Motores 2 e 4 tempos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA NAVAL
Henrique Mauler Borges
José Gabriel da Silva Rodrigues
Kleber Cristiann Afonso Carvalho
Natasha Noronha Kuser Lehmkuhl
Motores 2 tempos e 4 tempos — Particularidades, vantagens, desvantagens,
comparações e aplicações
Belém
2020
Henrique Mauler Borges
José Gabriel da Silva Rodrigues
Kleber Cristiann Afonso Carvalho
Natasha Noronha Kuser Lehmkuhl
Motores 2 tempos e 4 tempos — Particularidades, vantagens, desvantagens,
comparações e aplicações
Trabalho apresentado ao curso de Engenha-
ria Naval, como parte dos requisitos neces-
sários à conclusão das atividades solicita-
das referentes à disciplina de Instalações
Propulsoras.
Professor(a): Dr. Pedro Igor Dias Lameira
Disciplina: Instalações Propulsoras
Belém
2020
Lista de ilustrações
Figura 1 – Bloco do motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Figura 2 – Bloco do motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Figura 3 – Cabeçote de um motor 4 cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Figura 4 – Cárter e junta de vedação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Figura 5 – Denominação das partes constituintes de um pistão . . . . . . . . . 10
Figura 6 – Biela, pistão e bronzinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figura 7 – Localização dos moentes e munhões do virabrequim . . . . . . . . . 12
Figura 8 – Posição da válvula e seus componentes . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figura 9 – Eixos, tuchos e válvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figura 10 – Sistema de aspiração natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Figura 11 – Sistema de aspiração turbo alimentado . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figura 12 – Esquema de refrigeração do ar no motor . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figura 13 – Circuito do sistema de alimentação de combustível – Diesel (bomba
injetora em linha – 6 cilindros e rotativa – 4 cilindros) . . . . . . . . . 18
Figura 14 – Sistema de óleo lubrificante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 15 – Movimento do fluido refrigerante com motor frio . . . . . . . . . . . . 20
Figura 16 – Movimento do fluido refrigerante com motor quente . . . . . . . . . 21
Figura 17 – Câmara de resfriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figura 18 – Esquema de um trocador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figura 19 – Admissão da mistura de ar e combustível . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 20 – Virabrequim conectado com a biela e os pistões . . . . . . . . . . . 24
Figura 21 – Estrutura de motor de dois tempos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 22 – Motor localizado na popa de uma embarcação . . . . . . . . . . . . 29
Figura 23 – Motor de centro com eixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Figura 24 – Motor do tipo hidrojato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Sumário
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Motores a combustão interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1 Classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.1 Quanto à sua utilização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.2 Quanto aos seus ciclos termodinâmicos . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.3 Quanto à quantidade de ciclos de trabalho . . . . . . . . . . . . . 6
2.2 Componentes fixos e móveis dos motores . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1 Bloco do motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.2 Cabeçote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2.3 Cárter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.4 Pistão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.5 Bielas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.6 Virabrequim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.7 Volante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.8 Válvulas e eixo de comando de válvulas . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Sistemas complementares dos motores . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1 Sistema de alimentação de ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Sistema de alimentação de combustível . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3 Sistema de lubrificação do motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 Sistema de arrefecimento do motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4 Comparativo entre motores de 2 e 4 tempos para o ciclo Otto e
Diesel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5 Vantagens e desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6 Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.1 Indústria Naval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.1.1 Motor localizado na popa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.1.2 Motor de popa interno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.1.3 Motor de centro com eixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.1.4 Motor Hidrojato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.2 Indústria Automobilística . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6.2.1 Motocicletas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5
1 Introdução
O contexto histórico em que estão inseridos os motores de combustão é consi-
deravelmente antigo; diversos pesquisadores tentaram desenvolver um sistema que
pudesse locomover determinada estrutura e muitos acabaram falhando nessa prerroga-
tiva, mas, depois de diversas tentativas, quem recebeu maior destaque nessa tratativa
foi o alemão Nicolaus Otto. Em 1876, Otto apresenta um motor de quatro cilindros
que funcionava com os princípios estabelecidos por Beau de Rochas em 1962. Esse
motor era muito mais compacto e leve, com cerca de 1/3 do peso do anterior e uma
eficiência próxima a 14%. Até 1890, tinham sido construídos 50.000 motores desse
tipo na Europa e nos Estados Unidos. Suas características básicas são as mesmas
encontradas nos motores de hoje.
Outro marco histórico que acarretou um importante avanço no desenvolvimento
e na consolidação dos motores de combustão interna ocorreu em 1892, quando o
engenheiro alemão Rudolf Diesel registrou a patente do motor que leva seu nome até
hoje, com ignição por compressão, onde não existia centelha elétrica para inflamar
a mistura. A característica fundamental desse motor é que o combustível é injetado
dentro de uma câmara de combustão que já contém o ar aquecido e pressurizado. A
combustão da mistura se produz pela compressão (combustão espontânea) devido às
condições combinadas de pressão e temperatura elevadas, e não por uma centelha,
como ocorre no caso dos motores do ciclo Otto.
Atualmente, a indústria mecânica está em constante aprimoramento da quali-
dade e da eficiência dos motores que produz, buscando mudanças importantes nos
projetos e na operação dos motores de combustão, principalmente na necessidade de
controle das emissões e da otimização do consumo de combustível. Nesse sentido,
a pesquisa desenvolvida buscará englobar o máximo de informações possíveis, de
modo que garanta uma boa conceituação e exemplificação a respeito dos motores de
combustão interna e seus auxiliares.
