Motor de combustão interna

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Maquete do motor Barsanti-Matteucci no observatório Ximenian em Florença

O motor de combustão interna (MCI) ou motor de combustão interna indevidamente é uma máquina motriz para converter a energia térmica , possuída por um fluxo gasoso ar - combustível , em trabalho mecânico disponibilizado para o virabrequim , e usado para movimento ou convertido em corrente elétrica com gerador elétrico.

A conversão ocorre na câmara de combustão , onde os gases de combustão geram alta pressão e aumentam de volume de forma que empurram o pistão para baixo, e o pistão, por sua vez, gira o virabrequim e transmite trabalho para o eixo de transmissão. A mistura consiste em um combustível (podem ser gasolina , diesel , querosene ,GLP , gás natural , álcool ), enquanto o oxigênio do ar funciona como um comburente . O tipo de combustível determina as características do motor e, portanto, sua aplicação nos diversos campos.

História

Motor de combustão interna Barsanti e Matteucci, 1854 (reprodução antes de 1962, Museu Nacional de Ciência e Tecnologia Leonardo da Vinci , Milão). Foi o primeiro exemplo de motor de combustão interna usado para acionar máquinas-ferramentas.
Diagrama de um motor a pistão

A invenção remonta aos Lucchesi Eugenio Barsanti e Felice Matteucci , em 1853 eles detalhavam o funcionamento e construção em documentos e patentes depositados em vários países europeus, como Grã-Bretanha , França, Itália e Alemanha [1] .

Nos primeiros protótipos faltava a fase de compressão , ou seja, a fase de admissão terminava prematuramente com o fechamento da válvula de admissão antes que o pistão atingisse a metade do curso, após o que a faísca disparou e a combustão empurrou o pistão para o curso restante, aproveitando então o redução da pressão para fazê-lo subir e este ciclo era muito ineficiente.

As primeiras aplicações práticas dos motores de combustão interna foram como motores de popa marítimos. Isso porque o principal impedimento para a aplicação prática do motor de combustão interna em veículos terrestres era o fato de que, ao contrário do motor a vapor , ele não poderia partir da paralisação. Os motores marítimos não são afetados por este problema, pois as hélices estão livres de um momento de inércia significativo. Depois de anos de experimentação, somente em 1899 as embreagens reais pareceram capazes de dar partida em um veículo terrestre sem ter que empurrá-lo manualmente: isso deu o verdadeiro impulso ao desenvolvimento do carro .

Classificação

Seção de um motor Wankel

com base no tipo, os motores de combustão interna são divididos:

Os motores alternativos de acordo com o tipo de ciclo termodinâmico:

ou com base em como o ciclo é dividido no movimento alternativo em motores:

O motor recíproco volumétrico de quatro tempos é o motor que fornece energia mecânica a quase todos os meios de transporte rodoviário (excluindo certas motocicletas com os dois tempos, mas também barcos a motor (excluindo navios com os dois tempos sobrealimentados) e para alguns trens Às vezes é usado em um pequeno avião de hélice e para produzir eletricidade de baixa tensão.

Princípios de operação

Motor térmico controlado por ignição, com todos os sistemas à vista

Os motores de combustão interna baseiam-se na reação química exotérmica de combustão : a reação de um combustível com um comburente , geralmente o ar. Veja também estequiometria . Em alguns motores, foi introduzido um novo tipo de sistema que melhorou significativamente o consumo de combustível, denominado Lean Burn (combustão pobre), que consistia na injeção de ar de alta pressão diretamente na câmara de combustão para otimizar a explosão da mistura.

Os motores de combustão interna são constituídos por diferentes sistemas (instalações) que permitem o seu funcionamento, tais como:

Os combustíveis mais usados ​​hoje são compostos por hidrocarbonetos e são derivados do petróleo . Protótipos foram desenvolvidos recentemente que também podem usar hidrogênio (gasoso e líquido). A maioria dos motores de combustão interna projetados para funcionar com gasolina também podem queimar metano ou GLP sem modificações além das necessárias para o sistema de combustível.

Eles são classificados de acordo com o sistema de ignição usado para causar a combustão em:

  • Motores de ignição comandada : Em motores de ignição comandada, a ignição é geralmente controlada por uma faísca de alta tensão que dispara na mistura ar-combustível dentro do cilindro. A faísca é produzida por meio de um sistema de ignição . Além disso, para dar partida no motor em condições de temperatura externa relativamente baixa e do próprio motor, é utilizado um sistema para garantir uma partida mais fácil, denominado afogador .
  • motores de ignição por compressão: nos motores de ignição por compressão (também chamados de motores diesel ) o combustível é injetado no ar comprimido nos cilindros do motor e a combustão ocorre de forma espontânea, graças ao termopressor favorável às condições de combustão.

A energia dos produtos da combustão, os gases da combustão , é superior à energia original do ar e do combustível (que possuía uma energia química maior) e se manifesta por meio de altas temperaturas e pressões que são transformadas em trabalho mecânico pelo motor. Em motores alternativos, é a pressão dos gases de combustão que empurra os pistões para os cilindros do motor.

Uma vez que a energia é recuperada, os gases de combustão são eliminados por meio de uma ou duas válvulas de exaustão. Nos atuais motores de combustão interna, após serem expelidos do cilindro, os gases de escape passam por uma turbina a gás que recupera a energia residual dos produtos da combustão, para poder operar um compressor centrífugo (chaveado no mesmo eixo da turbina ), que comprime o ar de combustão (sobrealimentação por meio de um turboalimentador acionado pelos gases de exaustão). No final desta fase, o pistão retorna à posição de ponto morto superior (pms). Todo o calor não transformado em trabalho deve ser eliminado do motor por meio de um sistema de refrigeração a ar ou líquido.

Poder

A potência real ou potência mecânica de um motor é a potência disponível no virabrequim, consideradas todas as dispersões. Uma de suas fórmulas é a "potência térmica" expressa pela fórmula:

Onde as variáveis ​​da fórmula representam:

é a densidade do ar, aproximadamente igual, mas sempre menor que a atmosférica em motores aspirados, maior em motores sobrealimentados (geralmente em 20-30%)
V é o deslocamento
é a tonalidade térmica
é o índice de ar (superior a um para misturas magras, inferior para misturas de gordura)
às vezes também disse é o coeficiente de enchimento.
é a eficiência na câmara de combustão
é o rendimento ideal
é o rendimento indicado
é a eficiência mecânica
n é a velocidade de rotação do virabrequim, expressa como o número de rotações por segundo.
é o número de cursos do motor (2-4)

Observação

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