Motor

Como o motor produz energia

O motor é a fonte de energia do automóvel. Converte a energia calorífica produzida pela combustão do carburante em energia mecânica, capaz de imprimir movimento as rodas. O carburante, normalmente constituído por uma mistura de gasolina e ar (a mistura gasosa), é queimado no interior dos cilindros. A mistura gasosa é formada no carburador e admitida nas câmaras de explosão. Os êmbolos que se deslocam dentro dos cilindros comprimem a mistura, que é depois inflamada por uma vela de ignição. À medida que a mistura se inflama, expande-se, empurrando o êmbolo para baixo (tempo de explosão). O movimento dos êmbolos para cima e para baixo é convertido em movimento rotativo pela cambota, ou veio de manivela, a qual, por seu turno, o transmite às rodas através da embraiagem, da caixa de velocidades, do veio de transmissão (em alguns casos) e do diferencial.

Os êmbolos (pistões) estão ligados à cambota pelas bielas, ou tirantes. Uma árvore de cames, também conhecida por veio de excêntricos, ou veio de ressaltos, movida pela cambota, aciona as válvulas de admissão e escape, situadas geralmente na parte superior de cada cilindro. A energia inicial necessária para pôr o motor em movimento é fornecida pelo motor de arranque. Este engrena numa cremalheira que envolve o volante do motor, constituído por um disco pesado, fixado à extremidade da cambota. O motor de arranque é elétrico e faz girar o volante do motor e, portanto, a cambota, a qual faz mover para cima e para baixo as bielas e os êmbolos (pistões). O volante do motor amortece os impulsos bruscos dos êmbolos (pistões) e origina uma rotação relativamente suave da cambota. Devido ao calor gerado por um motor de combustão interna, as peças metálicas que estão em contínuo atrito gripariam se não houvesse um sistema de arrefecimento. Para evitar desgastes e aquecimentos excessivos, o motor inclui um sistema de lubrificação. O óleo, armazenado no cárter, sob o bloco do motor, é obrigado a circular sob pressão através de todas as peças do motor que necessitam de lubrificação.

Divisão das partes principais

A estrutura do motor deve ser suficientemente rígida para poder suportar as elevadas pressões a que são sujeitos os apoios da cambota e as demais peças internas. É constituída basicamente por duas partes ligadas por meio de parafusos, a superior corresponde à cabeça do motor, também conhecida por cabeça dos cilindros, ou culassa, e a inferior, ao bloco do motor, ou dos cilindros, que contém o conjunto da cambota. O bloco, é normalmente de ferro, e a cabeça em alumínio este por ser mais leve e permitir melhor dissipação do calor. 

Quase todos os motores apresentam apresentam as válvulas na cabeça. Na cabeça do motor existe, por cada cilindro uma câmara de explosão, uma conduta de admissão, uma conduta de escape,  uma válvula de escape e admissão, um orifício roscado para alojamento da vela. (Só para lembrar, estou a simplificar, o motor poderá ter mais do que uma válvula de escape ou admissão). 

O motor recebe a mistura gasosa através das válvulas de admissão e expele os gases resultantes da combustão através das válvulas de escape. O mecanismo de abertura e fecho das válvulas situa-se normalmente na parte superior da cabeça do motor. No bloco do motor encontram-se os cilindros e os apoios da cambota, à qual estão ligadas as bielas, que, por sua vez, estão ligadas aos êmbolos (pistões). O bloco do motor pode ainda alojar a árvore cames, que comanda o abrir e o fechar das válvulas. Atualmente o mais usual é ver a árvore cames alojada na cabeça do motor, que é designado por motor de árvore de cames a cabeça. Tanto a cabeça como o bloco do motor contém uma série de condutas, ou câmaras, de água, nas quais circula a água de arrefecimento do motor.