6
2 Motores a combustão interna
Os motores a combustão interna são aqueles em que o processo de queima de
combustível é realizado internamente a um sistema. Essa máquina possui a capacidade
de transformar a energia térmica (calorífica) em energia mecânica, executando um
movimento alternativo do pistão dentro do cilindro que é transformado em movimento
rotativo através da biela e do virabrequim.
2.1 Classificação
2.1.1Quanto à sua utilização
Os motores a combustão interna podem ser classificados de acordo com sua
utilização, a saber: estacionários, industriais, veiculares e marítimos. Além de serem
caracterizados como do ciclo Otto ou Diesel, sendo selecionado de acordo com a
necessidade.
2.1.2 Quanto aos seus ciclos termodinâmicos
Podemos classificá-los, ainda, de acordo com os ciclos termodinâmicos: ciclo
Otto e ciclo Diesel.
Os motores de ciclo Otto são motores de combustão interna com ignição por
centelha, utilizando, como combustíveis, gasolina, gás ou álcool. O convencional motor
a gasolina é um motor de combustão interna no qual uma mistura de ar + combustível
é admitida em um cilindro e comprimida pelo pistão ou embolo. Após isso, é inflamada
por uma centelha elétrica provocada pela vela de ignição.
Os motores de ciclo Diesel são motores de combustão interna com ignição por
compressão, utilizando, como combustíveis, diesel, biodiesel e suas misturas. O motor
Diesel é um motor de combustão interna no qual o ar admitido no cilindro é comprimido
pelo pistão ou embolo, atingindo altas taxas de compressão e temperatura de 500 a
700 graus Celsius. Uma vez injetado ou atomizado o combustível, a mistura inflama-se
espontaneamente, devido ao calor resultante da compressão do ar.
2.1.3 Quanto à quantidade de ciclos de trabalho
Os motores de combustão interna podem ser classificados em motores de 2 e 4
tempos. O motor a combustão interna de pistão que funciona segundo o ciclo Diesel
apresenta, durante o funcionamento, quatro fases: admissão, compressão, expansão
(combustão) e escape.
No sistema de 2 tempos, a cada uma subida ou descida do pistão são realizados
2 tempos de trabalho e, no de 4 tempos, a cada movimento do pistão é realizado
Capítulo 2. Motores a combustão interna 7
apenas uma fase de trabalho. Logo, o virabrequim deverá executar um movimento
rotacional de 720 graus para cada ciclo de trabalho completo.
2.2 Componentes fixos e móveis dos motores
Esses elementos são componentes auxiliares que trabalham em conjunto com o
funcionamento do motor e são responsáveis pelo fornecimento das condições favoráveis
para que o processo de transformação da energia química dos combustíveis nos
motores se realize de forma eficiente e contínua.
Os principais componentes de um motor de combustão interna se dividem
em dois grupos, sendo os componentes fixos compostos pelos seguintes elementos:
bloco do motor, cabeçote e cárter; e componentes móveis, dentre os quais podemos
destacar alguns dos principais como: pistão ou êmbolo, biela, árvore de manivelas
ou virabrequim, válvulas de admissão, válvulas de escape e árvore de comando de
válvulas, entre outros.
2.2.1 Bloco do motor
É a principal estrutura do motor. Nele, são acoplados todos os componentes que
compõem o motor. Necessita ser constituído por materiais com requisitos tecnológicos
suficientes para suportar altas temperaturas e pressões de trabalhos, além de ter
capacidade de dilatar e contrair. Normalmente, são constituídos de ferro fundido ou
alumínio.
Nesses blocos, as paredes nas quais ficam alojados os cilindros merecem
destaque: essas podem ser denominadas de camisas e podem ser fixas ou removíveis,
úmidas ou secas.
Capítulo 2. Motores a combustão interna 8
Figura 1 – Bloco do motor
Daimler Chrysler (2008)
Figura 2 – Bloco do motor
Daimler Chrysler (2008)
2.2.2 Cabeçote
O cabeçote tem como função fechar a entrada superior dos cilindros, formando
uma câmara de combustão. Nele é comum ocorrer altas pressões, por conta do pistão
que comprime a mistura, no caso do ciclo Otto, ou ar, no caso dos motores do ciclo
Diesel. Nele normalmente encontramos orifícios com roscas onde são fixadas as velas
de ignição ou os bicos injetores e alojadas as válvulas de admissão e escape. A união
Capítulo 2. Motores a combustão interna 9
do bloco com o cabeçote necessita de total vedação, por isso utiliza-se uma junta de
amianto revestida de metal.
Figura 3 – Cabeçote de um motor 4 cilindros
Daimler Chrysler (2008)
2.2.3 Cárter
É a parte inferior do motor que cobre os seus componentes inferiores e serve
de depósito para óleo lubrificante, é constituído de ferro ou de alumínio fundido e nele
estão contidas partes importantes do motor como o virabrequim e a bomba de óleo
lubrificante.
Figura 4 – Cárter e junta de vedação
Apostila de treinamento técnico Mercedes (2010)
A união do bloco com o cárter, em razão da necessidade de total vedação,
requer uma junta com material que evite vazamentos em razão do aquecimento e da
dilatação dos metais.
Capítulo 2. Motores a combustão interna 10
2.2.4 Pistão
É o elemento responsável por transmitir e ampliar a energia resultante da
expansão dos gases após a combustão. Ele recebe a força de transmissão dos gases
queimados e transmite à biela através do pino do pistão. Os pistões são constituídos de
ligas de alumínio e aço e geralmente apresentam três canaletas para alojamento dos
anéis de segmentos que apresentam três funções básicas, como garantir a vedação
da compressão e combustão, o controle de óleo lubrificante e a transferência de calor
para o sistema de arrefecimento.
