Autos - Motores - Mecanica e Sistema de Controle - 147

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Área Automotiva 
 
 
 
 
 
 
MOTORES DE 
COMBUSTÃO INTERNA 
Mecânica e Sistema de Controle 
 
 
Motores de Combustão Interna 
 2 
 
 
Área Tecnológica de Processos de Fabricação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MOTORES DE 
COMBUSTÃO INTERNA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SALVADOR 
2 0 0 7 
 
Copyright  2007 por SENAI CIMATEC. Todos os direitos reservados. 
 
Motores de Combustão Interna 
 3 
Área Automotiva 
 
Elaboração: Júlio César Chaves Câmara, Eng. 
 
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Revisão Pedagógica: 
 
Normalização: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Motores de Combustão Interna 
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MENSAGEM DO SENAI CIMATEC 
 
 
 
O SENAI CIMATEC visa desenvolver um programa avançado de suporte tecnológico para 
suprir as necessidades de formação de recursos humanos qualificados, prestação de 
serviços especializados e promoção de pesquisa aplicada nas tecnologias computacionais 
integradas da manufatura. 
 
Com uma moderna estrutura laboratorial e um corpo técnico especializado, o CIMATEC 
desenvolve programas de intercâmbio tecnológico com instituições de ensino e pesquisa, 
locais e internacionais. 
 
Tudo isso sem desviar a atenção das necessidades da comunidade, atendendo suas 
expectativas de formação profissional, suporte tecnológico e desenvolvimento, 
contribuindo para uma constante atualização da indústria baiana de manufatura e para a 
alavancagem do potencial das empresas existentes ou emergentes no estado. 
Motores de Combustão Interna 
 5 
Índice 
Índice ................................................................................................................................... 5 
1 – Introdução ao Motor de combustão ............................................................................... 8 
1.1 - Pequeno histórico do motor térmico......................................................................... 8 
1.2 - Motores de combustão externa................................................................................ 9 
1.2.1 Funcionamento.................................................................................................... 9 
1.3 - Motores de combustão interna............................................................................... 10 
1.3.1 - Motores Ciclo Otto 4 tempos ........................................................................... 10 
1.3.2 - Motores dois tempos ....................................................................................... 11 
1.3.2.1 – Funcionamento dos motores 2 tempos (Fig. 1.3) ........................................ 11 
1.3.3 - Motores de ignição por compressão - ciclo Diesel .......................................... 12 
1.4 - Motores rotativos - Wankel .................................................................................... 13 
1.5 - Número e disposição dos cilindros......................................................................... 15 
2 - Conceitos básicos de um motor de combustão interna ................................................ 19 
2.1 - Torque.................................................................................................................... 19 
2.2 - Potência ................................................................................................................. 19 
2.3 - Curvas de potência e torque .................................................................................. 20 
2.4 - Cilindrada............................................................................................................... 20 
2.5 - Potência específica ................................................................................................ 21 
2.6 - Taxa de compressão.............................................................................................. 21 
2.7 - Eficiência volumétrica ............................................................................................ 21 
2.8 - Rendimento de um motor....................................................................................... 22 
2.9 - Relação ar combustível.......................................................................................... 22 
2.10 - Processo de combustão em um motor................................................................. 24 
2.10.1 - Gases não poluentes..................................................................................... 24 
2.10.2 - Gases poluentes............................................................................................ 25 
2.10.3 - Combustão anormal.......................................................................................... 25 
2.10.3.1 - Detonação .................................................................................................. 25 
2.10.3.2 - Pré-ignição ................................................................................................. 26 
2.11 - Ciclos térmicos..................................................................................................... 26 
2.12 - Perdas decorrentes do funcionamento do motor ................................................. 26 
2.12.1 - Perda de calor para o líquido de arrefecimento............................................. 26 
2.12.3 - Perda de energia pela fricção........................................................................ 27 
2.12.3.1 – Fricção nos pistões e anéis de segmento.................................................. 28 
2.12.3.2 – Fricção nos mancais do virabrequim e pinos dos pistões.......................... 28 
2.12.3.3 - Fricção do sistema de acionamento de válvulas ........................................ 29 
2.12.4 - Perda de calor ............................................................................................... 29 
2.12.5 - Demora na queima ........................................................................................ 29 
2.12.6 - Combustão incompleta.................................................................................. 30 
2.12.7 - Perdas por bombeamento e por contrapressão no escapamento................. 30 
2.12.8 - Perdas por vazamentos................................................................................. 30 
3 - Combustíveis ............................................................................................................... 31 
3.1 - Octanagem ............................................................................................................ 31 
3.1.1 - Motores para avaliação da octanagem............................................................ 31 
3.1.2 - Aditivos antidetonantes ................................................................................... 32 
3.1.3 - Índice de Cetano ............................................................................................. 32 
3.2 - Gasolina................................................................................................................. 33 
3.3 - Álcool ..................................................................................................................... 34 
3.4 - Diesel ..................................................................................................................... 36 
Motores de Combustão Interna6 
3.5 - Gás natural Veicular – GNV................................................................................... 37 
4 - Componentes do motor de combustão interna............................................................. 40 
4.1 - Bloco do motor ....................................................................................................... 40 
4.2 – Cárter .................................................................................................................... 45 
4.3 – Cabeçote............................................................................................................... 45 
5 - Lubrificação .................................................................................................................. 46 
5.1 - Atrito....................................................................................................................... 46 
5.2 - Funções do lubrificante .......................................................................................... 46 
5.3 - Principais características do lubrificante ................................................................ 48 
5.3.1 - Viscosidade ..................................................................................................... 48 
5.3.2 - Classificação API............................................................................................. 49 
5.3.3 - Lubrificantes para motores 2 tempos .............................................................. 49 
5.4 - Contaminação do lubrificante................................................................................. 50 
5.5 - Sistema de lubrificação de um motor de combustão interna.................................. 50 
5.5.1 - Lubrificação por pressão ................................................................................. 51 
5.5.2 - Lubrificação por salpico................................................................................... 51 
5.5.3 - Lubrificação por projeção ................................................................................ 52 
5.5.4 - Lubrificação por mistura - motores dois tempos.............................................. 52 
5.5.5 - Cárter seco...................................................................................................... 52 
5.6 – Aspectos da utilização e troca do lubrificante ....................................................... 53 
6 - Sistema de Arrefecimento ............................................................................................ 57 
6.1 - Motores refrigerados a ar....................................................................................... 57 
6.2 - Refrigeração líquida ............................................................................................... 59 
7 – Sistema de Distribuição ............................................................................................... 63 
7.1 - Válvulas ................................................................................................................. 63 
7.2 - Tuchos ................................................................................................................... 65 
7.3 - Influência dos momentos de abertura e fechamento das válvulas......................... 67 
7.4 - Gráfico da distribuição – diagrama de válvulas...................................................... 68 
7.5 - Distribuição variável ............................................................................................... 68 
7.5.1 - Comandos de válvulas variáveis ..................................................................... 68 
8 - Sistema de admissão ................................................................................................... 72 
8.1 - Filtro de ar.............................................................................................................. 72 
8.2 - Ressonadores........................................................................................................ 73 
8.3 - Corpo de Borboleta ................................................................................................ 74 
8.4 - Coletor de admissão .............................................................................................. 75 
8.4.1 - Admissão com geometria variável................................................................... 76 
9 - Sistema de escapamento ............................................................................................. 78 
9.1 - Componentes do sistema de Escapamento........................................................... 78 
9.2 - Como funcionam os Silenciosos ....................................................................... 80 
9.3 - Escapamento variável............................................................................................ 80 
9.4 – Freio motor por obstrução no escapamento.......................................................... 81 
10 - Motores sobrealimentados ......................................................................................... 82 
10.1 - Turbo compressores ............................................................................................ 82 
10.2 - Controle da sobrepressão.................................................................................... 83 
10.3 - Controle eletrônico da sobrealimentação............................................................. 83 
10.3.1 - Controle da pressão de sobrealimentação .................................................... 84 
10.3.2 - Controle da rotação do turbo na desaceleração – válvula de prioridade....... 84 
10.4 - Compressores acionados pelo motor - Supercharger.......................................... 85 
10.5 - Resfriamento do ar de sobrealimentação – intercooler........................................ 86 
Motores de Combustão Interna 
 7 
10.6 - Injeção de Óxido nitroso ...................................................................................... 87 
11 - Sistema de Alimentação ............................................................................................. 88 
11.1 - Carburação .......................................................................................................... 88 
11.1.1 - Carburador convencional............................................................................... 88 
11.1.2 - Carburador eletrônico.................................................................................... 94 
11.2 – Injeção Diesel...................................................................................................... 95 
11.2.1 - Injeção mecânica de combustível.................................................................. 95 
11.2.2 - Sistema de injeção de combustível de pressão modulada (common rail) ..... 97 
11.2.3 – Precauções com motores a Diesel................................................................... 98 
11.3 - Controle eletrônico em motor de ignição por centelha ......................................... 99 
11.3.1 - Objetivos do controle eletrônico do motor ..................................................... 99 
11.3.2 - Constituição do sistema ................................................................................ 99 
11.3.3 - Quantidade de bicos injetores ....................................................................... 99 
11.3.4 - Estratégias de Funcionamento do Sistema ................................................. 100 
11.3.5 - Composição do Sistema.............................................................................. 106 
11.3.5.1 - Sistema de alimentação de Combustível.................................................. 106 
11.3.5.3 - Outros sensores ....................................................................................... 116 
11.3.6 - Fasagem da Injeção / Ignição......................................................................117 
11.3.7 - Circuito Eletroeletrônico .............................................................................. 121 
11.3.8 - Sistema de Ignição ...................................................................................... 124 
12 – Controle da detonação............................................................................................. 136 
13 - Controle de emissões ............................................................................................... 137 
13.1 - Sensor de Oxigênio dos Gases de Escape ( Sonda Lambda ) .......................... 137 
13.2 - Recirculação dos gases do cárter ...................................................................... 139 
13.3 - Conversor Catalítico (Catalisador) ..................................................................... 140 
13.4 - Controle de emissões evaporativas ................................................................... 141 
13.5 - Recirculação de gases do escapamento ........................................................... 144 
13.6 - Injeção secundária de ar.................................................................................... 146 
Motores de Combustão Interna 
 8 
1 – Introdução ao Motor de combustão 
O motor de combustão interna é um conjunto de componentes que se combinam entre si, 
com a finalidade de transformar a energia calorífica da combustão da mistura de ar e 
combustível, em energia mecânica capaz de efetuar trabalho. 
O combustível misturado com o ar inflama dentro da câmara de combustão que fica no 
cabeçote, movimentando os êmbolos dentro dos cilindros no bloco do motor. O movimento 
gerado nos êmbolos é o que proporcionará a força para acionar as rodas e movimentar o 
veículo. A combustão é o processo químico da ignição de uma mistura de ar e 
combustível. 
Para aplicações automotivas, existem dois tipos básicos de motor de combustão interna: 
um opera pelo ciclo Otto e outro pelo ciclo Diesel. Umas das diferenças entre os dois 
ciclos é que no Otto o combustível é misturado com o ar antes de ser admitido pelo 
cilindro, já no ciclo Diesel a mistura é feita dentro do cilindro. 
O trabalho gerado pelo motor é utilizado não só para mover o carro, como também para 
acionar diversos acessórios, como ar condicionado, sistema elétrico, direção hidráulica, 
além de sistemas vitais ao próprio funcionamento do motor, como o sistema de 
arrefecimento, lubrificação e alimentação. 
 
