Como funciona um motor de combustão interna

Como funciona um motor de combustão interna

A maioria dos motores de combustão interna produzidos em massa (ICEs) em carros funcionam num sistema de 4 tempos, com um curso de admissão, um curso de compressão, um evento de combustão o que causa a rápida expansão dos gases e um curso de potência com o pistão a deslocar-se a alta velocidade pelo cilindro.

Um motor de combustão interna é, por isso, um motor térmico no sentido de que converte a energia do calor da combustão da gasolina em trabalho mecânico ou torque. Esse torque é aplicado às rodas para fazer o carro se deslocar.

Funcionamento do motor de combustão interna

Funcionamento do motor de combustão interna

Os motores têm pistões que se movem para cima e para baixo dentro de tubos de metal chamados cilindros. Os pistões são conectados por meio de hastes a uma cambota, e movem-se para cima e para baixo para girar a cambota do motor, que por sua vez alimenta as rodas motrizes do carro. Dependendo do veículo, normalmente há entre dois e 12 cilindros no seu motor, com um pistão movendo-se para cima e para baixo em cada um dos mesmos.

De onde vem a potência do motor

O que move esses pistões para cima e para baixo são milhares de minúsculas explosões controladas ocorrendo a cada minuto, criadas pela mistura de combustível com o oxigénio e inflamando a mistura. Cada vez que o combustível se inflama é chamado de combustão, ou força, curso. O calor e os gases em expansão dessa miniexplosão empurram o pistão para baixo no cilindro.

Quase todos os motores de combustão interna atualmente (e vamos nos concentrar nos motores a gasolina) são do tipo quatro tempos. Além do curso de combustão, que empurra o pistão para baixo a partir do topo do cilindro, existem três outros cursos: admissão, compressão e escape.

Os motores precisam de ar (ou seja, oxigénio) para queimar o combustível. Durante o curso de admissão, as válvulas abrem-se para permitir que o pistão atue como uma seringa enquanto se move para baixo, puxando o ar ambiente através do sistema de admissão do motor. Quando o pistão atinge o fundo do seu curso, as válvulas de admissão fecham, vedando efetivamente o cilindro para o curso de compressão, que está na direção oposta ao curso de admissão. O movimento ascendente do pistão comprime a carga de admissão.

Os quatro tempos de um motor de quatro tempos

Os quatro tempos de um motor de quatro tempos

Assim, um motor de quatro tempos utiliza quatro tempos de pistão distintos (admissão, compressão, potência e escape) para completar um ciclo operacional.

Atualmente, nos motores mais modernos, a gasolina é injetada diretamente nos cilindros perto do topo do curso de compressão. (Outros motores pré-misturam o ar e o combustível durante o curso de admissão). Em ambos os casos, e antes de o pistão atingir o topo do seu curso, conhecido como ponto morto superior, as velas de ignição acendem a mistura de ar e combustível.

A expansão resultante de gases quentes em combustão empurra o pistão na direção oposta (para baixo) durante o curso de combustão. Esse é o curso que faz as rodas do carro se movimentarem. Quando o curso de combustão atinge o ponto morto inferior, as válvulas de escape abrem para permitir que os gases de combustão sejam bombeados para fora do motor (como uma seringa a expelir ar) conforme o pistão sobe novamente. Quando os gases de exaustão são expelidos – o processo continua através do sistema de escape do carro antes de sair na parte traseira do veículo – as válvulas de escape fecham no ponto morto superior e todo o processo começa novamente.