Figura 5 – Denominação das partes constituintes de um pistão
MWM International (2009)
2.2.5 Bielas
Trata-se do braço de ligação entre os pistões e o eixo de manivelas; recebem o
impulso dos pistões, transmitindo-o ao eixo de manivelas ou virabrequim. É importante
salientar que o conjunto biela-virabrequim transforma o movimento retilíneo dos pistões
em movimento rotativo do virabrequim.
A biela é dividida em três partes, sendo essas: pé, corpo e cabeça da biela. O
pé da biela está conectado no pino do pistão por intermédio de uma bucha de bronze;
o corpo da biela é tubular ou em formato de duplo T, sendo inteiramente usinados de
Capítulo 2. Motores a combustão interna 11
maneira a garantir o equilíbrio do motor e menores vibrações; a cabeça está ligada no
virabrequim através de um material antifricção, conhecido como casquilho ou bronzina,
que são buchas bipartidas cuja função é diminuir o atrito entre o eixo e seu apoio,
suportando cargas elevadas.
Figura 6 – Biela, pistão e bronzinas
Apostila de treinamento técnico Mercedes (2010)
2.2.6 Virabrequim
É um elemento do sistema de força conhecido também como árvore de manive-
las. É considerado o eixo principal do motor, o qual quase sempre é instalado na parte
inferior do bloco, recebendo as bielas que lhe imprimem movimento.
As cargas impostas sobre um virabrequim resultam em tensões devido à flexão,
torção e cisalhamento em todo seu comprimento. A geometria complexa envolvida tor-
naria impossíveis cálculos precisos de tensão, ainda que as cargas fossem conhecidas
com precisão.
O virabrequim é dividido em munhões e moentes, assim, na linha de eixo, está
presente o conjunto de munhões, pontos fixos de assentamento dos mancais de fixação
no bloco, nos quais gira o virabrequim apoiado no bloco do motor. Já os moentes são as
partes do virabrequim onde se apoiam as bielas. É comum ainda encontrar, no interior
Capítulo 2. Motores a combustão interna 12
do virabrequim, dutos especiais por onde circula o óleo necessário à lubrificação dos
munhões e dos moentes, apresentados na figura abaixo.
Figura 7 – Localização dos moentes e munhões do virabrequim
Apostila de treinamento técnico Mercedes (2010)
2.2.7 Volante
O volante está destinado a regularizar e equilibrar a rotação do virabrequim no
momento da explosão. Ele absorve a energia desenvolvida restituindo-a nos tempos
não motores, ou seja, absorve energia durante o tempo útil de cada pistão (expansão
devido à explosão do combustível), liberando-a nos outros tempos do ciclo (quando
cada pistão não está no tempo de potência). Os motores de um cilindro exigem um
volante grande, enquanto os de vários cilindros são equipados com volantes tanto mais
leves, quanto mais elevado for o número de cilindros.
2.2.8 Válvulas e eixo de comando de válvulas
As válvulas são responsáveis pela abertura e pelo fechamento dos orifícios quepercorrem os gases de escape e admissão. Existem dois tipos de válvulas: válvulas
de admissão e válvulas de escape. As primeiras abrem-se para permitir a entrada da
mistura combustível/ar (ou ar puro, conforme o caso) no interior dos cilindros. As outras,
de escape, abrem-se para dar saída aos gases queimados na combustão.
O conjunto responsável pelo acionamento das válvulas compreende o tucho e
uma haste que o interliga ao balancim, apoiando-se diretamente sobre a válvula como
mostrado na figura abaixo. No momento em que o eixo comando de válvulas gira o
ressalto deste ou cames aciona o tucho que, por sua vez, move a haste, fazendo com
que o balancim transmita o movimento à válvula, abrindo-a.
Nos motores de 4 tempos, a relação de rotação da árvore de manivelas para a
árvore do comando de válvulas ou eixo de cames é de 2:1, isto é, a cada duas voltas
Capítulo 2. Motores a combustão interna 13
da árvore de manivelas, o eixo de cames realiza somente uma. Isso ocorre porque o
motor necessita de duas voltas no virabrequim para completar a realização de um ciclo.
Figura 8 – Posição da válvula e seus componentes
Apostila de treinamento técnico Mercedes (2010)
O eixo de cames, ou comando de válvulas, é um eixo que possui como caracte-
rísticas ressaltos destinados a agir sobre os elementos impulsionadores das válvulas,
balancins, haste e tuchos em tempos precisos. A forma e a posição dos cames deter-
minam, diretamente, as características de potência e de regime do motor. A função
desse eixo é abrir as válvulas de admissão e escape, respectivamente, nos tempos de
admissão e escapamento.
É acionado pelo eixo de manivelas, através de engrenagens, corrente ou por
correia dentada. É dotado de ressaltos que elevam o conjunto: tucho, haste e balancim,
abrindo as válvulas no momento oportuno, tal como aparece na Figura abaixo.
Capítulo 2. Motores a combustão interna 14
Figura 9 – Eixos, tuchos e válvulas.
Mahle (2007)
15
3 Sistemas complementares dos motores
Os sistemas complementares dos motores proporcionam as condições necessá-
rias para que o processo de transformação da energia interna dos combustíveis em
trabalho mecânico se realize de forma eficiente e contínua. Os sistemas complementa-
res dos motores de combustão interna são: Sistema de alimentação de ar, Sistema de
alimentação de combustível, Sistema de arrefecimento, Sistema de lubrificação.
