Funcionamento de Motores de Combustão

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• Os primeiros tratores dotados de autopropulsão possuíam unidade motora 
a vapor. 
 
• Eram máquinas pesadas e lentas. 
 
• Muitas precisavam de mais de uma pessoa para operá-la. 
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• Os motores de combustão interna representaram um grande avanço para 
os veículos, inclusive para os tratores agrícolas. 
 
• O grande sucesso desses motores está relacionado com sua eficiência e 
simplicidade operacional, onde um único trabalhador era capaz de operar a 
máquina. 
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• Os tratores modernos são equipados com motores eficientes e compactos. 
 
• Atualmente é notória a preocupação com a poluição emitida pelos motores, 
sendo alvo de muitos estudos e que vem apresentando frutos promissores. 
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https://www.youtube.com/watch?v=DKF5dKo_r_Y 
 
https://www.youtube.com/watch?v=4W_NRHxekaY 
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• O bloco do motor aloja os cilindros onde ocorrem os processos que liberam 
energia durante a combustão. 
 
• Também serve de apoio, por meio de mancais de rolamento, para o eixo 
virabrequim. 
 
• É geralmente feito com ferro fundido. 
 
• No bloco estão presentes galerias responsáveis pela lubrificação e 
arrefecimento do motor. 
 
• A resistência apresentada pelo bloco do motor deve ser capaz de suportar 
as elevadas pressões que ocorrem durante o funcionamento. 
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• O cabeçote cobre a parte superior do bloco do motor. 
 
• Também apresentam galerias para arrefecimento. 
 
• Geralmente aloja as válvulas, o eixo comando de válvulas e a vela/bico 
injetor do motor. 
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• Nos motores de 4 tempos o cárter funciona como reservatório de óleo 
lubrificante. 
 
• Já nos motores de 2 tempos trata-se de uma câmara de pré-admissão de 
ar+combustível. 
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• Os pistões trabalham no interior dos cilindros do bloco do motor e são os 
responsáveis por criar o gradiente de pressão necessário para a fase de 
admissão; comprimir o ar ou a mistura ar e combustível; receber a pressão 
gerada pela combustão e expulsar os gases provenientes da queima. 
 
• A pressão gerada na combustão multiplicada pela área do pistão resulta em 
uma força que empurra o pistão para baixo, realizando trabalho. 
 
• É uma peça geralmente feita em liga de alumínio. 
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• Os pistões são acoplados em bielas que fazem a conversão do movimento 
linear alternativo em movimento rotativo no eixo virabrequim (biela-
manivela). 
 
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• Aneis de segmento: apresentam as funções de vedar (anel de 
compressão); raspar o excesso de óleo nas paredes do cilindro (anel 
raspador) e descarregar o excesso de óleo no cárter do motor (anel de 
óleo). 
 
• Casquilho: é um tipo de mancal de deslizamento utilizado para reduzir o 
atrito na conexão entre biela e eixo virabrequim. 
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• Montagem típica em um motor de 4 cilindros. 
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• O eixo virabrequim possui partes excêntricas (moentes) e partes 
centralizadas (munhões). 
 
• As bielas acoplam-se aos moentes e os munhões são apoiados em 
mancais presentes no bloco do motor. 
 
• Os moentes e munhões apresentam pequenos furos que permitem a 
lubrificação dos pontos de apoio do eixo virabrequim. 
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• O volante do motor apresenta três funções básicas: 
 
• Acumular energia para atenuar os pulsos de funcionamento do 
motor. 
 
• Servir de base para acoplamento da embreagem. 
 
• Dar partida no motor (o motor de arranque acopla-se na engrenagem 
do volante no momento da partida). 
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• Um motor de quatro tempos deve apresentar no mínimo duas válvulas, 
sendo uma de admissão e a outra de escape. 
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• O eixo comando de válvulas coordena a abertura e o fechamento das 
válvulas de admissão e de escape do motor. 
 
• A abertura e fechamento das válvulas deve ocorrer de forma sincronizada 
com o movimento do pistão no interior do cilindro. 
 
• A sincronia pode ser feita por meio de correia, engrenagens ou corrente, 
que fazem a ligação do eixo virabrequim com o eixo comando de válvulas. 
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• Detalhe da correia fazendo a ligação entre o virabrequim e o eixo comando 
de válvulas. 
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• Para completar o ciclo termodinâmico do funcionamento dos motores é 
necessário a ocorrência de 4 fases: admissão, compressão, expansão e 
escape. 
 
• O tempo do motor relaciona-se com meia volta do eixo virabrequim. Um 
motor de quatro tempos carece de duas voltas completas do eixo para 
executar as quatro fases de funcionamento, enquanto que um motor de 
dois tempos precisa apenas de uma. 
 
