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Antigo 13-05-2009, 13:22   #1
lude
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Padrão Como funciona o motor? Inclui animações 3D e motores vistos em corte

INTRODUÇÃO

Alguma vez abristes o capot do carro e tentaste imaginar o que acontece lá dentro?

Vejamos por exemplo a constituição do V10 da BMW (507 cv @ 7750rpm ; 520Nm @ 6100rpm)







Pode ser só curiosidade, ou talvez queiras comprar um carro e tenhas ouvido algo como "3.0 V6", "dupla árvore de cames" ou "injeção multiponto". Mas, que tecnologias e componentes são esses?

Se fizeste essa pergunta não pares de ler este artigo. Vamos ver inicialmente o conceito básico de um motor e depois aprofundar este assunto.

A função do motor de um carro a gasolina é transformar em movimento o combustível.
O modo mais fácil de criar movimento a partir da gasolina é queimá-la dentro do motor.
Portanto, o motor de carro é um motor de combustão interna - combustão que ocorre internamente.

Duas observações:
* há vários tipos de motores de combustão interna, também chamados de motores de explosão.
* também existem motores de combustão externa. O motor a vapor de comboios antigos e navios a vapor é o melhor exemplo de motor de combustão externa. O combustível (carvão, madeira, óleo ou outro) é queimado fora do motor para produzir vapor, e este gera movimento dentro do motor. A combustão interna é muito mais eficiente (gasta menos combustível por quilómetro) do que a combustão externa, e o motor de combustão interna é bem menor que um motor equivalente de combustão externa. Isso explica por que não existem carros com motores a vapor.

Quase todos os carros actuais usam motor de combustão interna a pistão porque esse motor é:
* relativamente eficiente (comparado com um motor de combustão externa)
* relativamente barato (comparado com uma turbina a gás)
* relativamente fácil de abastecer (comparado com um carro eléctrico)

Essas vantagens superam qualquer outra tecnologia actual.

Para compreender o funcionamento básico de um motor de combustão interna a pistão é útil ter uma imagem de como funciona a "combustão interna". Um bom exemplo é um antigo canhão de guerra. Provavelmente já viste em algum filme histórico de guerra soldados a carregarem um canhão com pólvora, a colocarem uma bala e depois a acenderem o rastilho. Isso é combustão interna - mas o que isso tem a ver com motores?

Um exemplo mais prático e melhor: digamos que pegas num pedaço comprido de tubo de esgoto, de PVC, +/- com 7,5 cm de diâmetro e uns 90 cm de comprimento e fecha uma das extremidades. Então, deitas um pouco de WD-40 dentro do tubo, ou uma gotinha de gasolina e em seguida empurras uma batata para dentro do cano. Assim:



Eu não estou a recomendar fazer isto! Mas digamos que...... fizeste..... Esse dispositivo é conhecido como canhão de batata. Com uma centelha é possível inflamar o combustível.

O interessante aqui, e a razão para falar de um dispositivo como este, é que um canhão de batata pode arremessar uma batata a cerca de 150 metros de distância! Um pingo de gasolina armazena um bocado de energia.

Combustão interna
O canhão de batata usa o princípio básico de qualquer motor de combustão interna convencional (motor a pistão). Pôr uma pequena quantidade de combustível de alta energia (como a gasolina) num reduzido espaço fechado e gerar uma chama libertando uma quantidade inacreditável de energia, na forma de gás em expansão. Essa energia pode ser usada para fazer uma batata voar 150 metros. Nesse caso, a energia é transformada em movimento da batata. Isso também pode ser usado para fins mais interessantes. Por exemplo, ao se criar um ciclo que permita provocar centenas de explosões por minuto e torne possível empregar essa energia de forma útil estará feita a base de um motor de carro!



Quase todos os carros actuais usam o que é chamado de ciclo de combustão de 4 tempos para converter a gasolina em movimento. Ele também é conhecido como ciclo Otto, em homenagem a Nikolaus Otto, que o inventou em 1867. Os 4 tempos estão ilustrados na Figura 1. Eles são
* Admissão
* Compressão
* Combustão
* Escapamento

Animação de funcionamento de um motor:MOTOR
Legenda da animação anterior:

Triangulo branco é a altura em que se dá a ignição (faísca da vela)
Ponto preto é o ponto morto do motor

Como são os tempos

Na figura podemos ver que a peça chamada pistão substitui a batata no canhão de batata. O pistão está ligado a um veio (cambota) por uma biela. Conforme gira, a cambota "arma o canhão." Eis o que acontece à medida que o motor passa por esse ciclo:

1. A válvula de admissão abre-se enquanto o pistão se move para baixo, levando o cilindro a aspirar e a encher-se de ar e combustível. Essa fase é a admissão. Somente uma pequena gota de gasolina precisa ser misturada ao ar para que funcione. (Parte 1 da figura)
2. O pistão volta para comprimir a mistura ar-combustível. É a compressão, que torna a explosão mais potente. (Parte 2 da figura)
3. Quando o pistão atinge o topo do seu curso, a vela de ignição solta uma faisca para inflamar a gasolina. A gasolina no cilindro entra em combustão, aumentando rapidamente de volume e empurrando o pistão para baixo. (Parte 3 da figura)
4. Assim que o pistão atinge a parte de baixo do seu curso, a válvula de escape abre e os gases queimados deixam o cilindro através do tubo existente para esse fim (linha de escape). (Parte 4 da figura)

Agora o motor está pronto para o próximo ciclo, aspirando novamente ar e combustível.

Observa que o movimento que resulta de um motor de combustão interna é rotativo, embora os pistões se movam de forma linear, da mesma forma que o canhão de batata. Num motor o movimento linear dos pistões é convertido em movimento rotativo pela cambota. É esse movimento rotativo que permite fazer as rodas dos carros girarem.