3.1 Sistema de alimentação de ar
O sistema de alimentação de ar (oxigênio) é projetado de forma que garanta
um processo eficaz de admissão de ar limpo para dentro do cilindro de forma que o
trabalho mecânico seja executado eficientemente. O circuito envolve a admissão do ar,
filtragem, participação na combustão e exaustão ou escapamento dos gases para o
meio exterior. O ar aspirado pelo motor deve obrigatoriamente passar por filtros de boa
qualidade que garantam a total retenção das impurezas que acompanham esse ar.
Os sistemas mais utilizados pelos motores são: aspiração natural, sistema turbo
alimentado e o turbo alimentado com pós-arrefecimento.
Em um sistema de aspiração natural ou convencional, o ar admitido pela di-
ferença de pressão passa pelos filtros e, através do coletor de admissão, alcança a
câmara de combustão, onde, após a combustão, é empurrado ou forçado pelo pistão a
sair pelo coletor de escapamento e, posteriormente, sair para o meio ambiente.
Figura 10 – Sistema de aspiração natural
MWM International (2009)
No sistema de aspiração turbinado ou turbo alimentado, o ar é forçado pelo
Capítulo 3. Sistemas complementares dos motores 16
turbo compressor a passar pelo processo de filtragem através da turbina de ar, sendo
remetida com pressão a câmara de combustão. Logo após a combustão, os gases são
expelidos e acionam a turbina, que, interligada por um eixo, aciona o compressor que
continua enviando ar para o coletor de admissão.
Figura 11 – Sistema de aspiração turbo alimentado
MWM International (2009)
O sistema com pós-arrefecimento dos gases de compressão se utiliza de um
aftercooler que arrefece o ar antes de entrar no cilindro, visando diminuir sua densidade
e melhorando o sistema de abastecimento dos cilindros.
Capítulo 3. Sistemas complementares dos motores 17
Figura 12 – Esquema de refrigeração do ar no motor
Apostila de treinamento técnico Mercedes (2010)
3.2 Sistema de alimentação de combustível
O sistema de combustível é fundamental na constituição de um motor, pois é
o responsável por injetar combustível no momento exato dentro dos cilindros e na
quantidade correta, com pressão necessária e isento de impureza. Nos motores do
ciclo Otto, é introduzida a mistura de ar + combustível na câmara de combustão.
Enfatizando um sistema de alimentação de combustível Diesel mostrado abaixo,
é possível observar a existência dos seguintes componentes: reservatório de combustí-
vel, tubulação de baixa e alta pressão, tubulação de retorno, bomba alimentadora de
combustível, filtros, bomba injetora, bicos injetores, dispositivo de avanço, regulador de
rotações, etc.
Capítulo 3. Sistemas complementares dos motores 18
Figura 13 – Circuito do sistema de alimentação de combustível – Diesel (bomba injetora em
linha – 6 cilindros e rotativa – 4 cilindros)
Apostila de treinamento técnico Mercedes (2010)
3.3 Sistema de lubrificação do motor
O calor e o desgaste gerados pelo atrito das peças provocam temperaturas
elevadas que podem fundir peças umas às outras, e é nesse contexto em que são
inseridos os óleos lubrificantes cuja função principal é lubrificar componentes, mantendo
uma película de óleo lubrificante entre essas peças a fim de dissipar calor, vedar, limpar,
reduzir o ruído do motor, além de remover as partículas geradas pelo desgaste nos
locais de atrito, mantendo-as em suspensão.
O sistema de lubrificação é composto por uma bomba que suga o óleo do
reservatório, pelo cárter (através do elemento pescador que o bombeia para a galeria
principal do motor). Em motores turbos alimentados, o óleo passa pelo trocador de
calor, onde é resfriado e direcionado aos filtros. Após a passagem pelos elementos
filtrantes, é encaminhado às demais partes do motor: mancais, cabeçote, balancins,
entre outros.
Capítulo 3. Sistemas complementares dos motores 19
Figura 14 – Sistema de óleo lubrificante
MWM International (2009)
A bomba de óleo do motor faz circular com pressão o óleo lubrificante, levando-o
para todos os pontos que requerem lubrificação, através de galerias existentes no bloco
e cabeçote do motor. Os cilindros são lubrificados pelo óleo que extravasa dos colos
das bielas e mancais. As hastes das válvulas, as articulações esféricas das varetas de
acionamento dos balancins, os tuchos, as engrenagens da distribuição também são
lubrificados pelo óleo vazado dos mancais, os quais são lubrificados sob pressão.
3.4 Sistema de arrefecimento do motor
O sistema de arrefecimento tem por objetivo impedir que os elementos mecâni-
cos do motor atinjam uma temperatura muito elevada, controlando a temperatura de
Capítulo 3. Sistemas complementares dos motores 20
modo que o motor trabalhe numa faixa ideal de operação.
Um bom sistema de arrefecimento é fundamental, pois um motor, em geral,
aproveita aproximadamente 30% da energia do combustível para seu movimento. Os
demais 70% são eliminados pelo calor. Esses valores podem variar em função do motor
apresentar uma versão equipada ou não com turbo alimentador e ar pós-arrefecido.
O sistema de arrefecimento é o responsável pela troca de calor do motor com
o meio ambiente, regulando sua temperatura de trabalho. Em um circuito fechado de
arrefecimento, o calor é transmitido ao fluido de arrefecimento que circula no bloco e
no cabeçote do motor e, posteriormente, dissipado para o ambiente ao passar pelo
radiador, sendo que a regulagem da passagem de fluido para o radiador é realizada
pela válvula termostática seguindo os esquemas abaixo.