• A seguir será realizado uma descrição dos eventos que ocorrem em cada 
fase do funcionamento, considerando-se motores de ignição por 
compressão e de ignição por centelha. 
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• Motor de ignição por compressão: 
 
• O pistão inicia o movimento do ponto morto superior (PMS) para o 
ponto morto inferior (PMI) com a válvula de admissão aberta. 
 
• O movimento do pistão cria um gradiente de pressão no interior do 
cilindro e faz com que o ar entre. 
 
• Apenas entrada de ar na admissão. 
 
 
• Motor de ignição por centelha: 
 
• A diferença é que admite-se uma mistura de ar e combustível. 
 
• O elemento responsável por essa mistura/dosagem é a injeção 
eletrônica. Nos carros mais antigos esse papel era feito pelo 
carburador. 
 
• Quando o pistão atinge o PMI a válvula de admissão se fecha. 
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• Motor de ignição por compressão: 
 
• O pistão vai ponto morto inferior (PMI) para o ponto morto superior 
(PMS) com as válvulas de admissão e escape fechadas. 
 
• Como as válvulas estão fechadas, o ar admitido na primeira fase é 
comprimido. 
 
• A taxa de compressão nos motores de ignição por centelha pode 
variar de 15:1 a 25:1. 
 
 
• Motor de ignição por centelha: 
 
• A diferença é que a taxa de compressão varia de 8:1 a 12:1. 
 
 
• Observação: a taxa de compressão será discutida com mais detalhes nos 
próximos itens. Os valores de taxa de compressão variam de acordo com o 
projeto do motor e as características do combustível. 
 
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• Motor de ignição por compressão: 
 
• Ao final da fase de compressão, exatamente no momento em que a 
pressão no interior do cilindro é máxima, ocorre a injeção de óleo 
diesel no interior do cilindro. 
 
• O Diesel é pulverizado na forma de gotículas pelo bico injetor. 
 
• Como o ar está em elevada temperatura e pressão ocorre o 
processo de ignição e combustão do combustível pulverizado. 
 
• A combustão libera a energia necessária para empurrar o pistão em 
direção do PMI. 
 
• É a única fase que produz trabalho. 
 
• Motor de ignição por centelha: 
 
• A ignição ocorre em função de uma centelha que é liberada pela vela 
posicionada na câmara de combustão. 
 
 
• Durante essa fase todas as válvulas permanecem fechadas. 
 
 
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• Na fase de escape os gases provenientes da queima do combustível são 
expulsos do interior do cilindro. 
 
• O pistão vai do PMI para o PMS com a válvula de escape aberta. 
 
• O evento é similar para os dois tipos de motores. 
 
• Ao encerrar essa fase o motor fará novamente a admissão e os demais 
eventos de forma sequencial. 
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• No motor de ignição por centelha de dois tempos as quatro fases ocorrem 
em apenas uma volta do eixo virabrequim. 
 
• Esse motor não apresentam válvulas e sim janelas de transferência. 
 
• Quando o pistão vai do PMI para o PMS ocorre concomitantemente a 
admissão e escape, até o momento em que as janelas são cobertas pelo 
próprio pistão. Nesse momento ocorre o início da compressão da mistura ar 
e combustível. 
 
• No ápice da compressão a centelha é liberada e ocorre a ignição e a 
combustão damistura. 
 
• O pistão então inicia sua jornada do PMS para o PMI realizando a 
expansão, dando reinício ao processo com o escape e admissão. 
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• Nos motores de ignição por compressão é necessário ter uma válvula 
móvel de exaustão. 
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• Algumas particularidades entre os ciclos. 
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• Sequência de eventos que ocorrem em um motor monocilíndrico em função 
da posição do eixo virabrequim. 
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• Sequência de eventos que ocorrem em um motor de dois cilindros em 
função da posição do eixo virabrequim. 
 
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• Sequência de eventos que ocorrem em um motor de quatro cilindros em 
função da posição do eixo virabrequim. 
 
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• Teoricamente, em um motor de quatro tempos, a duração de cada fase 
corresponde a meia volta do eixo virabrequim (180°). 
 
• Existe entretanto um arranjo que altera essa correspondência para fazer 
com que o funcionamento seja mais eficiente. 
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• Principais componentes do sistema de alimentação de combustível dos 
motores. 
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• Tanque: armazena e transporta o combustível. 
 
• Copo sedimentador: é um elemento filtrante primário que faz a retirada de 
água presente no combustível. 
 
• Bomba alimentadora: pressuriza (baixa pressão) o combustível para que 
esse consiga passar pelos filtros de óleo diesel e chegar na bomba injetora. 
 
• Filtros: retenção se impurezas mais finas, evitando que cheguem na bomba 
injetor e no bico injetor/cilindro. 
 
• Bomba injetora: sincroniza para que as injeções ocorram no momento 
adequado, dosa a quantidade de combustível a ser injetada e pressuriza 
(alta pressão) o óleo diesel que chegará ao bico injetor. 
 