Pequeno histórico do motor térmico 
• 1680 – O físico e astrônomo Holandês Huygens propôs o motor movido à pólvora; 
• 1688 – Papin, físico e inventor francês, desenvolve motor à pólvora na Royal 
Society de Londres. O motor utilizava o efeito da expansão do ar e o vácuo no 
resfriamento, conhecido como princípio atmosférico, para movimentar um pistão; 
• 1712 – O ferreiro e mecânico inglês Newcomen desenvolve o primeiro motor 
atmosférico a vapor, utilizando-se da expansão e vácuo do ar e vapor. Após o 
invento, passaram-se quase dois séculos de profundos aperfeiçoamentos e 
aplicações para o motor a vapor, percussor da revolução industrial; 
• 1860 – O engenheiro Belga Lenoir desenvolve um motor que, utilizando gás, realiza 
duas explosões por rotação, sendo uma em cada lado do pistão; 
• 1866 – Os alemães Otto e Langen desenvolvem o motor de pistão livre com 
consumo 50% menor que o desenvolvido por Lenoir; 
• 1859 – O coronel Drake no dia 25 de agosto perfura nos Estados Unidos o primeiro 
poço de petróleo para produção em larga escala, dando início à produção de 
combustíveis líquidos, bem mais fáceis de armazenar e transportar; 
• 1861 – O francês Beau de Rochas desenvolve o princípio dos 4 tempos de 
funcionamento de um motor (admissão, compressão, expansão e escapamento), e 
conclui em estudos que a compressão antes da ignição é necessária para máxima 
expansão. Prevendo o que iria acontecer no futuro, afirmava que a ignição poderia 
ser obtida através da compressão da mistura ar combustível; 
• 1876 – Otto desenvolve um novo motor, dessa vez bastante silencioso, três vezes 
mais eficiente funcionando em 4 tempos; 
• 1877 – é patenteado o motor 2 tempos; 
• 1879 – é desenvolvido o primeiro protótipo de um motor 2 tempos; 
• 1884 – o alemão Daimler patenteia um motor de alta rotação para a época 
• (500 a 1.000 rpm); 
• 1889 – Daimler desenvolve um motor de elevado rendimento e rotação com 2 
cilindros dispostos em V; 
• 1890 – O inglês Akroyd Stuart patenteia o motor de ignição por compressão; 
Motores de Combustão Interna 
 9 
• 1890 – O alemão Rudolf Diesel idealizou que a mistura queimaria 
espontaneamente na Câmara de combustão ocupada pelo ar após a fase de 
compressão; 
• 1892 – é produzido o primeiro motor por ignição a compressão. Possuía uma taxa 
de compressão de 3:1 o que era insuficiente para inflamar a mistura. Um pré 
câmara aquecida era utilizada para queimar o combustível que era vaporizado 
pouco antes da fase final de compressão. Esse motor introduziu a tecnologia da 
injeção de combustível na câmara de combustão com o motor aspirando somente 
ar na admissão. A eficiência desse motor era semelhante ao de Otto – cerca de 
15%; 
• 1892 – Diesel patenteia a sua idéia; 
• 1893 – o primeiro motor Diesel é fabricado com uma eficiência de 26% 1. 
Desde então, os motores de combustão interna têm passado por aperfeiçoamentos 
contínuos de forma a torná-los mais eficientes, duráveis, econômicos, potentes e leves. 
Uma preocupação também constante é com a redução nas emissões de gases poluentes, 
atendendo às, cada vez mais rigorosas, normas ambientais. 
 
1.2 - Motores de combustão externa 
Os motores de combustão externa são aqueles onde a queima de combustível ocorre fora 
do motor. O motor a vapor é um exemplo típico. 
Nesse caso, a queima do combustível ocorre externamente para o aquecimento da 
caldeira, que produz o vapor que movimenta os pistões do motor. 
Uma locomotiva a vapor, por exemplo, consiste das seguintes partes principais: 
• Caldeira – responsável por gerar a energia (vapor); 
• Máquinas – são os mecanismos que utilizam a energia proveniente do vapor para 
transformá-la em movimento mecânico; 
• Tênder – é a parte da locomotiva onde estão armazenados o combustível e a água, 
elementos necessários para gerar e transferir energia. 
 
1.2.1 Funcionamento 
O motor de combustão externa de uma locomotiva a vapor pode ser visualizado na Fig. 
1.1. Esse tipo de locomotiva movimentou o sistema de transporte por décadas, sendo que 
alguns exemplares ainda estão em funcionamento até hoje, inclusive no Brasil. 
O Combustível e água do tênder são transferidos para a fornalha e a caldeira, 
respectivamente. O combustível é queimado na fornalha, sendo os gases quentes 
arrastados através dos tubos da caldeira para dentro da Caixa de Fumaça, de onde serão 
finalmente expelidos para cima, através da chaminé. Ao passar pelos tubos, o calor dos 
gases é transferido para a água dentro da Caldeira, convertendo uma parte desta em 
vapor que, sendo acumulado no Domo de Vapor, gera pressão e é transferido, quando 
solicitado — através de uma válvula controladora (ou regulador de pressão) e de um tubo 
— para as válvulas direcionais, e daí para os cilindros. 
 
 
1
 Informação extraída do Deutsches Museum 
Motores de Combustão Interna 
 10 
 
Fig. 1.1 - Esquema de funcionamento da locomotiva a vapor 
 
O motor a vapor chegou a ser testado e utilizado em diversos veículos: locomotivas, 
automóveis, navios e até motocicletas. O peso e volume do conjunto inviabilizaram a sua 
utilização em veículos de pequeno porte, tendo ficado restrito a utilizações industriais, 
navais e ferroviárias. 
O porte dos automóveis exigia um motor mais compacto, com combustível de fácil 
armazenamento e com maior autonomia. O advento da exploração do petróleo propiciouo 
surgimento de motores mais modernos, potentes, compactos e econômicos. 
 
1.3 - Motores de combustão interna 
Quando a queima do combustível ocorre no interior do motor, denomina-se motor de 
combustão interna. Em termos simples, o motor de combustão interna é composto por um 
cilindro fechado na sua parte superior pelo cabeçote e na parte inferior pelo cárter. Dentro 
desse cilindro movimenta-se o pistão, ligado pela biela ao virabrequim, também 
denominado árvore de manivelas. O formato peculiar desse componente transforma em 
movimento rotativo o movimento linear do pistão no cilindro. 
 
1.3.1 - Motores Ciclo Otto 4 tempos 
O motor ciclo Otto é o exemplo mais comum, equipando os automóveis movidos a 
gasolina, álcool e gás natural. Uma mistura formada por ar e combustível é aspirada ao 
interior do cilindro onde, com a sua queima, é realizado o trabalho que movimenta o 
motor. 
Um motor ciclo Otto pode operar em dois ou quatro tempos, que são denominadas as 
etapas de funcionamento. O motor de quatro tempos é o mais comum em automóveis, 
garantindo uma menor emissão de gases poluentes com maior economia de combustível. 
Nesse tipo de motor, o virabrequim executa duas voltas para que um cilindro realize os 4 
tempos, portanto ocorre uma explosão por cilindros a cada duas voltas. O seu 
funcionamento é o seguinte: 
 
Admissão - A válvula de admissão se abre enquanto o pistão 
desce rumo ao ponto mais baixo do seu percurso, denominado 
PMI - ponto morto inferior. A descida do pistão gera uma 
depressão que aspira a mistura formada pelo ar e combustível, 
que foi previamente preparada pelo sistema de alimentação. 
Motores de Combustão Interna 
 11 
 
 
 
Compressão – Com as válvulas fechadas, o pistão sobe em direção 
à sua altura máxima, denominada PMS – ponto morto superior. 
Durante esse percurso, a mistura ar + combustível é comprimida. 
 
