Introdução Rápida
Motores de combustão interna de quatro tempos têm sido utilizados por mais de um século, e seu design não sofreu mudanças significativas desde então. Cada um dos tempos de um motor de quatro tempos corresponde a uma fase do ciclo de combustão, ou seja, há um tempo para cada uma das fases de admissão, compressão, potência e escape. É denominado motor de combustão de quatro tempos porque há quatro tempos para um ciclo de combustão. Um tempo é definido como a distância máxima que um pistão percorre ao se mover do topo do cilindro para o fundo do cilindro, ou vice-versa. Por exemplo, quando o pistão se desloca do fundo do cilindro para o topo, isso é chamado de tempo. Da mesma forma, se o pistão se move do topo do cilindro para o fundo, isso também é chamado de tempo.
Comparados aos motores de dois tempos, os motores de quatro tempos possuem mais componentes e são mais pesados, mas oferecem maior eficiência. Os motores de quatro tempos podem ser alimentados por diversos combustíveis, incluindo gasolina, diesel, gás (metano) e óleos biológicos (para citar alguns tipos de combustível).
Animação do Motor de Quatro Tempos
Componentes do Motor de Quatro Tempos
Os designs de motores de quatro tempos variam, portanto, o número e o tipo de componentes utilizados também variam conforme o design. Por exemplo, motores com common rail utilizam diferentes componentes em comparação com motores sem common rail.
Componentes do Motor de Quatro Tempos
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Componentes
Componentes comuns de motores de quatro tempos incluem:
- Pistão
- Biela
- Rolamentos Lisos
- Virabrequim
- Eixo de Cames
- Camisa do Cilindro
- Válvulas de Admissão e Escape
- Varetas
- Balanças
- Injetores de Combustível
Acesse o modelo 3D abaixo para aprender sobre todos os principais componentes de um motor e alguma terminologia técnica.
Componentes e Terminologia do Motor
Nota: O tipo de motor mostrado neste modelo 3D utiliza injeção direta de combustível com injetores de combustível common rail.
O vídeo abaixo é um extrato do nosso Curso Online de Noções Básicas sobre Motores de Combustão Interna.
Como Funcionam os Motores de Quatro Tempos
Um motor de quatro tempos requer quatro tempos para completar um ciclo de combustão. Os tempos são:
- Admissão
- Compressão
- Potência (Ignição)
- Escape
Outra maneira de lembrar os tempos e sua ordem é mudar a redação para:
Tempo 1 = Admissão (sugar)
Tempo 2 = Compressão (espremer)
Tempo 3 = Potência (explodir!)
Tempo 4 = Escape (soprar)
Abaixo está um breve resumo sobre o que ocorre em cada estágio do ciclo de combustão:
Tempo de Admissão: Também conhecido como tempo de indução ou admissão. O pistão se move para baixo, puxando ar para dentro do cilindro, através das válvulas de admissão de ar.
Tempo de Compressão: As válvulas de admissão de ar se fecham, e o pistão se move para cima comprimindo o ar dentro do cilindro. O combustível é injetado pouco antes do pistão atingir o topo do cilindro.
Tempo de Ignição: Também conhecido como tempo de potência ou combustão. O combustível é inflamado causando uma explosão controlada. A combustão do combustível causa um aumento de pressão e temperatura dentro do cilindro, o que resulta no pistão sendo empurrado para longe do topo do cilindro.
Tempo de Escape: Os gases de escape são descarregados do cilindro enquanto o pistão se move para cima, do fundo para o topo do cilindro.
Como Funcionam os Motores de Quatro Tempos - Detalhado
Um olhar mais detalhado sobre o que ocorre em cada estágio do ciclo de combustão é dado abaixo.
Tempo de Admissão
O tempo de admissão puxa ar para dentro da camisa do cilindro (espaço de combustão) enquanto o pistão se move para baixo em direção ao ponto morto inferior (PMI). Quando o pistão atinge o PMI, as válvulas de admissão se fecham e o pistão viaja de volta para cima em direção ao ponto morto superior (PMS); este é o tempo de compressão.
Motor de Quatro Tempos com PMS e PMI Indicados
Tempo de Compressão
À medida que o pistão se move em direção ao PMS, o ar no cilindro é comprimido (volume reduz) e sua temperatura e pressão aumentam. Pouco antes do PMS, o combustível é injetado no espaço de combustão. O combustível se inflama e ocorre uma explosão controlada.
Gráfico de Pressão e Volume
Tempo de Potência
Uma vez que a ignição ocorre, o tempo de potência começa. O aumento de pressão e temperatura criado pela combustão empurra o pistão em direção ao PMI. Uma vez no PMI, todo o combustível dentro do espaço de combustão foi queimado e o tempo final do motor está pronto para começar. Outro termo para o 'tempo de potência' é o 'tempo de ignição'.
Tempo de Escape
O tempo de escape é o quarto e último tempo. O pistão se move do PMI para o PMS e expulsa os gases de escape do espaço de combustão através das válvulas de escape. Uma vez que o pistão atinge o PMS, as válvulas de admissão de ar se abrem e as válvulas de escape se fecham um pouco depois (há alguma sobreposição de válvulas para garantir que todo o gás de escape tenha sido removido do espaço de combustão). O ciclo de combustão agora está completo, pois todos os quatro tempos ocorreram.
Motores de Ignição por Faísca e Ignição por Compressão
Motores a gasolina usam velas de ignição para ignição, enquanto motores a diesel utilizam apenas o calor gerado pela compressão. Por esta razão, motores a gasolina são conhecidos como motores de ignição por faísca e motores a diesel são conhecidos como motores de ignição por compressão.
Detalhes do Modelo 3D
Este modelo 3D ilustra cada estágio do ciclo do motor de quatro tempos. Azul indica admissão e compressão enquanto vermelho indica expansão (potência) e escape. As válvulas e outros componentes estão todos corretamente sincronizados para demonstrar todo o processo de quatro tempos.
Recursos Adicionais
http://www.animatedengines.com/otto.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Four-stroke_engine
https://www.merchantnavydecoded.com/four-stroke-engine/