• Bico injetor: pulveriza o combustível no interior da câmara de combustão. 
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• Nos motores aspirados o fluxo de ar para o cilindro ocorre exclusivamente 
por efeito do gradiente de pressão gerado pelo movimento descendente do 
pistão. 
 
• Como a movimentação do pistão ocorre rapidamente, não é possível 
preencher completamente o cilindro com ar (ou com a mistura ar e 
combustível). Esse percentual preenchido é chamado rendimento 
volumétrico do motor. 
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• No sistema turbo alimentado a energia residual dos gases provenientes da 
queima do combustível é utilizada para acionar uma turbina. 
 
• A turbinar está acoplada ao mesmo eixo de um compressor, que irá injetar 
um volume maior de ar no interior do cilindro. 
 
• Esse sistema provê maior rendimento volumétrico par ao motor, fazendo 
com que a reação de combustão ocorra de forma mais completa e o motor 
produza mais potência. 
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• O intercooler é um sistema que resfria o ar antes que ele seja admitido no 
cilindro. 
 
• O ar com temperatura mais baixa eleva a massa específica de oxigênio que 
alimenta o motor, melhorando assim o balanço da combustão. 
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• O sistema de limpeza de ar visa a retirada de impurezas do ar para que 
essas não entrem no cilindro. 
 
• Os filtro foram apresentados em aula prática. 
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• Componentes de um filtro seco (aula prática). 
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• Os sistema de lubrificação visa garantir que todas as partes móveis do 
motor recebam lubrificante para reduzir o atrito entre os componentes e 
eliminar calor do conjunto. 
 
 
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• O sistema de arrefecimento mais utilizados nos motores que equipam os 
tratores agrícolas são ar-água. 
 
• Nesse sistema a água circula por galerias internas do motor, retirando calor 
e trocando com o ar ambiente pelo radiador. 
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• Bateria: fonte de energia elétrica. 
 
• Bobina: eleva a tensão para mais de 20.000 V. 
 
• Distribuidor: faz com que a energia chegue a cada uma das velas de 
ignição no momento adequado. Nos motores mais atuais essa função é 
desempenhada pela ignição eletrônica. 
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• Motor de arranque: utilizado para dar partida no motor. 
 
• Alternador: fornece energia para os componentes eletrônicos e carrega a 
bateria. 
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• Eventos: 
 
• 0 – 1: admissão isobárica. 
 
• 1 – 2: compressão adiabática. 
 
• 2 – 3: combustão isocórica. 
 
• 3 – 4: expansão adiabática. 
 
• 4 – 1: exaustão isocórica. 
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• Eventos: 
 
• 0 – 1: admissão isobárica. 
 
• 1 – 2: compressão adiabática. 
 
• 2 – 3: combustão isocórica. 
 
• 3 – 4: expansão adiabática. 
 
• 4 – 1: exaustão isocórica. 
 
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• Os motores de ciclo Diesel apresentam maior eficieñcia teórica que os de 
ciclo Otto. 
 
• Se fosse possível um motor de ciclo Otto trabalhar com as mesmas taxas 
de compressão do ciclo Diesel, eles seriam mais eficientes. 
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• É o volume total deslocado pelo motor. 
 
• Cilindrada unitária: quando o pistão se movimenta do PMS para o PMI ele 
desloca um volume. 
 
• Cilindrada total: a soma do volume deslocado pelos cilindros é a cilindrada 
total. 
 
 
 
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• Resolução: 
 
V = 
π d
2
 h n
4
 
 
V = 
π x (9,7 cm)2 x 12,8 cm x 6 cilindros
4
 
 
 
V = 5.675,38 cm3 
 
 
Cilindrada unitária = 945,90 cm³ 
 
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• A taxa de compressão indica quantas vezes o ar (ou a mistura ar e 
combustível) será comprimido. 
 
• Motores de ignição por centelha podem apresentar taxa de compressão de 
8:1 a 12:1. 
 
• Motores de ignição por compressão podem apresentar taxa de compressão 
de 15:1 a 25:1. 
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• Resolução: 
 
TC = 
V + v
v
 
 
TC = 
946 cm3 + 59 cm3
59 cm3
 
 
 
TC = 
17,03
1
 
 
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• É a potência admitindo-se a queima total do combustível e a inexistência de 
perdas. 
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• Resolução: 
 
Pt = 
Cc ρc PCc
632,32
 
 
 
Pt = 
10,00 L∙h
-1
 x 0,85 kg∙L
-1
 x 10.271,00 kcal∙kg
-1
632,32
 
 
 
Pt = 138,07 cv 
 
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• É a potência que considera as perdas caloríficas. 
66 
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• É a potência que considera as perdas caloríficas e mecânicas. 
 
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• A potência efetiva ou nominal só pode ser obtida por meio de ensaios de 
frenagem dinamométrica do eixo motor. 
 
 
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• Com base nesse procedimento determina-se a potência máxima do motor. 
70 
71 
72 
73 
74 
75 
76 
77 
78 
79 
80