pistªo, retirando o restante dos gases por varredura.
Motor de 2 tempos
Ciclo completo de um motor de 2 tempos típico:
Explosªo-admissªo, escapamento-compressªo,
admissªo-escapamento, compressªo- admissªo
FIG.09
• Diesel, com VÆlvula
Possibilita o uso de lubrificaçªo convencional.
O combustível Ø injetado e o ar Ø bombeado por
sopradores pela janela de admissªo.
Aspiraçªo e compressªo: O pistªo vai do PMI
ao PMS, fechando inicialmente a janela de admis-
sªo, fechando tambØm a janela de descarga permi-
tindo que os gases sejam comprimidos na câmara.
Antes de chegar ao PMS, o Diesel Ø injetado na
câmara e este em contato com o ar quente e com-
primido, entra em combustªo.
Combustªo e descarga: O pistªo Ø empurrado
ao PMI, antes da janela de aspiraçªo ser descober-
ta, a vÆlvula de descarga abre-se eliminando parci-
almente os gases queimados. Quando se abre a ja-
nela de admissªo, ocorre o bombeamento do resto
dos gases pelo ar impulsionado pelo soprador, ocor-
rendo aí dois tempos quase juntos, descarga e ad-
missªo.
Nota: O ciclo completo de combustªo, Ø con-
cluído em cada cilindro do motor, durante uma volta
do virabrequim, ou dois tempos.
Esses princípios foram utilizados nos motores
Detroit Allison Diesel que equipavam os tratores
CBT modelo 2400, porØm na atualidade nªo sªo
utilizados.
Diagramas PrÆticos
• Pressªo x Volume (p-v)
Ciclo Otto: A aspiraçªo da mistura se dÆ com
pressªo inferior à pressªo atmosfØrica. Logo após, o
pistªo começa a se deslocar do PMI ao PMS, com as
vÆlvulas fechadas, comprimindo adiabaticamente a
mistura, isto Ø, sem troca de calor com o meio exter-
no (teoria). Uma centelha elØtrica Ø que provoca a
igniçªo da mistura. A combustªo instantânea ocor-
re aumentando bruscamente a pressªo, sem aumen-
to de volume, isto Ø, isovolumetricamente. A ex-
pansªo adiabÆtica (sem troca de temperatura) ocor-
re na condiçªo ideal dos gases de combustªo. Este Ø
o tempo motor. Logo abre-se a vÆlvula de escape e
os gases queimados saem do cilindro, diminuindo a
pressªo e depois iniciando o novo ciclo.
Ciclo Diesel: O pistªo vai do PMI ao PMS, ad-
mitindo ar pela vÆlvula de admissªo com pressªo in-
ferior à atmosfØrica. A vÆlvula de aspiraçªo fecha-se
e inicia a compressªo adiabÆtica do ar. As pressıes
sªo bem maiores que no ciclo Otto. O bico injetor
pulveriza óleo no cilindro ocorrendo a explosªo, a
uma pressªo constante, mas com aumento de volu-
me. Aí reside a grande diferença entre o ciclo Otto e
o ciclo Diesel. No Otto, uma faisca Ø que provoca a
explosªo da mistura, sendo de volume constante mas,
com aumento de pressªo. No ciclo Diesel, ocorre
auto-igniçªo e a pressªo Ø constante, mas com au-
mento de volume. Finalmente ocorre o escapamen-
to dos gases queimados, terminando o ciclo (Fig. 10).
O ciclo
completo de
combustªo, Ø
concluído em
cada cilindro
do motor,
durante uma
volta do
virabrequim,
ou dois
tempos.
Esses
princípios
foram
utilizados nos
motores
Detroit Allison
Diesel que
equipavam os
tratores CBT
modelo 2400,
porØm na
atualidade nªo
sªo utilizados
10 • Especial - Motores agrícolas
MÆquinas • Maio / Junho 2001
• Diagrama das VÆlvulas
É a representaçªo esquemÆtica dos ângulos de
abertura e fechamento das vÆlvulas de um motor. No
funcionamento ideal, as aberturas e fechamentos de-
vem coincidir com as fases em que o pistªo alcança os
pontos mortos. Na prÆtica isso nªo acontece. A vÆl-
vula precisa de tempo para completar o seu curso, por
isso tem que abrir antes e fechar depois. O objetivo
disso Ø fazer com que o enchimento do cilindro seja
mÆximo assim como ocorre uma certa velocidade de
saída dos gases queimados. As vÆlvulas de admissªo e
escape permanecem abertas simultaneamente no pon-
to morto superior, o chamado ângulo de cruzamento.
FIG.10
Diagrama pressªo x volume
de um motor de combustªo
interna.
(Adaptado de Giacosa, D.)
Diagrama de vÆlvulas de um motor de combustªo interna.
(AOA= Adianto de abertura da vÆlvula de admissªo, RFA=
Retardo do fechamento da vÆlvula de admissªo, AOE=
Adianto da abertura da vÆlvula de escape, RFE= Retardo
do fechamento da vÆlvula de escape)
FIG.11
Esses valores dependem do tipo de motor e do seu
uso. Nesse exemplo da figura 11, a vÆlvula de admis-
sªo inicia a abertura 14” antes do PMS e fecha-se a
46” depois do PMI. A vÆlvula de escape abre 50” an-
tes do PMI e fecha-se 10” depois do PMS.
Comparaçªo entre motores de igniçªo por faísca e compressªo
Volume constante
Admissªo: Aspira ar + combustível, Quantidade dosada pelo
carburador
Compressªo: Taxas de 6,5 a 10:1, pressªo em torno de 15 kgf/
cm2 e temperatura em torno de 300”C
Tempo motor: Faísca da vela provoca explosªo da mistura
Escape: IdŒntico
Primeiro motor: 1862 por Otto
Introduçªo do combustível: A mistura se efetua no carburador
Taxa de compressªo: Limite superior Ø determinado pela
qualidade antidetonante do combustível utilizado
Peso do motor: Menor para uma mesma cilindrada
Temperatura de combustªo:
2000 a 2400 ”C. Pressªo de combustªo: 30 a 45 kgf/cm2
Temperatura dos gases de escape:
700 a 800 ”C
Pressªo constante
Admissªo: Aspira ar puro filtrado
Compressªo: Taxas de 14 a 24:1, pressıes de 45 kgf/cm2 e
temperaturas de 600”C
Tempo motor: Injeçªode óleo Diesel. Auto-inflamaçªo pelo
calor gerado pela compressªo.
Escape: IdŒntico
Primeiro motor: 1892 por Rudolph Diesel
Introduçªo do combustível: O bico injetor introduz o
combustível finamente pulverizado
Taxa de compressªo: Maior que no Otto, para uma mesma
cilindrada porque funciona a uma pressªo maior.
Peso do motor: Maior para uma mesma cilindrada
Temperatura de combustªo:
1600 a 2000 ”C. Pressªo de combustªo: 50 a 90 kgf/cm2
Temperatura dos gases de combustªo:
400 a 600 ”C
POR FA˝SCA POR COMPRESSˆO
Fernando Schlosser,
Universidade de Santa Maria
A vÆlvula
precisa de
tempo para
completar o
seu curso, por
isso tem que
abrir antes e
fechar depois.
O objetivo
disso Ø fazer
com que o
enchimento do
cilindro seja
mÆximo assim
como ocorre
uma certa
velocidade de
saída dos
gases
queimados