Combustão
Transformação da energia calorífica em energia mecânica

A energia calorífica resultante da combustão da mistura gasosa converte-se em energia mecânica por intermédio dos êmbolos (pistões), bielas e cambota do motor. O rendimento do motor depende da quantidade de energia calorífica que é transformada em energia mecânica. Quanto maior for o volume da mistura de gasolina e ar admitida no cilindro e a compressão dessa mistura, maior será a potência específica do motor. A relação entre volumes de mistura gasosa no cilindro antes e depois da compressão é designada por taxa, ou relação de compressão.
Quando a faísca da vela de ignição inflama a mistura comprimida, a chama deve propagar-se rápida, progressiva e uniformemente na cabeça do êmbolo (pistão) que limita a câmara de explosão. Se a taxa de compressão for demasiado elevada para o tipo de gasolina utilizda, a combustão não será progressiva. A parte da mistura que se encontrar mais afastada da vela de ignição inflamar-se-á violentamente ou detonará. Quando tal sucede, ou quando o motor tem muito avanço à ignição, diz-se que o motor "grila" . Esta detonação poderá causar um aquecimento excessivo, além de perda de rendimento, e, caso persista, danificará o motor. O escessivo aquecimento e a deminuição de rendimento num motor podem também resultar da pré-ignição (auto-ignição, ou auto-alumagem), ou seja inflamação da parte da mistura antes de saltar a faísca, devido à existencia de velas defeittuosas ou de valor térmico inadequado ou à presença na câmara de explosão de carvão que se mantêm continuamente incandescentes. A pré-ignição, tal como a detonação, pode causar danos graves e reduz a potência do motor. Os motores de automóveis, na sua maioria, têm um ciclo de funcionamento de 4 tempos, ou ciclo Otto. Como as válvulas de admissão e escape devem abrir-se apenas uma vez em cada ciclo, a árvore cames que as aciona gira a metade da velocidade de rotação da cambota, que completa duas rotações em cada ciclo de 4 tempos. Nos motores a 2 tempos nos quais se dá uma explosão cada vez que o êmbolo (pistão) desce, ou seja uma vez em cada rotação da cambota. Este ciclo, basicamente mais simples do que o cico de 4 tempos, é bastante utilizado em motociclos. 






O ciclo 4 tempos

Taxa de compressão

Relação existente entre o volume da mistura no cilindro antes e depois da compressão. Se a mistura for reduzida a um nono do seu volume, como acontece num automóvel do tipo médio, a taxa de compressão será de 9: 1.

O cruzamento das válvulas acelera o fluxo dos gases

Poder-se-ía supor que as válvulas deveriam abrir-se e fechar-se quando o êmbolo (pistão) estivesse no ponto mais alto ( ponto morto superior - P.M.S.) ou mais baixo ( ponto morto inferior - P.M.I.) do seu curso. Contudo, na prática, há um ligeiro desfasamento, ou seja um avanço na abertura e um atraso no fecho de cada uma das válvulas. Durante o breve período de tempo em que as duas válvulas permanecem abertas ( a de admissão a começar a abrir e a de escape a concluir o fecho), o fluxo dos gases que abandonam o cilindro ou nele penetram facilita a entrada da mistura gasosa ou a expulsão dos gases de escape.

As setas indicam o sentido de deslocação do êmbolo (pistão), e as linhas coloridas, o tempo em que as válvulas estão abertas. O sincronismo teórico  (ver na imagem) não permite o cruzamento das válvulas.










Ordem de inflamaçao nos cilindros

Os contrapesos da cambota estão dispostos de maneira a proporcionar o melhor equilíbrio possível e a assegurar que a inflamação de cada cilindro produza o seu efeito de forma singular. Num motor de 4 cilindros, se a ordem de ignição fosse de 1, 2, 3, 4, os apoios da cambota e do motor estariam sujeitos a esforços e a vibrações consideráveis. Este esforço é reduzido com uma ordem de ignição de 1, 2, 4, 3, ou 1, 3, 4, 2.

A força motriz

Ao produrzir-se a combustão (explosão) da mistura de gasolina e ar, os êmbolos (pistões), impulsionados pela expansão dos gases, originam a força motriz do motor. Num automóvel de dimenções médias, quando o motor trabalha à velocidade máxima, cada êmbolo (pistão) poderá chegar a efetuar 100 cursos por segundo. Devido a esta rápida sucessão de movimentos ascendentes e descendentes, os êmbolos (pistões) deverão ser resistentes, embora fabricados com material leve uma liga de alumínio, na maioria dos automóveis modernos.