 Ou seja: 
  • Curso de admissão
    A válvula de admissão está aberta e o combustível e o ar são puxados pela válvula e para a câmara de combustão e o cilindro a partir do coletor de admissão localizado no topo da câmara de combustão. A válvula de escape está fechada e o interruptor de contacto elétrico está aberto. A mistura combustível / ar está a uma pressão relativamente baixa (próxima à atmosférica). No final do curso de admissão, o pistão está localizado na extremidade esquerda e começa a mover-se para trás para a direita.
    O cilindro e a câmara de combustão estão cheios da mistura de ar / combustível de baixa pressão e, quando o pistão começa a mover-se para a direita, a válvula de admissão se fecha.
  • Curso de compressão
    Com ambas as válvulas fechadas, a combinação do cilindro e da câmara de combustão forma um recipiente completamente fechado contendo a mistura combustível / ar. Conforme o pistão é empurrado para a direita, o volume é reduzido e a mistura combustível / ar é comprimida durante o curso de compressão.
  • Curso de potência
    No início do curso de potência, o contacto elétrico é aberto. A abertura repentina do contacto produz uma faísca na câmara de combustão que acende a mistura combustível / ar. A combustão rápida do combustível liberta o calor e produz gases de escape na câmara de combustão.
    Como as válvulas de admissão e escape estão fechadas, a combustão do combustível ocorre num recipiente totalmente fechado (e com volume quase constante). A combustão aumenta a temperatura dos gases de escape, qualquer ar residual na câmara de combustão e na própria câmara de combustão. A partir da lei dos gases ideais, o aumento da temperatura dos gases produz também um aumento de pressão na câmara de combustão. A alta pressão dos gases atuando na face do pistão faz com que o pistão se mova para a esquerda, iniciando o curso de potência.
    Ao contrário do curso de compressão, o gás quente funciona no pistão durante o curso de potência. A força no pistão é transmitida pela haste do pistão para a cambota, onde o movimento linear do pistão é convertido no movimento angular da cambota. O trabalho feito no pistão é então usado para girar o eixo e as hélices e para comprimir os gases no curso de compressão do cilindro vizinho. Tendo produzido a faísca de ignição, o contacto elétrico permanece aberto.
    Durante o curso de potência, o volume ocupado pelos gases é aumentado devido ao movimento do pistão e não é transferido nenhum calor para a mistura combustível / ar. Conforme o volume aumenta devido ao movimento do pistão, a pressão e a temperatura do gás diminuem.
  • Escape
    No final do curso de potência, o pistão está localizado na extremidade esquerda. O calor que sobra do curso de potência é agora transferido para a água na camisa de água até que a pressão se aproxime da pressão atmosférica. A válvula de escape é então aberta pelo came que empurra o balancim para iniciar o curso de escape.
    O objetivo do curso do escape é limpar o cilindro da exaustão gasto na preparação para outro ciclo de ignição. Quando o curso de escape começa, o cilindro e a câmara de combustão estão cheios de produtos de exaustão em baixa pressão. Como a válvula de exaustão está aberta, o gás de escape é empurrado para além da válvula e sai do motor. A válvula de admissão é fechada e o contacto elétrico é aberto durante este movimento do pistão.
    No final do curso de escape, a válvula de escape é fechada e o motor inicia outro curso de admissão.

Vantagens e desvantagens dos motores de combustão interna

 Vantagens 
  • O tamanho do motor é muito menor em comparação com os motores de combustão externa
  • A relação potência / peso é alta
  • Muito adequado para aplicações com pequenos requisitos de energia
  • Normalmente mais portátil do que os motores de combustão externa homólogos
  • Mais seguro para operar
  • Mais alta eficiência do que o motor de combustão externa
  • Sem hipóteses de fuga de fluidos de trabalho
  • Requer menos manutenção
  • O consumo de lubrificante é menor em comparação com os motores de combustão externa
  • No caso de combustão interna alternada, a temperatura geral de trabalho é baixa porque a temperatura de pico é atingida por um pequeno período (apenas na detonação do combustível).
 Desvantagens 
  • A variedade de combustíveis que podem ser usados ​​é limitada a combustíveis gasosos e líquidos de qualidade muito fina
  • O combustível usado é muito caro, como gasolina ou diesel
  • As emissões do motor são geralmente altas em comparação com o motor de combustão externa
  • Não é adequado para a geração de energia em grande escala