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Página 1 de 15 Motores de combustão interna Prof Jonatas Quirino Página 2 de 15 21 Introdução Durante o funcionamento de um motor o fluido ativo FA é submetido a uma série de processos físicos e químicos que se repetem periodicamente dando origem ao chamado ciclo do motor Esse ciclo pode ser visualizado num diagrama pV pressão x volume traçado por meio de um aparelho chamado Indicador de Pressões A fim de facilitar o entendimento dos fenômenos envolvidos é usual que simplificações dos processos sejam feitas Essas simplificações são extremamente interessantes do ponto de vista didático ou mesmo para se ter previsões qualitativas ou mesmo quantitativas sobre o comportamento do motor uma vez que o modelamento completo de todos os processos envolvidos seria muito complexo Tais ciclos simplificados são introduzidos dentro de hipóteses que os afastam mais ou menos da realidade mas que possibilitam aplicações numéricas baseadas na teoria da Termodinâmica 22 Ciclos reais traçados com um indicador de pressões 221 Funcionamento dos indicadores de pressão Os ciclos reais dos motores podem ser descritos num diagrama p V pressão x volume traçado por aparelhos denominados Indicadores de Pressão De forma a facilitar o entendimento inicialmente será descrito o funcionamento de um Indicador Mecânico de Pressões por meio de um exemplar mostrado na Figura abaixo Figura Esquema de um indicador mecânico de pressões Página 3 de 15 Fundamentalmente esse aparelho constituise de um pequeno cilindro que é ligado ao cilindro do motor do qual faz continuamente a tomada da pressão No cilindro menor um pequeno êmbolo assume movimentos de translação proporcionais à pressão existente no cilindro do motor graças à mola calibrada Os movimentos do êmbolo do aparelho são transmitidos ao traçador cuja ponta risca um gráfico sobre o tambor que possui um movimento sincronizado com o pistão do motor ou o seu eixo O tipo de gráfico traçado depende do movimento do tambor que pode sofrer um movimento de vaivém em torno de seu eixo ou uma rotação contínua No primeiro caso a amplitude do movimento será proporcional ao curso do pistão de modo que a sincronização garante que em cada instante haverá uma correspondência entre a posição do riscador e a posição do pistão do motor ao longo de seu curso Nesse caso combinamse os movimentos verticais do riscador proporcionais à pressão com o traçado horizontal provocado pelo movimento do tambor proporcional ao percurso do pistão do motor Como a área deste é uma constante os traços horizontais serão proporcionais ao volume contido entre o pistão e o cabeçote isto é proporcionais ao volume do fluido ativo FA Nesse caso em ordenadas o traçado é proporcional à pressão e as abscissas são proporcionais ao volume do FA O gráfico resultante denomina se diagrama p V do motor obviamente referente a um único cilindro Um exemplo do gráfico gerado pode ser visto na Figura abaixo de um diagrama p V em um cilindro de uma máquina a vapor Figura Exemplo de um diagrama p V de indicador mecânico de pressões No segundo caso quando o tambor gira continuamente a sincronização realizase com o eixo do motor de forma que cada pressão terá correspondência com o ângulo percorrido pela manivela virabrequim em relação à posição de PMS Nesse caso o gráfico traçado denomina se diagrama p 𝛼 do motor onde a é o ângulo descrito pela manivela conforme visto na Figura abaixo Página 4 de 15 Figura Esquema do traçador do diagrama p 𝛼 do motor Evidentemente a cada ângulo a corresponde uma posição do pistão indicada por x de tal forma que para cada a é possível calcular o volume do FA e a partir do diagrama p 𝛼 é possível construir o diagrama p V A Figura abaixo apresenta os diagramas reais de pressão do motor do navio Piaçaguera ciclo Diesel de oito cilindros a rotação de 290 rpm com pressão de pico em torno de 51 bar Figura Diagramas de pressão Página 5 de 15 O indicador mecânico apresenta algumas limitações que tornam seu uso satisfatório apenas para grandes motores de baixa rotação a O volume de gases armazenado no cilindro menor do aparelho altera a taxa de compressão do motor b Transmissão de vibrações do motor para o traçador c Não ocorre o registro