Figura 15 – Movimento do fluido refrigerante com motor frio
MWM International (2009)
Em caso do motor estar funcionando com temperaturaelevada, a válvula ter-
mostática libera o fluxo de água para o radiador, onde é realizada a troca de calor com
o meio externo para que posteriormente esse fluido de arrefecimento retorne para o
sistema.
Capítulo 3. Sistemas complementares dos motores 21
Figura 16 – Movimento do fluido refrigerante com motor quente
MWM International (2009)
Em caso de motor marítimo de médio e grande porte, será feito através de uma
porção de água doce que circula dentro de câmaras de resfriamento existentes no
cabeçote e no bloco desses motores.
Figura 17 – Câmara de resfriamento
gearheadbanger.com
Capítulo 3. Sistemas complementares dos motores 22
A água doce, com auxilio de uma bomba centrífuga, percorre essas câmaras e
absorve a energia calorífica, e, ao sair do motor, passa por um trocador de calor, que
é um aparelho que utiliza água do mar para resfriar a água doce, como mostrado na
figura abaixo.
Figura 18 – Esquema de um trocador de calor
academiadeciencia.org.br
Apesar de ser um sistema fechado, há perdas de água doce e essa água precisa
ser reposta. Essa reposição é feita por um tanque de expansão, o qual contém uma
quantidade de água doce que completa o sistema na medida em que há perda nas
tubulações.
23
4 Comparativo entre motores de 2 e 4 tempos para o ciclo Otto e Diesel.
Primeiramente, deve-se entender o conceito de tempo e fase. Tempo representa
o movimento do pistão do ponto mais alto para o ponto mais baixo. Em outras palavras,
uma movimentação de 180 graus da Biela. Já a fase representa a etapas dos processos
de trabalho do motor.
Os motores trabalham divididos em quatro fases: Admissão, Compressão, Com-
bustão e Escape, sendo duas isotérmicas e duas adiabáticas. A maior diferença entre
os motores de 2 tempos e o de 4 tempos está basicamente no tempo de execução
dessas etapas. Sendo que o motor de dois tempos executa as quatro fases em dois
tempos em um único giro de virabrequim.
No primeiro tempo, para o motor de quatro tempos, a válvula de saída dos gases
está fechada, enquanto que a válvula que libera a entrada do ar e combustível está
aberta, recebendo a mistura de ar e combustível (no caso, para o ciclo Otto) ou apenas
ar, no ciclo diesel. A mistura é, nesta etapa, puxada pelo sistema. No final desta etapa,
o virabrequim já realizou uma rotação de 180 graus.
Figura 19 – Admissão da mistura de ar e combustível
No segundo tempo, a mistura de ar e combustível recebe uma compressão se
aproveitando da inércia (energia cinética) do eixo para manter a rotação do motor e
com a biela converter esse movimento para o pistão que irá comprimir o fluido de forma
adiabática (sem troca de calor). Nesta etapa, o virabrequim já realizou uma rotação de
Capítulo 4. Comparativo entre motores de 2 e 4 tempos para o ciclo Otto e Diesel. 24
360 graus completando uma volta.
O terceiro tempo, também condizente com a fase, é constituído pela queima
da mistura de ar e combustível, para o ciclo Otto. São determinados por uma faísca
acionada pela vela, fornecida indiretamente pelo sistema elétrico, que é acionado
mecanicamente ou eletronicamente no tempo certo. Durante essa faísca, ocorre uma
explosão que é responsável por utilizar a energia química em energia cinética. O gás
sofre uma expansão devido ao aumento da temperatura, e também há um aumento
de pressão na mistura confinada dos gases no cilindro. Essas forças são usadas para
exercer um torque no eixo principal do motor. Neste tempo, a expansão ocorre devido
aos gases resultantes da centelha provocada pela vela, responsável pela inflamação
da mistura fortemente comprimida, no caso do ciclo Otto, e, no diesel, há a mesma
expansão provocada pelos mesmos gases, porém resultantes de uma combustão
espontânea. No final deste tempo, o virabrequim já realizou uma torração de 540 graus.
Figura 20 – Virabrequim conectado com a biela e os pistões
Retifica vila Maria.
O quarto e último tempo consiste na expulsão dos gases queimados dentro do
cilindro. Neste caso, a válvula de escape que até estão estava fechada se abre e, com
a inércia da rotação, o pistão é empurrado e expulsa a mistura já com combustível. A
válvula de entrada permanece fechada. Tudo referente ao Ciclo Otto. Existem algumas
diferenças com relação ao ciclo diesel, diferença esta que se encontra na ignição,
Capítulo 4. Comparativo entre motores de 2 e 4 tempos para o ciclo Otto e Diesel. 25
pois a combustão ocorre por questões naturais (alta pressão de ar dentro do cilindro,
provocando a combustão instantânea) assim que o combustível é injetado no cilindro.
A temperatura dentro do pistão varia nas fases desde a temperatura ambiente até a
faixa de 1000, 1200 e até 2900 graus Celsius. Nesta última etapa, o pistão se move do
PMI para o PMS completando um movimento de 720 graus do virabrequim.