 
 
Combustão – Pouco antes do PMS, uma centelha elétrica 
proveniente da vela de ignição inflama a mistura. A expansão dos 
gases aumenta abruptamente a pressão no interior do cilindro, 
impulsionando o pistão para o PMI. 
 
 
Escapamento – Após a combustão e pouco antes do pistão atingir o 
PMI, a válvula de escapamento começa a abrir favorecendo o início 
da exaustão dos gases queimados. Quando o pistão inicia a nova 
subida, em direção ao PMS, expulsa os gases da câmara de 
combustão, forçando a sua saída através do coletor de 
escapamento. 
 
Após o tempo de escapamento, uma nova admissão se inicia, em um ciclo que 
permanece enquanto o motor estiver funcionando. 
 
1.3.2 - Motores dois tempos 
São motores onde ocorre uma explosão a cada rotação do virabrequim. A simplicidade na 
construção torna-o especialmente interessante para motocicletas, motobombas, pequenas 
embarcações etc. 
Apesar de possuir uma potência mais elevada que um similar quatro tempos, o motor dois 
tempos admite ar com dificuldade devido ao tempo reduzido, além de emitir uma 
quantidade de poluentes significativamente maior, o que, aliado às restrições da 
legislação ambiental, tem feito com que os fabricantes gradualmente substituam esses 
motores por unidades quatro tempos. 
 
1.3.2.1 – Funcionamento dos motores 2 tempos (Fig. 1.3) 
• 1º Tempo - Aspiração e compressão 
O pistão ao deslocar-se do PMI ao PMS, após cobrir a janela de descarga, começa a 
comprimir a mistura ar-combustível na parte superior do cilindro. Simultaneamente cria-se 
no cárter uma depressão, que aspira a mistura através da janela de admissão. Um pouco 
antes do pistão chegar ao PMS, uma centelha elétrica é gerada na vela de ignição, dando 
início a combustão da mistura comprimida. 
• 2º Tempo - Combustão e descarga 
Quando a mistura comprimida entra em combustão, o pistão é empurrado para o PMI. 
Durante este deslocamento, o pistão descobre inicialmente a janela de descarga 
expulsando parcialmente os gases da combustão. Quando descobre a janela auxiliar de 
admissão, a mistura que se encontra dentro do cárter flui para a parte superior do cilindro, 
expulsando o resto dos gases queimados, enchendo-o com uma mistura nova. 
Motores de Combustão Interna 
 12 
 
 
Fig. 1.3 – Funcionamento de um Motor 2 tempos 1 
 
1.3.3 - Motores de ignição por compressão - ciclo Diesel 
Os motores a Diesel comprimem apenas ar. O combustível – óleo diesel – é injetado 
próximo ao final da fase de compressão e queima em virtude das altas temperaturas 
atingidas pelo ar comprimido. 
Mesmo considerando que o poder calórico do Diesel é ligeiramente menor que o da 
gasolina (cerca de 4% menor), a eficiência do motor de ignição por compressão é 
superior, devido aos seguintes fatores: 
• A taxa de compressão é mais alta – nos motores Diesel a mistura formada é 
comprimida significativamente mais que em um motor de ignição por centelha. 
Conforme se pode verificar, através dos ciclos termodinâmicos, a eficiência de um 
motor aumenta com o incremento na taxa de compressão; 
• Durante a fase inicial da compressão, somente o ar está presente; 
• A mistura ar combustível permanece pobre durante o funcionamento do motor (fora 
da razão estequiométrica). 
Para o funcionamento do motor Diesel, é necessário um sistema de alimentação sob 
pressão. Não raro a pressão de injeção supera 200 Kgf/cm2, necessária para a correta 
formação da mistura com a enorme pressão interna da compressão. O sistema 
geralmente é composto por uma bomba injetora e bicos injetores, podendo ser controlado 
eletronicamente ou puramente mecânico. 
 
1.3.3.1 - Funcionamento do motor de ignição por compressão (Fig. 1.4) 
• Admissão - A válvula de admissão se abre enquanto o pistão desce rumo ao PMI - 
ponto morto inferior. A descida do pistão gera uma depressão que aspira ar. 
• Compressão – Com as válvulas fechadas, o pistão sobe em direção ao PMS – 
ponto morto superior. Durante esse percurso, o ar é comprimido. 
 
1
 Ilustração extraída do livro O Motor e seus Acessórios – H. M. Chollet 
Motores de Combustão Interna 
 13 
• Combustão – Ainda durante a compressão, pouco antes do PMS, combustível sob 
alta pressão é injetado no interior do cilindro. Ao encontrar o ar em alta temperatura 
devido à elevação rápida da pressão, o combustível se inflama. A expansão dos 
gases aumenta abruptamente a pressão no interior do cilindro, impulsionando o 
pistão para o PMI. 
• Escapamento – Após a combustão e pouco antes do pistão atingir o PMI, a válvula 
de escapamento começa a abrir favorecendo o início da exaustão dos gases 
queimados. Quando o pistão inicia a nova subida, em direção ao PMS, expulsa os 
gases da câmara de combustão, forçando a sua saída através do coletor de 
escapamento. 
 
 
Fig. 1.4 - Ciclo Diesel 
 
1.4 - Motores rotativos - Wankel 
O motor Wankel é um motor que possui pistões triangulares, de lados curvilíneos, que 
giram em cavidades trocoidais – Fig. 1.5. Ele funciona segundo os quatro tempos 
tradicionais do ciclo Otto. A compressão é determinada devido à geometria das 
superfícies curvas e do pistão rotativo. 
Utilizado no esportivo japonês RX-7 da Mazda, as vantagens do motor Wankel são: 
• Simplicidade, devido a ausência de válvulas e mecanismos; 
• Reduzido tamanho e peso; 
• Baixa vibração; 
Motores de Combustão Interna 
 14 
• Elevada potência específica a altos regimes (Cv / litro) – uma nova unidade de 
apenas 1,3 litro entrega 250 CV. 
As principais desvantagens ficam por conta da complexa vedação entre o cilindro e as 
paredes da cavidade e complexidade na lubrificação e refrigeração. Para complementar a 
lubrificação, uma pequena quantidade de óleo é queimada, o que, eleva as emissões de 
poluentes, necessitando controle mais rigoroso na alimentação e no trato dos gases de 
escape. 
O Mazda RX-8 equipado com a última geraçãodo motor Wankel, denominada de 
Renesis, possui melhoramentos que reduziram o consumo de óleo e combustível, além de 
prover 250 CV. 
 
 
Fig. 1.5 - Rotor do motor Wankel 
 
1.4.1 – Funcionamento (Fig. 1.6) 
Durante o funcionamento do Wankel, cada uma das três faces do pistão estará efetuando 
uma fase distinta 
• Admissão – o rotor abre a janela de admissão. O seu movimento provoca a 
aspiração da mistura ar-combustível. Para que ocorra um maior enchimento da 
cavidade (melhor eficiência volumétrica), alguns motores Wankel são super 
carregados, ou seja, possuem compressor ou turbo para forçar a entrada da 
mistura durante a admissão; 
• Compressão – na região em que a compressão é máxima ocorre o tempo de 
compressão, devido a alterações geométricas provocadas pela parede toroidal; 
• Combustão – pouco depois, a mistura comprimida passa pela vela de ignição, onde 
uma centelha é gerada, inflamando a mistura. Em alguns motores são utilizadas 
duas velas para assegurar uma perfeita queima da mistura; 
• Escapamento – um dos vértices do pistão descobre a janela de escapamento, 
fazendo com que os gases queimados sejam expulsos. 
 