dos efeitos instantâneos podendo deixar de indicar variações importantes da pressão em razão da inércia do sistema mecânico De qualquer forma o funcionamento do aparelho mostra didaticamente como seriam obtidos os diagramas reais dos ciclos dos motores Nikolaus Otto em 1876 fazia uso de um indicador mecânico de pressões para avaliar a eficiência do seu invento Esse diagrama pode ser visto na Figura abaixo Figura Diagrama de pressão Otto 1876 Os grandes motores marítimos ou estacionários de baixa rotação podem ser inclusive equipados permanentemente com esse aparelho mecânico Figura abaixo de forma que periodicamente pode se fazer uma observação do comportamento do ciclo do motor para um possível diagnóstico preventivo Página 6 de 15 Figura Indicador de pressão aplicação marítima Hoje os motores marítimos fazem uso da eletrônica para monitoramento da pressão de combustão como apresentado na Figura abaixo Figura Esquema de um indicador eletrônico de pressões Página 7 de 15 As limitações do indicador mecânico são superadas utilizando se um Indicador Eletrônico de Pressões O elemento sensor compõe se de um diafragma metálico cuja deformação é função da pressão do FA no cilindro do motor A deformação do diafragma é transmitida a algum elemento que gera um sinal elétrico Na Figura acima por exemplo indicouse a utilização de transdutores piezoelétricos Nestes o elemento ativo é constituído de cristais de quartzo que emitem um sinal elétrico proporcional à pressão à qual são submetidos A Figura abaixo mostra a composição interna de um transdutor piezoelétrico Figura Composição de um transdutor piezoelétrico O sinal de carga elétrica gerado é amplificado e convertido em um sinal de tensão elétrica posteriormente transmitido a um osciloscópio ou aquisitor de dados de alta frequência no qual a amplitude vertical representa a pressão instantânea enquanto a amplitude horizontal é sincronizada com a posição da manivela por meio de um sensor de posição angular Dessa forma pode ser observado diretamente o diagrama p α do motor ou ainda por alguma transformação interna do aparelho o diagrama p V Esses dados são observados diretamente ou compatibilizados para a aquisição por um computador 222 Diagrama da variação da pressão de um motor Otto a 4T O aspecto qualitativo de um diagrama p V real de um motor ciclo Otto ignição por faísca está representado na Figura abaixo Página 8 de 15 Figura Diagrama pV MIF NA a 4T Esse diagrama representa o ciclo desse tipo de motor naturalmente aspirado NA operando a plena carga e para que certos detalhes fossem visíveis não foi traçado em escala mas apenas esquematizado O diagrama representa o que seria observado no tambor do Indicador Mecânico de Pressões se ele tivesse um movimento de rotação vai vem Abaixo do eixo das abscissas eixo dos volumes foi representado o cilindro com o pistão nas posições de PMS e PMI além de uma posição genérica intermediária do curso A seguir é descrito o significado de cada trecho do ciclo 1 2 Admissão o pistão desloca se do PMS ao PMI com a válvula de admissão aberta de tal forma que o cilindro está em contato com o ambiente A pressão em seu interior mantém se um pouco menor que a pressão atmosférica dependendo da perda de carga no sistema de admissão causada pelo escoamento da mistura combustívelar ou apenas ar no caso de injeção direta de combustível succionada pelo movimento do pistão 2 3 Compressão fecha se a válvula de admissão e a mistura confinada no cilindro é comprimida pelo pistão que se desloca do PMI ao PMS A curva 23 indica uma diminuição do volume do FA e um consequente aumento da pressão Notase que antes de se atingir o PMS ocorre o salto da faísca e a pressão tem um crescimento mais rápido do que aquele que teria somente por causa da redução do volume provocada pelo pistão 3 4 Expansão tendo saltado a faísca no ponto a a pressão aumenta rapidamente em virtude da combustão da mistura O pistão empurrado pela força da pressão dos gases desloca se do PMS ao PMI e com esse movimento o FA sofre um processo de expansão isto é um aumento de volume com consequente redução da pressão Esse é o tempo do motor que produz um trabalho positivo tempo útil 4 1 Escape no ponto b um pouco antes do PMI por razões que serão