Figura 21 – Estrutura de motor de dois tempos
maniamoto
Nesses motores de dois tempos, podemos encontrar na primeira fase a admissão
e a compressão. Os modelos de dois tempos eliminam o uso de válvulas, dispensando
cartuchos, hastes e outros mecanismos. Além disso, o motor de dois tempos necessita
de uma maior lubrificação, visto que a mistura de ar, combustível e óleo é queimada
para seu funcionamento, caracterizando o mesmo como mais poluente.
No ciclo Otto, no primeiro tempo, que é admissão e compressão, o êmbolo
dirigir-se ao ponto morto superior (PMS), comprimindo a mistura de ar com combustível.
Nesta etapa, apenas a janela de admissão é aberta e a de escape é fechada. Antes de
atingir o PMS, a explosão ocorre e então se inicia o segundo ciclo, que é de combustão
e escape. Nesta segunda etapa, pela explosão, o pistão é forçado para ir para o ponto
morto inferior (PMI). Neste instante, quando o pistão está indo para o PMI, o êmbolo
Capítulo 4. Comparativo entre motores de 2 e 4 tempos para o ciclo Otto e Diesel. 26
abre a janela de descarga, permitindo a saída do fluido já utilizado, e, ao mesmo tempo,
abre a janela de carga permitindo a entrada de uma nova mistura de ar, combustível e
óleo, preparando o novo ciclo. Os motores movidos a diesel possuem um funcionamento
semelhante. Em outras palavras, no primeiro tempo, o fluido entra e empurra o pistão
para baixo, e uma nova mistura entra pelo cárter pela válvula ou janela de admissão
que é empurrada por este êmbolo. Com o pistão empurrando o fluido, este vai para
uma região de transferência. Quando o pistão desce, a janela de transferência é aberta,
passando a mistura para a parte superior do cilindro que expulsará os gases. Logo em
seguida, o êmbolo é neutralizado, fechando a janela de escape, comprimindo a mistura,
para que a faísca ocorra e o ciclo se reinicie.
Pelo fato do motor ter uma combustão a cada ciclo realizado, isso pode gerar
uma potência maior e certa facilidade em atingir giros mais altos, pois, toda vez que
o pistão sobe, ele é novamente empurrado para baixo. Logo, sempre haverá uma
vantagem no quesito de potência para com o de 2 tempos. Todavia, ajustar o tempo
entre admissão e escape do sistema é mais complexo, pois o próprio movimento do
pistão é responsável pelo controle da entrada e saída do ar-combustível, ou seja, o
controle dessa vazão dentro do cilindro não tem a eficiência do comando de válvula,
resultando em perda de torque. Parte dessa perda de eficiência de torque ocorre
porque, no momento em que o pistão está descendo após a combustão, parte da
mistura na subida para a câmara de combustão sai pelo escapamento, e o responsável
por fazer a mistura retornar (parte dela) são os gases de escapamento. Escapamentos
são projetados com essa finalidade: fazer uma pressão contrária; então, parte da
mistura retorna para a câmara de combustão.
Um ponto importante a tratar é que o motor de 4 tempos apenas recebe energia
em uma das quatro fases. As outras apenas absorvem energia. Como se pode observar,
a diferença entre os modelos de 2 tempos e 4 tempos do ciclo Otto e Diesel consta
basicamente de dois aspectos: o motor apenas aspira ar, e o sistema de injeção
controla, injeta combustível nos cilindros, queentra em combustão devido a temperatura
e pressão do ar presente na etapa de compressão. Outra diferença é que a compressão
no ciclo diesel é maior que a do ciclo Otto. O ar no ciclo diesel está entre 500 e 700
graus Celsius e à alta pressão na etapa de compressão (responsável pela autoignição
citada varias vezes neste trabalho). Antes, acreditava-se que o motor de 2 tempos
era mais eficiente. Porém, requer uma maior quantidade de manutenção (desgaste
do pistão), além de ter uma eficiência energética menor, pois, no processo de escape
realizado, saem os gases da combustão e insere-se o gás da admissão, tornando a
mistura impura. Logo, a extração da potência é menor.
27
5 Vantagens e desvantagens
O motor de 2 tempos não possui válvulas de admissão, escapamento ou co-
mando de válvulas, o que o deixa muito mais leve e simplifica sua construção. Tem
custo de produção menor. A explosão do motor de 2 tempos ocorre a cada giro do
virabrequim e, com isso, ele ganha potência. Como se não bastasse, o motor de 2
tempos pode funcionar em qualquer posição. Apesar de apresentar construção mais
simples, sua preparação é mais complexa do que a dos motores de 4 tempos.
O motor 2T DI reúne a simplicidade de concepção de um 2T à economia de
um 4T. Ele é muito mais simples que um 4T e também possui menos peças, logo, sua
manutenção e reposição vão custar menos. Entre todos os motores com Injeção de
Combustível, os 2T são os que menos dão defeito.
Os motores 2T carburados são os mais baratos, simples e de manutenção mais
fácil do mercado náutico. Também são mais leves e provavelmente os mais adequados
para o uso em um inflável. Porém, levando sempre em consideração o meio ambiente,
é necessário enfatizar que esses motores consomem muita gasolina e, quanto mais
consomem, mais poluem.
Apesar disso, o motor de 2 tempos dura menos que um motor de 4 tempos, o
óleo para este motor é mais caro e ele é mais poluente. Sua eficiência diminui quando
variam as condições de rotação, altitude e temperatura.
Os motores de 4 tempos são movidos à gasolina e diesel e são classificados
como motores de combustão interna. A combustão ocorre nos intervalos dos giros, o
que promove um ganho relevante de potência. Quando se considera apenas combustí-
vel, os motores 4T são mais econômicos que os 2T. Mas um 2T DI quase iguala essa
disparidade. Além disso, o motor 4T é mais fácil de revender posteriormente, mais fácil
de pilotar, possui maior tecnologia e agride menos o meio ambiente.