Motores de Combustão Interna 
 15 
 
Fig. 1.6 - Esquema de funcionamento do Wankel 
 
1.5 - Número e disposição dos cilindros 
Um motor de automóvel para que consiga atingir potências mais altas, seja silencioso e 
vibre pouco, necessita de mais de um cilindro. Um motor de vários cilindros assegura um 
torque mais regular, retomadas mais eficientes e uma marcha mais silenciosa. Essas 
características são importantes para o projeto de um automóvel. 
Normalmente, os motores possuem quatro ou mais cilindros, que podem ser agrupados 
de diversas formas, a depender do espaço disponível para instalação e tipo do veículo. 
Dependendo da marca e do tipo de veículo, o motor é instalado longitudinal ou 
transversalmente, na parte dianteira, traseira ou central da carroçaria do veículo. O 
número de cilindros, sua disposição e tipo de ciclo permitem identificar o tipo de motor. De 
acordo com esses critérios pode-se assim classificar os motores: 
Quanto ao ciclo e número de tempos: 
• Motores ciclo Otto – que podem possuir dois ou quatro tempos; 
• Motores ciclo Diesel – que também podem possuir dois ou quatro tempos. 
Quanto ao número e configuração de cilindros 
• Cilindros em linha: nessa configuração os cilindros são dispostos lado a lado em 
linha. De manutenção e construção simples, os motores com quatro cilindros em 
linha são os mais comuns, ocorrendo duas explosões a cada volta do virabrequim, 
nos modelos quatro tempos. Existem também configurações em linha de 3,5, 6 e 
mais cilindros; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.7 – Exemplo de motor 4 cilindros (Honda VTEC) 
Motores de Combustão Interna 
 16 
 
• Cilindros em V: são mais compactos, exigindo menor espaço para instalação. 
Possuem os cilindros dispostos em dois grupos que formam um ângulo de 
geralmente 60º. Os mais comuns são os V6 e V8, com seis e oito cilindros, 
respectivamente – Fig. 1.8; 
 
 
Fig. 1.8 – Exemplo de Motor em V (Ferrari V12) 
 
• Cilindros opostos: Existem dois grupos de cilindros dispostos em ambos os lados 
do virabrequim. São largos, propiciando uma boa refrigeração dos cilindros, 
primordial para motores com refrigeração a ar, mas ao mesmo tempo achatados, o 
que possibilita a sua instalação na parte inferior do veículo. Os motores com 
cilindros opostos também são denominados motores Boxer ou Flat – Fig. 1.9; 
 
 
Fig. 1.9 – Exemplo de Motor boxer (Subaru Flat 4 Turbo) 
 
Motores de Combustão Interna 
 17 
Cilindros dispostos radialmente – nesse caso os cilindros estão situados ao redor, 
formando um círculo – Fig. 1.10. É uma configuração comum em aviões de pequeno porte 
e antigos que utilizam motores de combustão interna. Para aviões de maior porte e 
velocidade, são utilizados motores a reação, por garantirem maiores rendimento, 
durabilidade e confiabilidade; 
 
 
 
Fig. 1.10 – Exemplo de motor radial em aplicação aeronáutica de 14 cilindros 
 
Configurações especiais – existem outras configurações menos usuais, como motores em 
W e em L, sendo utilizadas por alguns fabricantes – Figs. 1.11 e 1.12. 
 
 
Fig. 1.11 – Exemplo de motor em L (Motocicleta Ducati) 
Motores de Combustão Interna 
 18 
 
Fig. 1.12 – Exemplo de motor em W (Volkswagen W12) 
Motores de Combustão Interna 
 19 
 
2 - Conceitos básicos de um motor de combustão interna 
 
2.1 - Torque 
O torque de um motor de combustão interna, que varia conforme sua curva de torque, é o 
resultado do produto da força atuante sobre o pistão pelo raio projetado do virabrequim. 
O torque geralmente é expresso em m.kgf e é indicado juntamente com a rotação em que 
foi medido. 
O torque máximo de um motor, que ocorre a determinada rotação, é inferior ao torque que 
ocorre em sua rotação máxima. Para um automóvel, a rotação de torque máximo é 
importante de ser conhecida para identificação dos momentos ideais de mudança de 
marcha, aproveitando o torque máximo do motor, com melhor rendimento e economia de 
combustível. 
Para verificar o torque em cada situação de rotação, é necessário consultar a curva de 
torque do motor. 
 
2.2 - Potência 
Um motor converte a energia química do combustível em trabalho. A potência é o trabalho 
desenvolvido pelo motor, em uma determinada unidade de tempo. A potência de um 
motor é usualmente expressa em Watts ou em CV (cavalo Vapor), onde 1 CV ≈ 736 
Watts. 
De posse do torque e em que rotação ocorre, é possível determinar a potência 
desprendida pelo motor naquele instante, bastando multiplicar o torque pelo RPM. 
A potência de um motor em algumas literaturas estrangeiras é expresso em PS - vem do 
alemão Pferdestärke, e significa Cavalo Vapor, tendo a mesma grandeza do CV. 
A potência máxima de um motor ocorre a determinada rotação pouco inferior a rotação 
máxima admitida pelo mesmo. Esses valores são fornecidos pelo fabricante ou aferidos 
em dinamômetro. Para determinar a potência em outros regimes de giro, basta consultar a 
curva de potência do motor, ou submetê-lo ao dinamômetro. 
 
 
Fig. 2.1 – Exemplo de curva de Potência e torque de um motor (VW EA 113 1.6 litro) 1 
 
1
 Ilustração de Motores de Combustão Interna – Motores 1.6l e 1.8T – Treinamento Assist. Técnica Volkswagen 
Motores de Combustão Interna 
 20 
 
2.3 - Curvas de potência e torque 
O gráfico (Fig. 2.1) identifica os diversos regimes de funcionamento de um motor, 
identificando o torque e potência máximos. 
As curvas de potência e torque são geradas com o uso de dinamômetros, que submetem 
o motor aos diversos regimes. No dinamômetro o motor é submetido a cargas e rotações 
controladas, podendo simular diversas condições de funcionamento. No aparelho são 
monitorados diversos parâmetros de funcionamento, como temperatura do motor, pressão 
de óleo lubrificante, consumo de combustível, dentre outros – veja Fig. 2.2. 
 
 
 
Fig. 2.2 – Dinamômetro de motor 
 
2.4 - Cilindrada 
Representa o somatório dos volumes internos dos cilindros do motor, conforme se vê na 
Fig. 2.3. Assim, um motor que possui 4 cilindros, onde cada um tem o volume de 250 cm3, 
possui a cilindrada de 1.000 cm3, ou 1.0 litro. 
A cilindrada representa a quantidade de mistura ar combustível que o motor consegue 
conter em seus cilindros. A cilindrada é expressa em centímetros cúbicos ou, 
comercialmente, em litros. Geralmente a cilindrada de um motor é aproximada para o 
número inteiro superior mais próximo para simplificação. 
 
Motores de Combustão Interna 
 21 
 
 
Fig. 2.3 – Cálculo da cilindrada de um motor 1 
 
2.5 - Potência específica 
É um valor de referênciapara comparação entre a eficiência de motores. É encontrado 
dividindo-se a potência máxima do motor (em CV) pela cilindrada em litros. 
 
2.6 - Taxa de compressão 
Especifica quantas vezes a mistura é comprimida durante a fase de compressão. A taxa 
de compressão é calculada em função da relação entre o volume total (câmara de 
combustão + volume deslocado pelo pistão) e volume da câmara. 
O rendimento de um motor é proporcional à sua taxa de compressão, porém esta é 
limitada à capacidade do combustível resistir à compressão, medida pela octanagem. As 
taxas variam conforme o combustível utilizado. 
• Motores à gasolina - entre 9:1 e 11:1; 
• Motores à álcool e gás natural veicular (GNV) - cerca de 12:1; 
• Motores a Diesel em torno de 20:1. 
Os motores equipados com compressor ou turbo possuem a taxa de compressão menor 
devido ao maior enchimento dos cilindros provocada por esses dispositivos. Nesse caso a 
taxa é reduzida para evitar problemas de detonação causados por excesso de 
compressão da mistura. 
Para determinar a taxa de compressão de um motor, faz-se a seguinte divisão: 
 
 
 
2.7 - Eficiência volumétrica 
Quanto maior a quantidade de ar admitido, maior é a potência que pode ser fornecida por 
um mesmo motor na mesma rotação. A relação entre o ar admitido e o volume deslocado 
pelos pistões é indicado como a eficiência volumétrica de um motor (ην %) – Fig. 2.4. 
 
 
1
 Ilustração extraída de Motores MWM Brasil – Aperfeiçoamento Profissional Motores Diesel 
Motores de Combustão Interna 
 22 
 
Fig. 2.4 – Parâmetros envolvidos no cálculo do eficiência volumétrica 
 
 
 
 
Onde, 
 
Q – Quantidade de ar admitido em litros por minuto; 
N – Rotação do motor em rpm; 
Vh – Volume deslocado em cm3; 
Z – número de cilindros. 
 
O fator 0,5 deve-se ao fato de que, em um motor 4 tempos, o ar é admitido apenas uma 
vez em cada rotação do virabrequim. 
 
2.8 - Rendimento de um motor 
É a relação entre a potência mecânica fornecida pelo motor no eixo virabrequim e a que 
lhe é disponibilizada pelo combustível durante o seu funcionamento. 
O motor de combustão interna aproveita apenas uma pequena parcela da energia 
resultante da queima do combustível. Uma unidade a gasolina, por exemplo, tem a 
seguinte distribuição 1: 
• 35% - calor retirado através dos gases de escapamento; 
• 32% - Calor dissipado pelo sistema de arrefecimento; 
• 8% - Atritos internos decorrentes do funcionamento do motor; 
• 25% - Energia mecânica efetivamente disponível no volante do motor. 
O motor Diesel possui um rendimento superior, podendo passar dos 35%. Isso se deve à 
maior taxa de compressão do mesmo. 
 
2.9 - Relação ar combustível 
A mistura admitida por um motor de combustão interna só queimará em uma determinada 
faixa de relação. Essa relação, denominada relação ar combustível, define a relação de 
peso entre o ar e o combustível admitido. 
 
 
Onde, 
 
1
 Informação extraída do livro Curso Prático para Mecânico de Automóveis – O Motor, de H. M. Chollet 
Motores de Combustão Interna 
 23 
Q – quantidade de ar admitida em litros por minuto; 
 - peso específico do ar; 
b – quantidade de combustível consumido em cm3; 
t - tempo de consumo de combustível em segundos; 
r – peso específico do combustível. 
 