explicadas posteriormente abrese a válvula de escapamento e os gases por conta da alta pressão escapam Página 9 de 15 rapidamente até alcançar uma pressão próxima da atmosférica O pistão desloca se do PMI para o PMS expelindo os gases queimados contidos no cilindro e a pressão mantém se ligeiramente maior que a atmosférica Alcançado o PMS reiniciase o ciclo pela descrição do tempo de admissão Note que de posse desse diagrama podem se fazer análises do funcionamento do motor por exemplo que as áreas contidas entre os processos e o eixo dos volumes correspondem ao trabalho realizado A Figura abaixo representa qualitativamente o diagrama p 𝛼 de um MIF 4T traçado por um indicador mecânico de pressões no qual o tambor gira continuamente Figura Diagrama p α MIF 4T Observe que cada ângulo a de rotação da manivela corresponde a certo volume do FA contido entre a cabeça do pistão e o cabeçote Dessa forma de posse do diagrama p V será possível obter o da Figura acima ou viceversa É evidente que por causa dessa correspondência entre os dois diagramas a análise feita por um deles poderia ser do mesmo modo feita pelo outro Este último entretanto prestase melhor para a análise da combustão e a determinação das forças transmitidas pela pressão em cada elemento do motor Página 10 de 15 Os indicadores utilizados na indústria fazem medições conforme apresentado na Figura acima e por meio de equações matemáticas convertem para o exemplo dado no diagrama p V A Figura abaixo mostra um diagrama real p 𝛼 de um motor ciclo Otto a plena carga e a Figura seguinte traz o diagrama p V correspondente assim tem se 𝑥 𝑟1 cos 𝛼 𝐿 1 1 𝑟 𝐿 2 sen2 𝛼 𝑉 𝑉2 𝑥 𝜋 4 𝐷𝑝2 Figura Diagrama p α motor Otto a 4T a plena carga Figura Diagrama p V real MIF 4T a plena carga Página 11 de 15 Com as Equações dadas acima pode se simular o diagrama p V Assim cabe ressaltar que o diagrama medido em banco de testes é o diagrama p 𝛼 sendo a pressão determinada por meio de transdutores piezoelétricos e o ângulo por intermédio de transdutores de posição angular A Figura abaixo mostra diagramas p 𝛼 reais em MIF 4T a plena carga de um motor ciclo Otto com cinco curvas superpostas Nesse caso o ângulo da faísca responsável pela ignição da mistura é variado permitindo observar a importância deste na pressão desenvolvida no interior do cilindro Figura Diagrama p α real MIF 4T Z 4 plena carga A Figura abaixo mostra o diagrama real p 𝛼 de um Otto a plena carga com algumas anomalias Figura Diagrama p a real de motor Otto a 4T a plena carga Página 12 de 15 223 Diagramas de variação da pressão de um motor de ignição espontânea a 4T A Figura A abaixo mostra o esboço de um diagrama p V de um motor ciclo Diesel a 4T NA traçado com um indicador de pressões cujo tambor tem um movimento de vaivém sincronizado com o movimento do pistão enquanto a Figura B abaixo mostra o diagrama p 𝛼 correspondente Para efeito didático o diagrama foi traçado com alguns trechos acentuados em relação à realidade para que se possam ressaltar suas características A Esboço do diagrama da variação da pressão do FA em função da variação de seu volume B Esboço do diagrama correspondente da variação da pressão do FA em função da posição da manivela Figura Diagramas de pressão no cilindro MIE 4T Pela Figura acima cabe ressaltar 1 2 Admissão a única diferença em relação à admissão do motor Otto é o fato de que o fluido admitido é apenas ar e não mistura combustívelar Evidentemente esse fato não é observável no ciclo indicado 23 Compressão realizase da mesma forma que no motor ciclo Otto entretanto atingese uma pressão final mais elevada em decorrência da maior taxa de compressão necessária para se ultrapassar a TAI do combustível No ponto a desse processo iniciase a injeção de combustível antes mesmo do fim da compressão 34 Combustão e Expansão o combustível é injetado de forma controlada desde a até b por razões que serão vistas posteriormente Em consequência dessa injeção controlada e da expansão simultânea a pressão que pela combustão deveria aumentar e pela expansão diminuir mantémse aproximadamente constante formando um patamar no diagrama Essa isobárica prevista pela teoria não é muito visível nos diagramas indicados já que o ângulo durante o qual se mantém a Página 