Entre as desvantagens do motor de 4 tempos, consta que podem ocorrer proble-
mas com o fluxo de óleo. São mais caros, mais pesados, mais complexos, com mais
peças e notoriamente com manutenção mais cara em todos os casos. Tem menos
torque e parecem mais fracos com algumas exceções.
28
6 Aplicações
Após se observar o princípio de funcionamento, os componentes de cada tipo
de motor de combustão interna, e levando em consideração o número de ciclos que
este irá realizar durante a sua operação, é possível determinar onde, de acordo com
cada uma de suas peculiaridades e propriedades, é viável aplicar cada um desses
ciclos e motores em máquinas e sistemas, ou seja, onde estes motores irão atuar, de
acordo com a energia e potência que deverá ser gerada em cada circunstância, de
forma que gere o torque necessário para o funcionamento do sistema.
A seguir, serão apresentados alguns exemplos em que os motores de 2 e 4
passes são utilizados nos diversos tipos de equipamentos e veículos que tem como
funcionamento a combustão interna, através do ciclo Otto e do ciclo diesel.
6.1 Indústria Naval
Na indústria naval, estes motores se apresentam de diversas formas, principal-
mente em relação a propulsão da embarcação, onde o ciclo dependerá dos tipos de
embarcação, do porte da embarcação, da velocidade com a qual irá operar, e também
da localização dos seus propulsores. Estas variáveis são essenciais para a escolha do
sistema ideal para cada embarcação.
Para apresentar os ciclos que serão utilizados, usar-se-á como referência a
localização do propulsor na embarcação, assim como todo o sistema que fornecerá
assistência para o funcionamento deste propulsor, para, desse modo, apresentar-se as
opções de ciclos do motor para cada uma dessas situações.
6.1.1 Motor localizado na popa
Esse motor é localizado totalmente externo a popa da embarcação, onde pode
alcançar potência entre 3 a 350 hp e consome como combustível a gasolina, ou seja,
trabalha no regime Otto. Destaca-se a relação peso/potência que esse motor possui,
que faz com que seja utilizado em lanchas de comprimento até 24 pés.
Neste motor, pode-se empregar os ciclos de 2 tempos, utilizando-se o sistema
de carburação ou de injeção, para que ocorra a combustão da mistura comprimida.
Também se pode utilizar o pistão que opera no regime de 4 tempos, onde a centelha
é ativada somente através da injeção eletrônica. Cabe destacar que as principais
fabricantes desse tipo de motor são Yamaha, Envirude e Mercury.
Capítulo 6. Aplicações 29
Figura 22 – Motor localizado na popa de uma embarcação
Style Boats Náutica (2017)
6.1.2 Motor de popa interno
A estrutura deste motor é localizada dentro da embarcação, onde ele ficará aco-
plado ao hélice (que se encontra ao lado de fora da popa do navio), de modo que este
arranjo propulsivo aumente a potência da embarcação, permitindo alcançar potências
que variam entre 135 a 430hp. Nesse caso, é utilizado o ciclo de 4 tempos com a
injeção eletrônica.
Este motor pode ser encontrado tanto no ciclo Otto, como também no ciclo diesel.
No ciclo diesel, alcança os seus melhores desempenhos de potência. Este modelo de
propulsivo é indicado para embarcações que possuem comprimentos entre 24 e 40 pés,
sem impedir a utilização apropriada do espaço útil da embarcação pela sua localização
interna. As principais fabricantes desse tipo de motor são a Mercury e Volvo Penta.
6.1.3 Motor de centro com eixo
Este tipo de motor, por apresentar uma alta eficiência propulsiva, é vastamente
utilizado por embarcações que possuam mais de 40 pés de comprimento. Neste
tipo de arranjo, o motor é localizado dentro da embarcação, mais precisamente no
centro ou próximo a ele, onde é ligado ao propulsor por meio de um eixo conectado
diretamente ao hélice, posicionado na parte externa da embarcação, ao fundo.
Neste motor, é utilizado o ciclo de 4 tempos, que possui a injeção eletrônica,
sendo o dito motor abastecido com diesel, o que explica a sua alta potência em relação
Capítulo 6. Aplicações 30
a outros motores (alcançando até os 20.000hp). As principais fabricantes desse tipo de
motor, são a Volvo, MAN e CAT.
Figura 23 – Motor de centro com eixo
Style Boats Náutica (2017)
6.1.4 Motor Hidrojato
É o motor utilizado em embarcações que não irão operar em águas profundas,
ou em embarcações de esportes aquáticos, como a moto aquática e embarcações
menores de 30 pés, que utilizam a pressurização da água. Esse tipo de motor dispensa
o uso do hélice. Neste modelo, utiliza-se os ciclos tanto de 2 tempos (através da injeção
direta) e o ciclo de 4 tempos (pela injeção eletrônica), e a potência obtida está entre
200 a 300hp.
Capítulo 6. Aplicações 31
Figura 24 – Motor do tipo hidrojato
Style Boats Náutica (2017)
6.2 Indústria Automobilística
Na indústria dos automóveis, atualmente predomina o uso de motores que
possuem o ciclo de 4 tempos, pois, com eles, é possível regular as velocidades dos
automóveis de forma mais precisa, adequando assim o giro dos pistões de acordo com
a velocidade requerida em cada situação.