A relação ar combustível possível de ser queimada em um motor na prática varia de 8:1 a 
21:1 (rica e pobre, respectivamente). 
Peso específico do ar – é uma unidade que expressa o peso do ar por unidade de volume 
em Kg/m3. O valor varia em função da pressão e temperatura do ar: 
 
 
Onde, 
Po – Pressão atmosférica em mmHg; 
Td – Temperatura da atmosfera em bulbo seco (°C). 
 
2.9.1 - Relação ar combustível teórica 
Quando o combustível queima na presença de ar, a quantidade deste pode ser calculada. 
A relação de peso ar combustível calculada é denominada relação teórica. 
Supondo que a gasolina é composta unicamente por hexano (C6H14), a quantidade de ar 
necessária para queimar 1 Kg de combustível é calculada. 
• O ar é composto por aproximadamente 79% de Nitrogênio (N2) e 21% de oxigênio 
(O2); 
• A relação de massa do N2 e O2 no ar é 77% : 23%. 
Uma vez que, 
 
• Massa molecular do N2 é 14 x 2 = 28 
• Massa molecular do O2 é 16 x 2 = 32 
A massa de N2 será 0,79 x 3228
28
+
 = 0,369 
A massa de O2, por sua vez será 0,21 x 3228
32
+
 = 0,112 
Conseqüentemente, 
A relação de massa do N2 no ar é 767,0112,0369,0
369,0
=
+
 
A relação de massa do O2 no ar é 233,0112,0369,0
112,0
=
+
 
 
Quando ocorre a queima completa do combustível, a reação é a seguinte: 
 
C6H14 + 9,5O2 = 6 CO2 + 7 H2O 
 6x12 + 14x1 = 86 9,5x2x16 = 304 
 
A quantidade de ar necessária para queimar completamente 1 Kg de combustível é X Kg: 
 
86:304 = 1:X X = 3,53Kgs 
 
Motores de Combustão Interna 
 24 
A relação de masa de Nitrogênio e Oxigênio é 7:23, e a quantidade de nitrogênio 
necessária é Y Kg. 
 
77:23 = Y:3,53 Y = 11,8 Kgs 
 
Finalmente, a quantidade de ar necessária será igual a : 
 
X + Y Kgs = 3,53 + 11,8 = 15,33 (relação teórica) 
 
Essa relação também é conhecida como razão estequiométrica, considerando uma 
queima completa com gasolina pura. 
No Brasil, o uso de uma mistura de cerca de 22% à gasolina, faz com que a razão 
estequiométrica fique em 13,8:1. 
 
2.10 - Processo de combustão em um motor 
Infelizmente, em um motor de combustão interna não ocorre a queima completa do 
combustível. Diversos fatores ocasionam a queima incompleta do combustível, dentre 
eles: 
• Tempo reduzido para a reação entre o combustível e o oxigênio do ar; 
• A mistura ar combustível não é formada perfeitamente, deixando locais com 
excesso de oxigênio e outros com falta, tornando a queima no interior da câmara 
de combustão heterogênea; 
• O ar admitido contém outros elementos além do oxigênio (Nitrogênio e outros 
gases em menor proporção); 
• Variações de carga, rotação, temperatura do ar e do próprio motor provocam 
alterações na combustão, com alimentação com misturas fora da razão 
estequiométrica. 
Em um funcionamento hipotético de um motor ideal, seria consumida uma mistura ar 
combustível estequiométrica - que é aquela que mantém a proporção ideal entre os 
reagentes para a ocorrência de uma queima completa. 
Se considerada a gasolina pura, ou seja, sem a adição de álcool, são necessários cerca 
de 15 gramas de ar para cada grama de gasolina a fim de garantir uma queima sem 
resíduos de ar e hidrocarbonetos não queimados. A gasolina brasileira, por conter cerca 
de 22% de álcool, possui poder calorífero ligeiramente menor, exigindo 13,28 gramas de 
ar para queimar completamente 1 grama de gasohol. O álcool hidratado por sua vez tem 
uma razão estequiométrica de 9:1, devido à presença de oxigênio na composição desse 
combustível. 
Em uma combustão completa, os únicos subprodutos resultantes da queima da gasolina 
são o dióxido de carbono, Água e Nitrogênio. 
A mistura real proporciona uma queima não ideal, produzindo outros subprodutos, muitos 
dos quais tóxicos e com emissão restrita pelo PROCONVE – Programa de Controle da 
Poluição do Ar por Veículos Automotores. 
Enfim, o funcionamento de um motor de combustão interna provoca a emissão de 
diversos gases. 
 
2.10.1 - Gases não poluentes 
Pelos gases do escapamento de um veículo sai uma mistura de gases composta por 99% 
de gases não poluentes, que em sua maioria não trazem problemas à saúde. São eles : 
Motores de Combustão Interna 
 25 
• Nitrogênio – parte integrante do ar que respiramos, não participa como fonte de 
energia na queima – 71% 
• Vapor d’água – compõe cerca de 9% dos gases de escape; 
• Dióxidode carbono (CO2) – compõe cerca de 18% dos gases eliminados. Apesar 
de não ser considerado poluente, o gás carbônico, como também é chamado, é um 
dos responsáveis pelo Efeito estufa, contribuindo de forma significativa com a 
elevação da temperatura global; 
• Oxigênio e gases inertes – cerca de 1% dos gases do escapamento. Corresponde 
ao oxigênio não utilizado durante a queima e os demais gases que compõe o ar 
atmosférico em reduzida quantidade. 
 
2.10.2 - Gases poluentes 
Apesar de comporem apenas 1% dos gases expelidos, são extremamente danosos à 
saúde e ao meio ambiente, o que os torna indesejados e alvo de restrito controle pelas 
legislações ambientais ao redor do mundo, são eles : 
• Monóxido de carbono – inodoro e incolor, o CO é extremamente tóxico. Respirá-lo 
em uma concentração de 0,3% em volume mata em apenas 30 minutos. O gás se 
combina aos glóbulos vermelhos do sangue, impedindo o transporte de oxigênio. O 
CO corresponde à maior parte dos gases nocivos emitidos pelos motores (cerca de 
18%); 
• Óxidos de Nitrogênio – o ar, quando submetido a elevadas temperaturas e 
pressões, propicia a formação dos óxidos de nitrogênio que, combinados com o 
vapor d’água na atmosfera, pode formar o ácido nítrico. Esses elementos, além de 
nocivos à saúde, são fatores responsáveis pela formação de chuva ácida; 
• Hidrocarbonetos – correspondem ao combustível não queimado, ou queimado 
parcialmente. Além de formarem fuligem – aquela substância que escurece os 
tubos de descarga dos carros – são cancerígenos. 
• Partículas sólidas – especialmente vistos em motores Diesel, são uns dos 
responsáveis pela fumaça preta desse tipo de veículo. Também causam problemas 
à saúde; 
• Compostos de enxofre – o enxofre, não totalmente eliminado na produção da 
gasolina, pode provocar a formação de compostos que, combinados ao vapor 
d’água, se transformam em ácidos sendo nocivos à saúde e danificando o 
escapamento e o catalisador; 
• Aldeídos (CHO) – são voláteis cancerígenos e provocam irritações nas vias 
respiratórias. São especialmente gerados através da queima do álcool puro (etanol) 
ou do álcool anidro presente à gasolina. 
 
2.10.3 - Combustão anormal 
 
2.10.3.1 - Detonação 
Quando ocorre a centelha da vela, uma frente de chama é formada, elevando 
rapidamente a pressão no interior da câmara de combustão. A auto-ignição, ou 
detonação, ocorre quando essa elevação provoca uma nova onda de pressão em algum 
local, devido ao surgimento de queima da mistura sem a faísca da vela. 
Esse fenômeno de combustão anormal traz prejuízos à queima devido aos esforços 
desordenados gerados no interior do cilindro, que podem inclusive gerar ruídos metálicos, 
denominados batidas de pino. 
Motores de Combustão Interna 
 26 
Se permanecer durante longos períodos, além da queda no rendimento e ruído, o 
fenômeno da detonação traz sérios danos ao motor danificando os pistões. 
A detonação pode ser causada por combustível inadequado, temperatura muito elevada 
ou sistema de ignição regulado inadequadamente. È possível eliminar ou atenuar a 
detonação atrasando a ignição. Nesse caso a pressão no interior dos cilindros é 
ligeiramente menor, o que acaba por impedir a formação de novas frentes de chama. 
 
2.10.3.2 - Pré-ignição 
Também denominada ignição de superfície, é causada pela presença de um ponto quente 
no interior da câmara, dando origem a uma frente de chama independente da centelha da 
vela de ignição. 
A pré-ignição tem geralmente as origens em impurezas de carvão e válvulas ou velas 
incorretas. Um motor carbonizado costuma apresentar problemas de pré-ignição na 
medida em que o carvão depositado na cabeça do pistão, válvulas e sedes de válvulas 
agem como pontos quentes, dando origem a frentes de chama anteriores à combustão 
provocada pela vela de ignição. 
 