13 de 15 injeção do combustível é relativamente pequeno Poderá eventualmente ser mais visível em motores grandes de baixa rotação 41 Escape processase exatamente da mesma forma que nos MIF A Figura B acima mostrou a variação da pressão com a posição da manivela Os eventos nesse diagrama são perfeitamente explicados pelo diagrama p V da Figura A A Figura abaixo apresenta um diagrama real p 𝛼 de um MIE a plena carga Todas as considerações realizadas sobre a Figura A acima são válidas nesse levantamento real Figura Diagrama p a real MIE 4T a plena carga Podese simular o diagrama p V conforme apresentado na Figura abaixo Figura Diagrama p V real MIE 4T plena carga Página 14 de 15 A Figura abaixo compara os diagramas p V de ciclos Otto e Diesel apresentando a diferença de pressão de pico entre ambos Figura Diagrama p V real 4T plena carga MIF e MIE A Figura abaixo mostra a evolução da pressão no interior do cilindro de um motor para as diferentes cargas 𝛼 e rotações 𝑛 Figura Diagrama p α n real MIF Página 15 de 15 224 Diagramas da variação da pressão para um motor a 2T de ignição por faísca Nesse motor é difícil associar os processos e eventos aos cursos do pistão já que alguns deles acontecem concomitantemente As Figuras a e b abaixo mostram sem escala para efeito didático os diagramas p V e p α de um motor a 2T de ignição por faísca Figura Diagramas p V e p α de um motor de ignição por faísca a 2T 1 Descobre a janela de admissão do cárter para o cilindro e a mistura comprimida pela parte inferior do pistão é empurrada para a parte superior 2 O pistão alcança o PMI 3 Fecha a janela de admissão do cárter para o cilindro 4 Fecha a janela de escape 4 5 Realiza a compressão e salta a faísca Ao mesmo tempo abrese a janela de admissão para o cárter e nele se admite a mistura nova 56 Combustão da mistura arcombustível 6 7 Realiza a expansão e o trabalho positivo do motor Fechase a janela de admissão para o cárter 7 Descobre a janela de escape e em 1 abrese novamente a passagem de admissão do cárter para o cilindro Os diagramas não foram traçados em escala para facilitar a representação dos eventos
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Página 1 de 15 Motores de combustão interna Prof Jonatas Quirino Página 2 de 15 21 Introdução Durante o funcionamento de um motor o fluido ativo FA é submetido a uma série de processos físicos e químicos que se repetem periodicamente dando origem ao chamado ciclo do motor Esse ciclo pode ser visualizado num diagrama pV pressão x volume traçado por meio de um aparelho chamado Indicador de Pressões A fim de facilitar o entendimento dos fenômenos envolvidos é usual que simplificações dos processos sejam feitas Essas simplificações são extremamente interessantes do ponto de vista didático ou mesmo para se ter previsões qualitativas ou mesmo quantitativas sobre o comportamento do motor uma vez que o modelamento completo de todos os processos envolvidos seria muito complexo Tais ciclos simplificados são introduzidos dentro de hipóteses que os afastam mais ou menos da realidade mas que possibilitam aplicações numéricas baseadas na teoria da Termodinâmica 22 Ciclos reais traçados com um indicador de pressões 221 Funcionamento dos indicadores de pressão Os ciclos reais dos motores podem ser descritos num diagrama p V pressão x volume traçado por aparelhos denominados Indicadores de Pressão De forma a facilitar o entendimento inicialmente será descrito o funcionamento de um Indicador Mecânico de Pressões por meio de um exemplar mostrado na Figura abaixo Figura Esquema de um indicador mecânico de pressões Página 3 de 15 Fundamentalmente esse aparelho constituise de um pequeno cilindro que é ligado ao cilindro do motor do qual faz continuamente a tomada da pressão No cilindro menor um pequeno êmbolo assume movimentos de translação proporcionais à pressão existente no cilindro do motor graças à mola calibrada Os movimentos do êmbolo do aparelho são transmitidos ao traçador cuja ponta risca um gráfico sobre o tambor que possui um movimento sincronizado com o pistão do motor ou o seu eixo O tipo de gráfico traçado depende do movimento do tambor que pode sofrer um movimento de vaivém em torno de seu eixo ou uma rotação contínua No primeiro caso a