Vamos ver agora todas as partes que trabalham juntas para fazer isso acontecer.



Cilindros e outras peças do motor

O coração do motor é o cilindro, dentro do qual um pistão move-se para cima e para baixo. O motor descrito acima tem apenas um cilindro, típico de cortadores de relva e de motociclos de pequeno porte, mas a maioria dos carros tem mais que um cilindro (geralmente quatro ou seis). Num motor com vários cilindros, eles são dispostos de diversas maneiras. As principais configurações são em linha, em V ou plano (conhecido também como horizontal oposto ou boxer), como mostram as figuras abaixo.


Figura 2. Em linha - Os cilindros são alinhados numa única bancada

Este motor é o mais comum. O seu nome vem do fato dos cilindros estarem alinhados, posicionados um ao lado do outro, como uma fila. A sua estrutura simplória torna-o mais barato, permitindo a sua utilização em todos os tipos de automóveis. Podendo ser de dois ou mais cilindros (a BMW ficou famosa pelos seus motores de 6 cilindros em linha). Porém, a busca por mais potência e melhor desempenho tornaram esse tipo de motor algo limitado. Imagine o comprimento de um motor com 12 cilindros...


Figura 3. Em V - Os cilindros são dispostos em duas bancadas, formando um ângulo entre si

A busca por mais potência e sobretudo menor espaço levou aos famosos motores em V. Assim como o motor em linha, o nome do motor em V deriva do posicionamento de seus cilindros, ou seja, duas fileiras de cilindros ligadas à cambota, formando um “V” no bloco do motor. Essa disposição possibilitou a produção de motores mais curtos e potentes.
Dando um exemplo simples, um motor 8 cilindros de 5.0 l se fosse em linha seria bastante comprido. No caso do motor ser em V, o seu comprimento seria reduzido consideravelmente, podendo ter uma cambota mais curta e mais rígida, o que permite ao motor trabalhar mais suavemente a elevados regime de rotação. Como esse motor é mais complexo que o espartano motor em linha, também é mais caro e seu uso é mais propício em carros que buscam uma performance mais desportiva. O seu som é diferenciado em função dos números de cilindros, mas todos parecem música aos ouvidos dos amantes de automóveis.
Estes motores podem ter diversos tipos de inclinação que é definida pelo grau de abertura do “V”. Os menores como é o caso, do V6 do Golf VR6, chegam a ter apenas 15 graus de inclinação. Nesse caso, os cilindros estão tão próximos uns dos outros, que formam uma espécie de“zigue-zague”, e usam uma única cabeça.



Figura 4. Boxer - Os cilindros são dispostos em duas bancadas, em lados opostos do motor

Esse tipo e motor é utilizado por exemplo no famoso Volkswagen Carocha e no famoso VW Pão-de-forma (kombi). Mas, este grau de parentesco com esses carros mais antigos e de fracas performances, não significa que é um tipo de motor fraco! Afinal de contas também utilizado em Porsches e Subarus, ambas marcas famosas pelo alto desempenho dos seus veículos. Trata-se de um propulsor de cilindros horizontais opostos, que permite um outro tipo de configuração e disposição. O Boxer é um motor mais baixo e largo que o motor em linha, podendo ser utilizados em cofres (habitáculo do motor) mais baixos que o comum. Alguns desses motores eram refrigerados a ar e possuíam um som mais metálico do que o de um motor convencional.



Figura 5. Em W - Os cilindros são dispostos em quatro bancadas, formando dois ângulos entre si

Este tipo de arquitetura é a mais recente. A sua conceção só foi possível com o desenvolvimento dos motores em V de pouca inclinação e cabeça do motor única. O motor em W é a junção de dois motores em V com essas características. Este tipod e motor só existe em máquinas de alta performance e o seu custo é bastante elevado, pelo que só o encontramos em veículos e superdesportivos, muito potentes. Apesar de apresentarem uma elevada capacidade cúbica, os motores em W, são relativamente compactos.


Figura 6. Rotativo - Este motor é tão diferente do habitual que não possui cilindros


Este tipo de motor também é conhecido por motor Wankel, e é o mais diferente de todos os motores a combustão. Aliás, pode ser considerado um capítulo completamente à parte! Em 1951, Felix Wankel realizou contactos com engenheiros da NSU a fim de estudar problemas de vedação em espaços irregulares, acabou por descobrir a possibilidade do motor rotativo.Como o próprio nome indica, faz movimentos rotativos e não como os outros motores que os cilindros vão para frente e para trás ou para cima e para baixo.

Assim como os motores a quatro tempos, ele possui as quatro fases normais de um motor convencional (admissão, compressão, expansão e expulsão), mas como o pistão tem formato triangular e a sua cambota é substituído por um rotor, ocorrem ao mesmo tempo três dessas fases.

Este tipo de motor tem um ruído característico, mais agudo, e mesmo com baixas cilindrada, pode gerar muita potência e binário. Um exemplo atual é o Mazda RX8 que, com apenas 1300cc, pode gerar 231 cv de potência, o que é um valor extremamente elevado para um motor aspirado (que não possui turbo ou compressor).
Porém, este tipo de motor não tem uma curva de potência muito elástica e para não ter problemas de vedação o fabricante tem que ter um altíssimo rigor nas especificações do projeto e uma tolerância mínima na sua produção.
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BMW 330Cd | Honda Prelude 2.2 VTEC 4WS


"Subviragem é quando bates de frente no muro. Sobreviragem é quando bates de traseira no muro.
Potência é a velocidade com que bates no muro. Binário é até onde consegues levar o muro contigo."

Última edição por lude; 05-05-2013 às 15:50.
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