2.11 - Ciclos térmicos 
O ciclo padrão de ar de Otto é um ciclo ideal que se aproxima do motor de combustão 
interna que funciona segundo esse ciclo. Um motor ideal tem o seu rendimento 
significativamente diferente de um ciclo ideal, mas de toda sorte, a comparação do ciclo 
real com um ciclo ideal é interessante na medida em que se pode avaliar a influência de 
certas variáveis no rendimento. 
Observa-se que o rendimento do ciclo-padrão Otto é aumentado com o aumento da 
compressão. Em um motor real de ignição por centelha, o rendimento também é 
proporcional à relação de compressão. 
O aumento da taxa de compressão, visando melhora no rendimento, é perseguido pelos 
fabricantes. Isso é possível através da melhora da qualidade do combustível e o uso de 
dispositivos de monitoramento eletrônico do fenômeno da detonação, de forma que 
durante o funcionamento do motor esse fenômeno seja evitado. 
O rendimento de um motor real, como já dito, se afasta significativamente do rendimento 
dos ciclos ideais devido aos seguintes fatores: 
• Existe um processo de entrada e saída de gases durante o ciclo real, sendo que 
nesses casos existem perdas de carga oriundas das válvulas, além do trabalho 
necessário para admissão e expulsão dos gases queimados; 
• Existe uma troca de calor considerável entre os gases envolvidos e as paredes do 
cilindro e o pistão; 
• A combustão é incompleta e o processo de combustão substitui o processo de 
troca de calor à alta temperatura; 
• Existe variação nos calores específicos dos gases com o aumento da temperatura, 
bem como existem irreversibilidades associadas ao processo. 
 
2.12 - Perdas decorrentes do funcionamento do motor 
 
2.12.1 - Perda de calor para o líquido de arrefecimento 
A maior parte da perda do calor gerado pelo combustível provocada pelo sistema de 
arrefecimento é direcionada à água. Apesar de existir uma pequena perda por radiação 
pelas paredes do motor, considera-se para efeitos práticos que a perda de calor pelo 
Motores de Combustão Interna 
 27 
sistema de arrefecimento = perda de calor para a água. A perda por radiação corresponde 
a menos de 10% do total. 
Essa perda Qw é medida em Kcal/h: 
 
Qw = Gw x cpw (Tw2 – Tw1) Kcal/h 
 
Onde, 
Gw – Vazão da água em Kg/h; 
Cpw – calor específico a pressão constante do líquido de arrececimento em Kcal/Kg · °C; 
Tw1, Tw2 – temperatura da água na entrada e na saída em °C. 
 
2.12.2 - Perda de calor para os gases de escapamento 
Parte do calor gerada durante a queima do combustível no interior dos cilindros é perdida 
através dos gases de escape. Essa perda de caloria Qg é medida em Kcal/h: 
 
Qg = Gg x cpg (Tg2 - Tg1) Kcal/h 
 
Onde, 
Gg – vazão dos gases de escape em Kg/h; 
Cpg – calor específico a pressão constante dos gases de escape em Kcal/Kg · °C; 
Tg1, Tg2 – temperatura do ar de admissão e dos gases de escapamento. 
 
A vazão dos gases de escape pode ser aproximadamente determinada como sendo o 
somatório da vazão de ar admitido com o volume de combustível consumido. Assim: 
 
Gg = 
1000
60
1000
fQ
+×× γ Kg/h 
 
Onde, 
Q – Vazão de ar admitido em litros por minuto; 
F – consumo de combustível em gramas por hora; 
γ - peso específico do ar em Kg/m3 
 
A determinação do calor específico dos gases de escapamento é bastante complexa, uma 
vez que trata-se de uma mistura de diversos gases. Diferentemente do ar o cpg sofre 
influência não apenas da temperatura, como da pressão. Como referência pode-se o 
utilizar o valor e 0,26 Kcal/Kg · °C como um valor médio. 
 
2.12.3 - Perda de energia pela fricção 
As perdas por fricção são aquelas devido aos atritos internos do motor e ao acionamento 
de acessórios, como comando de válvulas, bomba de água do sistema de arrefecimento e 
bomba de óleo. Devido à grande dificuldade em se determiná-las de forma 
individualizada, convencionou-se agrupá-las como perdas por atrito em geral. A 
determinação dessa perda pode ser através de três métodos distintos: 
• Fazendo com que o motorseja acionado por um motor externo de velocidade 
variável e torque mensurável. Dessa maneira consegue-se determinar diretamente 
os valores em função de cada regime de rotação; 
• Através de um método indireto, sendo obtido pelo relação com as outras perdas: 
 
Motores de Combustão Interna 
 28 
Perda por atrito = Energia fornecida pelo combustível – potência fornecida e demais 
perdas. 
 
Assim: 
 
Qf = Qt – (Qb + Qw + Qg) Kcal/h 
 
• Com a utilização de um dinamômetro 
 
A distribuição das perdas por fricção em um motor são mostrados no gráfico da Fig. 3.1. 
 
 
Fig. 3.1 – Distribuição das perdas por fricção em um motor 
 
2.12.3.1 – Fricção nos pistões e anéis de segmento 
Representam quase 50% do total das perdas por atrito. Alguns fabricantes utilizam 
apenas um anel de compressão para reduzir o atrito, conseguindo uma redução de até 
20%, especialmente em cilindros de maiores volumes – veja Fig. 3.2. 
 
 
Fig. 3.2 – Efeito da eliminação do segundo anel de compressão 
 
2.12.3.2 – Fricção nos mancais do virabrequim e pinos dos pistões 
O atrito aqui é proporcional ao quadrado da rotação do motor. A ação das cargas nos 
mancais não é tão efetiva à fricção, mas as forças de inércia afetam mais que as forças 
devido às pressões dos gases em altas rotações. 
Diminuir a área dos mancais é efetivo na redução da fricção, mas traz problemas de 
performance com relação à tensão e NVH (ruído, vibração e aspereza). 
Motores de Combustão Interna 
 29 
 
2.12.3.3 - Fricção do sistema de acionamento de válvulas 
Corresponde a cerca de 15% das perdas por fricção quando em baixas rotações – veja 
Fig. 3.3. Nessas situações, uma vez que o comando gira à metade da velocidade que o 
eixo virabrequim, é muito difícil formar um filme de óleo adequado a um atrito reduzido. 
 
 
Fig. 3.3 – Comparação do torque de fricção em acionamento de válvulas 
 
A maior parte da fricção provém dos cames se arrastando nos balancins ao acioná-los. A 
utilização de balancins roletados contribui para uma redução na fricção, reduzindo as 
perdas nesse conjunto mecânico, conforme se vê no gráfico da Fig. 3.4. 
 
 
Fig. 3.4 – Comparação do torque de acionamento de válvulas 
 
À medida que a rotação se eleva, a lubrificação passa a ser fluida, o que acarreta uma 
diminuição nas perdas, sendo o único dispositivo que possui esse comportamento. 
 
2.12.4 - Perda de calor 
Uma das considerações do ciclo padrão é que a expansão é adiabática. Mas em um 
motor real, a grande diferença entre a temperatura dos gases de combustão e as partes 
em contato com a câmara de combustão provoca grande perda de calor. 
 
2.12.5 - Demora na queima 
Em um ciclo ideal, o calor e a combustão são gerados instantaneamente no ponto morto 
superior. Em um motor real, no entanto, a propagação da frente de chama oriunda da vela 
de ignição demora de 40 a 60 graus do virabrequim para se propagar. 
Motores de Combustão Interna 
 30 
Essa demora faz com que ocorra uma redução substancial na compressão, provocando 
perda na eficiência, conforme se vê na Fig. 3.5. 
 
Fig. 3.5 – Influência da duração da queima na eficiência 
 
2.12.6 - Combustão incompleta 
Devido às perdas de carga na admissão, formação imperfeita da mistura e velocidade 
elevada da queima, não é possível realizar a queima completa do combustível admitido 
pelo motor. 
 
2.12.7 - Perdas por bombeamento e por contrapressão no escapamento 
Em um ciclo teórico de volume constante, o calor é retirado instantaneamente no ponto 
morto inferior. Em um motor real, a válvula de escapamento abre cerca de 60 graus antes 
do PMI para reduzir a pressão dos gases. A intenção é reduzir a resistência 
especialmente em altas rotações. 
A resistência à saída dos gases e a perda de carga provocada no sistema de admissão 
também não é considerado em um ciclo ideal. A baixa eficiência térmica em condições de 
baixas cargas dos motores a gasolina deve-se em grande parte à perda por 
bombeamento provocada pela borboleta do acelerador. 
 
2.12.8 - Perdas por vazamentos 
À medida que a pressão nos cilindros aumenta, parte dos gases vaza por imperfeições 
nos cilindros, juntas e anéis de segmento. Essa perda de compressão em motor em bom 
estado é menor que 1% do ar admitido, daí que as perdas devido a vazamento serem 
relativamente pequenas. 
 
Motores de Combustão Interna 
 31 
3 - Combustíveis 
Os motores de combustão interna podem funcionar com variados tipos de combustíveis – 
líquidos, gasosos e até mesmo sólidos. O tipo de combustível influi não só em vários 
parâmetros do motor – como eficiência, durabilidade e consumo – como influi em outras 
especificações do projeto do veículo, em especial no que tange ao armazenamento e 
sistema de alimentação. 
A maioria dos motores funciona com combustíveis derivados do petróleo, muito embora o 
uso de combustíveis alternativos tem crescido. O álcool e os óleos vegetais são alguns 
exemplos de soluções para substituição do petróleo. 
 