amplitude do movimento será proporcional ao curso do pistão de modo que a sincronização garante que em cada instante haverá uma correspondência entre a posição do riscador e a posição do pistão do motor ao longo de seu curso Nesse caso combinamse os movimentos verticais do riscador proporcionais à pressão com o traçado horizontal provocado pelo movimento do tambor proporcional ao percurso do pistão do motor Como a área deste é uma constante os traços horizontais serão proporcionais ao volume contido entre o pistão e o cabeçote isto é proporcionais ao volume do fluido ativo FA Nesse caso em ordenadas o traçado é proporcional à pressão e as abscissas são proporcionais ao volume do FA O gráfico resultante denomina se diagrama p V do motor obviamente referente a um único cilindro Um exemplo do gráfico gerado pode ser visto na Figura abaixo de um diagrama p V em um cilindro de uma máquina a vapor Figura Exemplo de um diagrama p V de indicador mecânico de pressões No segundo caso quando o tambor gira continuamente a sincronização realizase com o eixo do motor de forma que cada pressão terá correspondência com o ângulo percorrido pela manivela virabrequim em relação à posição de PMS Nesse caso o gráfico traçado denomina se diagrama p 𝛼 do motor onde a é o ângulo descrito pela manivela conforme visto na Figura abaixo Página 4 de 15 Figura Esquema do traçador do diagrama p 𝛼 do motor Evidentemente a cada ângulo a corresponde uma posição do pistão indicada por x de tal forma que para cada a é possível calcular o volume do FA e a partir do diagrama p 𝛼 é possível construir o diagrama p V A Figura abaixo apresenta os diagramas reais de pressão do motor do navio Piaçaguera ciclo Diesel de oito cilindros a rotação de 290 rpm com pressão de pico em torno de 51 bar Figura Diagramas de pressão Página 5 de 15 O indicador mecânico apresenta algumas limitações que tornam seu uso satisfatório apenas para grandes motores de baixa rotação a O volume de gases armazenado no cilindro menor do aparelho altera a taxa de compressão do motor b Transmissão de vibrações do motor para o traçador c Não ocorre o registro dos efeitos instantâneos podendo deixar de indicar variações importantes da pressão em razão da inércia do sistema mecânico De qualquer forma o funcionamento do aparelho mostra didaticamente como seriam obtidos os diagramas reais dos ciclos dos motores Nikolaus Otto em 1876 fazia uso de um indicador mecânico de pressões para avaliar a eficiência do seu invento Esse diagrama pode ser visto na Figura abaixo Figura Diagrama de pressão Otto 1876 Os grandes motores marítimos ou estacionários de baixa rotação podem ser inclusive equipados permanentemente com esse aparelho mecânico Figura abaixo de forma que periodicamente pode se fazer uma observação do comportamento do ciclo do motor para um possível diagnóstico preventivo Página 6 de 15 Figura Indicador de pressão aplicação marítima Hoje os motores marítimos fazem uso da eletrônica para monitoramento da pressão de combustão como apresentado na Figura abaixo Figura Esquema de um indicador eletrônico de pressões Página 7 de 15 As limitações do indicador mecânico são superadas utilizando se um Indicador Eletrônico de Pressões O elemento sensor compõe se de um diafragma metálico cuja deformação é função da pressão do FA no cilindro do motor A deformação do diafragma é transmitida a algum elemento que gera um sinal elétrico Na Figura acima por exemplo indicouse a utilização de transdutores piezoelétricos Nestes o elemento ativo é constituído de cristais de quartzo que emitem um sinal elétrico proporcional à pressão à qual são submetidos A Figura abaixo mostra a composição interna de um transdutor piezoelétrico Figura Composição de um transdutor piezoelétrico O sinal de carga elétrica gerado é amplificado e convertido em um sinal de tensão elétrica posteriormente transmitido a um osciloscópio ou aquisitor de dados de alta frequência no qual a amplitude vertical representa a pressão instantânea enquanto a amplitude horizontal é sincronizada com a posição da manivela por meio de um sensor de posição angular Dessa forma pode ser observado diretamente o diagrama p α do motor ou ainda por alguma transformação interna do aparelho o diagrama p V Esses