Como já fora mencionado em relação as propriedades dos motores de 4 ciclos,
eles apresentam um desempenho preferível quando consideramos a produção de
poluentes, devido a quantidade emitida durante o seu funcionamento. Seu desempenho
também é apreciável no que se refere ao alinhamento do movimento e o seu balancea-
mento. O motor de 4 tempos também é aplicado em carros convencionais, em razão
da sua pequena taxa de poluição sonora quando comparado ao de 2 tempos.
Na indústriaautomobilística, os motores de 2 tempos são utilizados em veículos
que irão necessitar de um torque e uma potência maior para a realização de suas
atividades, como é o caso dos veículos que movimentam muita carga, como caminhões,
retroescavadeiras, ônibus, dentre outros que utilizarão uma grande potência ou um
grande torque para operar.
Para essa categoria de veículos, faz-se necessário o uso de motores de 2
tempos, principalmente em razão deste tipo de motor oferecer uma potência muito
maior em relação ao de 4 tempos, o que auxilia no seu desempenho. Também cabe
Capítulo 6. Aplicações 32
ressaltar que devido à realização de uma explosão por ciclo do motor de 2 tempos, é
comum que esses veículos ofereçam uma maior poluição sonora, e também um maior
aquecimento do motor.
6.2.1 Motocicletas
Na indústria das motocicletas, há uma grande discussão em relação aos tipos
de ciclos utilizados atualmente. A maioria das motos convencionais utilizadas de modo
cotidiano é composta por motores de 4 ciclos, os quais possuem um toque favorável em
relação a velocidades menores. Contudo, possuem mais peças em sua composição,
o que aumenta o peso do motor, e tende a baixar o centro de gravidade da moto,
garantindo maior estabilidade em manobras e curvas. Cabe destacar que os motores
de 4 tempos emitem menor carga de gases nocivos no ambiente em relação ao de
2 tempos e, por este motivo, as motos de 4 tempos são mais largamente utilizadas
pelos motociclistas cotidianos e em algumas competições, tais como corridas.
Os motores de 2 ciclos dominavam o cenário nas décadas passadas,
em razão da maior simplicidade de sua construção e por possuírem maior número de
rotações, alcançando maior torque no veículo e, por conseguinte, maiores velocidades
e maiores forças, fazendo que a moto alcance maior velocidade em um curto intervalo
de tempo. Por possuir menor número de peças em sua composição, apresenta também
menor peso. Porém, este tipo de motor veio sofrendo inúmeras críticas por sua alta
emissão de gases nocivos para o ambiente e seu alto índice de poluição sonora,
fazendo com que as motos que utilizam o motor com dois tempos tivessem queda na
sua produção em massa. Atualmente, poucas montadoras e fábricas produzem este
tipo de motocicleta (com motor 2 tempos). As motocicletas que possuem motores de 2
tempos são utilizados em disputas de motocross e trilhas, principalmente devido a sua
força para atuar nessas competições.
33
Conclusão
Este trabalho propôs analisar diversos aspectos relacionados aos motores de
combustão interna, enfatizando primeiramente os principais componentes, fixos e
móveis, existentes nos sistemas. Posteriormente, no presente documento, foram expli-
citados os processos de funcionamento dos motores, considerando tanto os motores
de ciclo termodinâmico do tipo Otto quanto do tipo Diesel, estes podendo ser de 2 ou 4
tempos mecânicos. Por fim, foram verificadas as vantagens e desvantagens de cada
um, assim como suas respectivas aplicações.
Finalmente, tendo em vista o importante tópico da importância da sustentabili-
dade, ressalta-se que atualmente os motores exemplificados no trabalho queimam óleo
Diesel ou gasolina, os quais atualmente representam grande geração de poluentes em
suas queimas incompletas. Portanto, com o avanço das pesquisas, existe uma possi-
bilidade considerável de mudança na matriz energética, substituindo os combustíveis
fósseis por biocombustíveis, como o biodiesel, diminuindo o índice de poluição global.
34
Referências
BENZ, M. Apostila de treinamento técnico: matemática e metrologia. [S.l.],
2010.
CHIPTRONIC. Veja o que é motor de popa e quais as diferenças de tempo
desse motor. Disponível em: https://chiptronic.com.br/blog/veja-o-que-e-motor-de-pop
a. Acesso em: 08.08.2020.
FIC, R. Diferenças entre motores 2 e 4 tempos. Disponível em: https://www.r
oyalfic.com. br/diferencas-entre-motores-2-e-4-tempos/.
FIGUEREDO, M. S. Motores dois tempos e quatro tempos: grandes dife-
renças. Disponível em: https://www.motonline.com.br/noticia/ motores-dois-tempos-e-
quatro-tempos-grandes-diferencas. Acesso em: 08.08.2020.
MOTORES, M. I. Apostila Motores Diesel. [S.l.], 2009.
NÁUTICA, H. 2 tempos x 4 tempos - Qual é o melhor motor? Disponível em:
https://www.hrnautica.com.br/2-tempos-x-4-tempos-qual-e-o-melhor-motor/.
NÁUTICA, M. Vantagens e desvantagens do motor de 2 tempos. Disponível
em: https://www.motooeste.com.br/blog/news/motor-de-2-tempos.html.
TEIXEIRA, C. Motos 2 ou 4 tempos, qual a diferença? Disponível em: https://w
ww.moto.com.br/colunistas/clclaudioteixeira/conteudo/motos-2-ou-4-tempos-qual-a-dif
erenca-63592. html. Acesso em: 08.08.2020.
TILLMANN. Apostila de motores de combustão interna e seus sistemas.
[S.l.], 2013.
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