3.1 - Octanagem 
Para um máximo aproveitamento da energia do combustível, um motor deve comprimir ao 
máximo a mistura, obtendo-se o máximo rendimento possível. Essa compressão, no 
entanto, é limitada à resistência do combustível à auto-ignição. 
Como forma de mensurar essa resistência do combustível é medido o número de octanas 
do mesmo. A chamada octanagem do combustível é um índice comparativo em relação a 
uma mistura padrão de dois hidrocarbonetos puros que foram escolhidos como referência, 
por possuírem grande diferença na capacidade de resistir à detonação: 
• Iso-octano - bastante resistente à compressão e que tem o número de octanas 
arbitrariamente igual a 100; 
• Heptano – com reduzida resistência à detonação, tem o número de octanas 
designado como 0. 
Dessa forma, um combustível é comparado com uma mistura desses dois 
hidrocarbonetos, onde a proporção de Iso-octano na mistura de comparação corresponde 
ao índice de octana do combustível avaliado. 
Um combustível com uma octanagem de 90 corresponde a um combustível com as 
mesmas características de resistência à detonação que uma mistura formada por 90% de 
Iso-octano e 10% de Heptano. 
Quando o número de octanas supera 100, ou seja, quando o combustível resiste mais à 
detonação que a referência, é avaliado a quantidade de aditivo anti-detonante adicionado 
ao Iso-octano para obter o mesmo desempenho do combustível avaliado. 
 
3.1.1 - Motores para avaliação da octanagem 
Para a avaliação da octanagem, são utilizados motores especiais monocilíndricos com 
taxa de compressão variável. Esses motores são denominados CFR (Cooperative Fuel 
Research). O nome teve origem em um comitê composto por pesquisadores e fabricantes 
de motores que desenvolveu um tipo de motor para o teste, bem como os métodos 
empregados. 
• Método pesquisa (RON) – com o motor em regime de plena carga e baixas 
rotações, é avaliado o quanto o combustível resiste à detonação; 
• Método motor (MON) – nesse caso, além de trabalhar a plena carga, são utilizadas 
rotações elevadas, sendo impostas condições mais severas. Para a maioria dos 
combustível o número de octanas medida por esse método é inferior ao método 
RON. 
• Método Supercarregado – analisa o combustível de aviação na situação de 
taxiamento até atingir a velocidade de cruzeiro; 
• Método aviação – analisa o combustível de aviação considerando uma situação de 
velocidade de cruzeiro; 
Motores de Combustão Interna 
 32 
• Método Cetano – utilizado para avaliação do combustível Diesel. 
A média aritmética dos métodos pesquisa e Motor (RON e MON) dá origem a um novo 
índice, o índice antidetonante. 
O motor CFR possui várias cubas disponíveis no carburador que possibilitam a 
alimentação com o combustível padrão e com o combustível a ser avaliado para se aferir 
o número de octanas. As condiçõesde carga e rotação devem seguir o método utilizado. 
 
3.1.2 - Aditivos antidetonantes 
Para melhorar o índice de octanas da gasolina, são adicionados aditivos antidetonantes. 
Muito utilizado antigamente, o chumbo tetraetila é um antidetonante poderoso, mas devido 
ao prejuízo ambiental causado e danos ao catalisador do escapamento, foi abolido. 
Modernamente tem-se utilizado o álcool como antidetonante. 
 
3.1.3 - Índice de Cetano 
Os combustíveis para motores de ignição por compressão (Diesel) devem ser inflamáveis 
em contato com o ar superaquecido, uma vez que não existe vela de ignição para 
provocar a queima. 
A facilidade com que esse combustível se inflama é indicada pelo índice de cetano, que 
de certa forma pode ser dito como o oposto da octanagem, ou seja, um combustível com 
alto índice de octanagem tem baixo índice de cetano e vice-versa. 
Da mesma forma que na octanagem, a determinação do índice de cetano é feita por 
comparação com uma mistura padrão formada por dois hidrocarbonetos: 
• Cetano – Bastante inflamável, pouco resistente à compressão; 
• Alfa-metilo-naftalina – pouco inflamável. 
Quanto maior o índice cetano, maior o seu poder de queima espontânea em condições de 
alta pressão e temperatura. 
 
 
Fig. 3.1 – Produtos extraídos do Petróleo 1 
 
1
 Informação extraída da palestra Gasolinas Brasileiras - Petrobrás 
GLP – 7% 
 
NAFTA – 8% 
 
GASOLINA – 20% 
 
 
QUEROSENE – 4% 
 
DIESEL – 34% 
 
ÓLEO COMBUSTÍVEL – 18% 
 
ASFALTO, LUBRIFICANTES ETC. 
Motores de Combustão Interna 
 33 
 
3.2 - Gasolina 
Queimada pela imensa maioria dos automóveis no mundo, a gasolina é obtida 
basicamente através do refino do petróleo. Os produtos finais do refino do petróleo estão 
descritos na Fig. 3.1. 
Com o intuito de melhorar o rendimento térmico do motor, diminuir as emissões de 
poluentes, aumentar a durabilidade dos componentes mecânicos e corrigir eventuais 
deficiências do combustível, são adicionados à gasolina diversos aditivos químicos. 
• Antidetonantes – melhoram a resistência da gasolina à compressão, aumentando a 
sua octanagem; 
• Inibidores de corrosão – inibem a corrosão das peças em contato com o 
combustível; 
• Anticongelantes – possibilitam que a gasolina continue líquida, mesmo em climas 
severos; 
• Dispersantes – impedem a formação de depósitos em peças e componentes, como 
válvulas e guias de válvulas; 
• Anti-oxidantes – Retardam a oxidação da gasolina; 
• Corantes – algumas distribuidoras adicionam corantes para modificar a coloração 
da gasolina, visando dificultar adulteração ou simplesmente por questões 
mercadológicas; 
 
A gasolina brasileira é única no mundo. Também conhecida como gasohol, é composta de 
76% de gasolina e 24% de etanol (álcool etílico). O teor de álcool na gasolina costuma 
variar de acordo com as especificações vigentes na Agência Nacional do Petróleo – ANP. 
A proporção descrita corresponde à vigente na época de elaboração desse texto. 
A mistura é efetuada pelas companhias distribuidores, que são as responsáveis pela 
comercialização final do produto junto aos postos de serviço. A gasolina que compõe a 
mistura é produzida, quase que em sua totalidade, pela Petrobrás, já o álcool é produzido 
a partir da cana-de-açúcar em diversas destilarias espalhadas pelo país. 
Desde 1992 a gasolina comercializada no Brasil é isenta de chumbo tetra-etila. O chumbo 
era utilizado para aumentar a octanagem do combustível, mas apresentava graves 
prejuízos ao meio ambiente, além de danificar os catalisadores. O Brasil foi um dos 
pioneiros a eliminar esse aditivo da gasolina. 
Atualmente são disponíveis quatro tipos de gasolina: 
• Gasolina comum – indicada para todos os veículos nacionais e a maioria dos 
importados. Possui uma octanagem de 86 (média dos métodos RON/MON); 
• Gasolina aditivada – possui a mesma octanagem da gasolina comum. As 
distribuidoras acrescentam aditivos detergentes, que garante a limpeza do motor e 
dos componentes do sistema de alimentação por um tempo maior. Algumas 
distribuidoras acrescentam corantes à gasolina aditivada, com o intuito de 
diferenciá-las; 
• Gasolina Premium – possui octanagem maior (91). São indicadas para motores 
com elevada taxa de compressão, encontrados em alguns esportivos importados; 
• Gasolina Podium - Com maior octanagem, a gasolina podium permite que os 
veículos de alto desempenho obtenham uma melhor performance, principalmente 
nas retomadas de velocidade. Possui baixo teor de enxofre, fazendo com que se 
torne uma gasolina de menor impacto ambiental. A gasolina Podium é 
comercializada exclusivamente em postos de bandeira BR em algumas localidades 
brasileiras. 
Motores de Combustão Interna 
 34 
3.2.1 - Vantagens dos motores a gasolina: 
• Bom poder calorífero – a gasolina possui um elevado poder calorífero, o que 
determina um bom desempenho da unidade movida a gasolina. Devido a esse 
motivo, são preferidos quando o desempenho é importante, como em motocicletas, 
automóveis e navios rápidos de ataque; 
• Baixo nível de ruído e vibrações – o uso de componentes compactos e uma 
estrutura leve possibilita aos motores a gasolina atenderem a esse objetivo com 
louvor, bastando observar o nível de silêncio e reduzidas vibrações de um motor a 
gasolina moderno; 
3.2.2 - Desvantagens dos motores a gasolina: 
• Emissão de poluentes elevada – apesar da contínua redução nas emissões, os 
motores a gasolina ainda estão longe de atingir os níveis desejados pelas 
organizações de controle ambiental, representando problemas, em especial nos 
grandes centros urbanos. O nível de emissão atual é significativamente menor que 
em alguns anos atrás, por exemplo, mas fica a dever quando comparado com uma 
unidade movida a gás natural; 
• Presença de enxofre – a presença de enxofre na gasolina provoca a corrosão das 
peças em contato com o combustível, no interior do motor e até no sistema de 
escape. O enxofre pode ser retirado da gasolina, mas esse processo encareceria a 
já custosa gasolina. 
 