dados são observados diretamente ou compatibilizados para a aquisição por um computador 222 Diagrama da variação da pressão de um motor Otto a 4T O aspecto qualitativo de um diagrama p V real de um motor ciclo Otto ignição por faísca está representado na Figura abaixo Página 8 de 15 Figura Diagrama pV MIF NA a 4T Esse diagrama representa o ciclo desse tipo de motor naturalmente aspirado NA operando a plena carga e para que certos detalhes fossem visíveis não foi traçado em escala mas apenas esquematizado O diagrama representa o que seria observado no tambor do Indicador Mecânico de Pressões se ele tivesse um movimento de rotação vai vem Abaixo do eixo das abscissas eixo dos volumes foi representado o cilindro com o pistão nas posições de PMS e PMI além de uma posição genérica intermediária do curso A seguir é descrito o significado de cada trecho do ciclo 1 2 Admissão o pistão desloca se do PMS ao PMI com a válvula de admissão aberta de tal forma que o cilindro está em contato com o ambiente A pressão em seu interior mantém se um pouco menor que a pressão atmosférica dependendo da perda de carga no sistema de admissão causada pelo escoamento da mistura combustívelar ou apenas ar no caso de injeção direta de combustível succionada pelo movimento do pistão 2 3 Compressão fecha se a válvula de admissão e a mistura confinada no cilindro é comprimida pelo pistão que se desloca do PMI ao PMS A curva 23 indica uma diminuição do volume do FA e um consequente aumento da pressão Notase que antes de se atingir o PMS ocorre o salto da faísca e a pressão tem um crescimento mais rápido do que aquele que teria somente por causa da redução do volume provocada pelo pistão 3 4 Expansão tendo saltado a faísca no ponto a a pressão aumenta rapidamente em virtude da combustão da mistura O pistão empurrado pela força da pressão dos gases desloca se do PMS ao PMI e com esse movimento o FA sofre um processo de expansão isto é um aumento de volume com consequente redução da pressão Esse é o tempo do motor que produz um trabalho positivo tempo útil 4 1 Escape no ponto b um pouco antes do PMI por razões que serão explicadas posteriormente abrese a válvula de escapamento e os gases por conta da alta pressão escapam Página 9 de 15 rapidamente até alcançar uma pressão próxima da atmosférica O pistão desloca se do PMI para o PMS expelindo os gases queimados contidos no cilindro e a pressão mantém se ligeiramente maior que a atmosférica Alcançado o PMS reiniciase o ciclo pela descrição do tempo de admissão Note que de posse desse diagrama podem se fazer análises do funcionamento do motor por exemplo que as áreas contidas entre os processos e o eixo dos volumes correspondem ao trabalho realizado A Figura abaixo representa qualitativamente o diagrama p 𝛼 de um MIF 4T traçado por um indicador mecânico de pressões no qual o tambor gira continuamente Figura Diagrama p α MIF 4T Observe que cada ângulo a de rotação da manivela corresponde a certo volume do FA contido entre a cabeça do pistão e o cabeçote Dessa forma de posse do diagrama p V será possível obter o da Figura acima ou viceversa É evidente que por causa dessa correspondência entre os dois diagramas a análise feita por um deles poderia ser do mesmo modo feita pelo outro Este último entretanto prestase melhor para a análise da combustão e a determinação das forças transmitidas pela pressão em cada elemento do motor Página 10 de 15 Os indicadores utilizados na indústria fazem medições conforme apresentado na Figura acima e por meio de equações matemáticas convertem para o exemplo dado no diagrama p V A Figura abaixo mostra um diagrama real p 𝛼 de um motor ciclo Otto a plena carga e a Figura seguinte traz o diagrama p V correspondente assim tem se 𝑥 𝑟1 cos 𝛼 𝐿 1 1 𝑟 𝐿 2 sen2 𝛼 𝑉 𝑉2 𝑥 𝜋 4 𝐷𝑝2 Figura Diagrama p α motor Otto a 4T a plena carga Figura Diagrama p V real MIF 4T a plena carga Página 11 de 15 Com as Equações dadas acima pode se simular o diagrama p V Assim cabe ressaltar que o diagrama medido em banco de testes é o diagrama p 𝛼 sendo a pressão determinada por meio de transdutores piezoelétricos e o ângulo por intermédio de transdutores de posição angular A Figura abaixo mostra diagramas p 𝛼 reais em MIF 4T a plena carga de um motor ciclo Otto com cinco curvas superpostas Nesse caso o ângulo da faísca responsável pela ignição da mistura é variado permitindo observar a importância deste na pressão desenvolvida no interior do cilindro Figura Diagrama p α real MIF 4T Z 4 plena carga A Figura abaixo mostra o diagrama real p 𝛼 de um Otto a plena carga com algumas anomalias Figura Diagrama p a real de motor Otto a 4T a plena carga Página 12 de 15 223 Diagramas de variação da pressão de um motor de ignição espontânea a 4T A Figura A abaixo mostra o esboço de um diagrama p V de um motor ciclo Diesel a 4T NA traçado com um indicador de pressões cujo tambor tem um movimento de vaivém sincronizado com o movimento do pistão enquanto a Figura B abaixo mostra o diagrama p 𝛼 correspondente Para efeito didático o diagrama foi traçado com alguns trechos acentuados em relação à realidade para que se possam ressaltar suas características A Esboço do diagrama da variação da pressão do FA em função da variação de seu volume B Esboço do diagrama correspondente da variação da pressão do FA em função da posição da manivela Figura Diagramas de pressão no cilindro MIE 4T Pela Figura acima cabe ressaltar 1 2 Admissão a única diferença em relação à admissão do motor Otto é o fato de que o fluido admitido é apenas ar e não mistura combustívelar Evidentemente esse fato não é observável no ciclo indicado 23 Compressão realizase da mesma forma que no motor ciclo Otto entretanto atingese uma pressão final mais elevada em decorrência da maior taxa de compressão necessária para se ultrapassar a TAI do combustível No ponto a desse processo iniciase a injeção de combustível antes mesmo do fim da compressão 34 Combustão e Expansão o combustível é injetado de forma controlada desde a até b por razões que serão vistas posteriormente Em consequência dessa injeção controlada e da expansão simultânea a pressão que pela combustão deveria aumentar e pela expansão diminuir mantémse aproximadamente constante formando um patamar no diagrama Essa isobárica prevista pela teoria não é muito visível nos diagramas indicados já que o ângulo durante o qual se mantém a Página 13 de 15 injeção do combustível é relativamente pequeno Poderá eventualmente ser mais visível em motores grandes de baixa rotação 41 Escape processase exatamente da mesma forma que nos MIF A Figura B acima mostrou a variação da pressão com a posição da manivela Os eventos nesse diagrama são perfeitamente explicados pelo diagrama p V da Figura A A Figura abaixo apresenta um diagrama real p 𝛼 de um MIE a plena carga Todas as considerações realizadas sobre a Figura A acima são válidas nesse levantamento real Figura Diagrama p a real MIE 4T a plena carga Podese simular o diagrama p V conforme apresentado na Figura abaixo Figura Diagrama p V real MIE 4T plena carga Página 14 de 15 A Figura abaixo compara os diagramas p V de ciclos Otto e Diesel apresentando a diferença de pressão de pico entre ambos Figura Diagrama p V real 4T plena carga MIF e MIE A Figura abaixo mostra a evolução da pressão no interior do cilindro de um motor para as diferentes cargas 𝛼 e rotações 𝑛 Figura Diagrama p α n real MIF Página 15 de 15 224 Diagramas da variação da pressão para um motor a 2T de ignição por faísca Nesse motor é difícil associar os processos e eventos aos cursos do pistão já que alguns deles acontecem concomitantemente As Figuras a e b abaixo mostram sem escala para efeito didático os diagramas p V e p α de um motor a 2T de ignição por faísca Figura Diagramas p V e p α de um motor de ignição por faísca a 2T 1 Descobre a janela de admissão do cárter para o cilindro e a mistura comprimida pela parte inferior do pistão é empurrada para a parte superior 2 O pistão alcança o PMI 3 Fecha a janela de admissão do cárter para o cilindro 4 Fecha a janela de escape 4 5 Realiza a compressão e salta a faísca Ao mesmo tempo abrese a janela de admissão para o cárter e nele se admite a mistura nova 56 Combustão da mistura arcombustível 6 7 Realiza a expansão e o trabalho positivo do motor Fechase a janela de admissão para o cárter 7 Descobre a janela de escape e em 1 abrese novamente a passagem de admissão do cárter para o cilindro Os diagramas não foram traçados em escala para facilitar a representação dos eventos