3.3 - Álcool 
A crise do petróleo da década de 70 e seus elevados preços levaram o Brasil a 
desenvolver o projeto Proálcool, diminuindo a nossa dependência do petróleo, que 
naquele momento determinava uma influência significativa na balança comercial. Na 
década de 70 estudos indicavam que em 1984 a demanda de petróleo mundial iria 
superar a oferta, com elevação dos preços a níveis catastróficos. 
Em 1973 ocorreu o primeiro estouro no preço internacional do petróleo, sendo que em 
1979 o barril superou os 50 dólares. Em 1975, portanto entre os dois choques, o governo 
brasileiro lançou o Proálcool - Programa Nacional do Álcool. 
A balança de pagamento, já mal dava para pagar o petróleo importado. Os preços do 
açúcar eram cadentes. O País tinha toda infra-estrutura em terra, clima e tecnologias para 
implantar um programa de energia renovável. 
O próalcool iniciou em 1977 com a adição de 20% de álcool à gasolina. A partir daí, com a 
produção de modelos a álcool o Brasil passou a aumentar a produção de forma que, no 
final da década de 80, mais de 95% dos automóveis produzidos no Brasil eram movidos a 
álcool. Nessa mesma época ocorreu uma estagnação na produção do álcool, e com a 
crescente demanda, houve escassez com uma grave crise de desabastecimento. O 
governo teve de importar álcool para abastecer a frota circulante. 
A queda nos preços internacionais do petróleo, com o aumento da oferta, aliada a 
desconfiança do consumidor e a reduzida vantagem financeira do álcool, fez a procura por 
veículos à álcool gradativamente diminuir, até os patamares bem reduzidos atuais. 
 
3.3.1 - Produção do álcool 
O álcool combustível é um dos meios de utilizar a biomassa como recurso energético. A 
cana-de-açúcar, fonte do álcool, é uma modalidadede biomassa, contendo um pequeno 
percentual da energia oriunda do sol. 
Fabricação do álcool: 
Motores de Combustão Interna 
 35 
• A cana é lavada, picada e desfibrada para posteriormente ser moída para a 
extração do caldo; 
• O caldo é peneirado. Nesse ponto é definido o destino do mesmo: fabricação de 
açúcar ou álcool; 
• O caldo é submetido a uma pasteurização. As impurezas são retiradas a seguir por 
decantação em separadores; 
• O caldo é resfriado e são acrescentados fermentos (leveduras) que irão transformá-
lo em álcool; 
• Após a fermentação, o caldo é encaminhado para as centrífugas, onde o fermento 
que sobrou do processo é separado para reutilização; 
• Livre de impurezas, o caldo é destilado obtendo-se o produto final. 
O álcool que é misturado à gasolina, diferentemente do álcool destinado ao uso em 
motores de combustão interna que é hidratado, é o anidro, isto é, praticamente isento de 
água. 
Os problemas de corrosão e partida a frio iniciais foram solucionados com o uso de 
componentes mais resistentes e alimentação por injeção eletrônica. 
 
3.3.2 - Vantagens dos motores à álcool: 
• Melhora do rendimento – o álcool é um combustível que resiste bem a compressão 
(octanagem alta em relação à gasolina), permitindo a utilização de motores com 
taxas de compressão mais elevadas. Quanto mais se comprime um combustível, 
melhor rendimento terá a queima. Daí que, em termos de rendimento térmico, o 
motor a álcool é superior ao a gasolina, apesar do baixo poder calorífero do álcool 
compensar negativamente essa vantagem. 
• Menor poluição se comparado à gasolina e Diesel – por aproveitar melhor a energia 
do combustível, os motores a álcool possuem níveis de emissões de poluentes 
mais reduzidos em comparação com um similar a gasolina. Isso torna seu uso 
bastante interessante em centros urbanos, onde a poluição é um problema que tem 
que ser observado e controlado. 
 
3.3.3 - Desvantagens dos motores à álcool: 
• Alta temperatura de vaporização – isso dificulta sua queima especialmente com o 
motor frio, uma vez que a vaporização do combustível dentro da câmara de 
combustão é vital para a perfeita mistura e queima com o ar; 
• Baixo poder calorífero – determina um maior consumo de combustível em relação à 
gasolina. O poder calorífero é cerca de 30% menor que o da gasolina, o que faz 
com que a viabilidade do uso do álcool esteja vinculada a diferença de preço 
equivalente em relação ao combustível mineral; 
• Efeitos corrosivos – A presença de água no álcool determina um dos maiores 
problemas no uso deste combustível. A água facilita o processo de corrosão do 
sistema de escapamento (descarga) além de atacar algumas peças em contato 
direto com o combustível. A utilização de componentes plásticos e de aço 
inoxidável resolveu o problema da corrosão das peças em contato com o 
combustível. A vida útil do sistema de escape só não é muito menor que o do a 
gasolina devido à presença do enxofre que torna a gasolina também agressiva ao 
sistema; 
Motores de Combustão Interna 
 36 
• Presença de água – a água determina uma queda no rendimento térmico do 
combustível, uma vez que ela não participa como fonte de energia durante a 
queima; 
• Viabilidade econômica vulnerável – o proprietário de um veículo a álcool deve ficar 
atento com relação aos preços e disponibilidade do líquido, analisando o custo-
benefício do combustível. 
 
3.4 - Diesel 
Combustível utilizado pela maioria dos veículos comerciais, o óleo Diesel proporciona aos 
motores um elevado rendimento térmico, com conseqüente baixo consumo de 
combustível. 
Os motores que operam no chamado ciclo Diesel, queimam o combustível por 
compressão sem o uso de centelha elétrica. Uma vez que o óleo Diesel suporta altas 
compressões sem problemas, esses motores possuem elevada taxa de compressão, ou 
seja, comprimem bastante a mistura ar combustível no interior dos seus cilindros. 
Em termos de aproveitamento da energia do combustível, quanto mais se comprime um 
combustível melhor. A compressão, no entanto, fica limitada ao quanto o combustível a 
suporta, sendo quantificada pelo índice de cetanas do mesmo. 
A elevada compressão de trabalho dos motores Diesel aliada à lentidão do óleo 
combustível para queimar por completo em relação aos outros tipos de combustível, gera 
os problemas característicos dos motores Diesel. 
 
3.4.1 - Vantagens dos motores movidos à Diesel: 
• Confiabilidade e durabilidade – A robustez dos componentes aliada à ausência de 
sistema elétrico de ignição, torna o motor Diesel insuperável nesse item, sendo 
normal um veículo a Diesel, por exemplo, superar um milhão de quilômetros 
rodados sem necessidade de reparos corretivos. Essas características os tornam 
especialmente indicados para grupos geradores, navios e locomotivas; 
• Baixo consumo de combustível – argumento maior dos defensores desse tipo de 
motor, essa característica é decorrente do elevado rendimento térmico. Isso, além 
de representar menor gasto com a sua operação, representa maior autonomia de 
funcionamento, reduzindo a freqüência de abastecimento de combustível; 
• Menor vulnerabilidade à água – por praticamente não possuir sistema elétrico, o 
motor a Diesel pode operar em ambientes hostis com muita umidade, como porões 
de navio, por exemplo, sem maiores problemas, desde que o combustível seja 
puro. 
 
3.4.2 - Desvantagens dos motores movidos à Diesel: 
• Ruído e vibrações elevados – o Diesel é queimado pela compressão, não 
necessitando de centelha elétrica, o que faz com que a queima seja ruidosa. O uso 
de componentes robustos e, portanto pesados, determina um maior ruído no seu 
funcionamento. Motores a Diesel modernos possuem ruídos e vibrações menores, 
mas mesmo assim maiores que um similar a gasolina; 
• Componentes e estrutura pesada – a alta taxa de compressão exige componentes 
bem mais robustos em relação a um motor ciclo otto (gasolina, álcool ou gás por 
exemplo), o que o torna pesado e de difícil instalação em transportes onde o peso é 
crucial, como motocicletas; 
Motores de Combustão Interna 
 37 
• Faixa de rotações limitada – como a queima é lenta, não é possível fazer com que 
um motor a Diesel atinja elevadas rotações. Isso exige o uso de uma caixa de 
câmbio de várias marchas em veículos pesados; 
• Sistema de injeção de combustível complexo – atualmente a eletrônica está 
substituindo gradativamente o sistema mecânico composto por bomba injetora nos 
motores a Diesel. O sistema mecânico, apesar de possuir alta confiabilidade, 
possui manutenção complexa que exige equipamentos caros e mão de obra 
altamente especializada. No sistema eletrônico a manutenção fica bastante 
simplificada, mantendo o nível de confiabilidade do sistema antigo; 
• Maior emissão de alguns poluentes – mesmo conseguindo um excelente 
rendimento térmico, a queima do Diesel resulta em emissões elevadas de 
hidrocarbonetos através da chamada Fuligem Diesel (a fumaça preta que sai pela 
descarga). Apesar de todos os esforços visando reduzi-la, não se chegou ainda a 
um nível satisfatório. O uso de catalisadores e de dispositivos de recirculção de 
gases do escapamento não impediu que muitos países impusessem restrições ao 
uso de veículos a Diesel nos centros urbanos. No Japão, por exemplo, o governo 
cobra impostos mais elevados sobre esse tipo de veículo e determinou a 
substituição gradual de todos os veículos oficiais movidos a Diesel por equivalentes 
a gasolina; 
• Partida a frio difícil – o motor a Diesel, por utilizar a compressão do ar para atingir 
uma temperatura e pressão necessários a queima do combustível, pode apresentar 
dificuldades de partida em ambientes muito frios (temperaturas próximas ou abaixo 
de 5 graus). Essa deficiência determina a necessidade de dispositivos especiais de 
partida a frio para motores que