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Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Introdução a Motores a Pistão
Motores do tipo Quatro TemposMotores do tipo Dois Tempos
Profa Cristiane Aparecida MartinsEngenharia Aeronáutica
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Tópicos Abordados
● Conceitos Básicos da Propulsão a Hélice em Motores a Pistão;
● Descrição Geral de Motores a Pistão;
● Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos;
● Ciclo de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos;
● Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Dois Tempos;
● Ciclo de Funcionamento de Motores a Pistão Dois Tempos;
● Parâmetros Geométricos de Motores a Pistão;
● Sobre-Alimentação de Motores a Pistão;
● Classificação de Motores a Pistão;
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
O grupo moto-propulsor de uma aeronave baseada em motores a pistão é
formado por um elemento motor e um elemento propulsivo;
O elemento motor corresponde ao motor a pistão propriamente dito, cuja
finalidade é gerar potência de eixo, na forma de torque, para acionamento
do elemento propulsivo;
O elemento propulsivo corresponde a hélice, cuja finalidade é gerar
força propulsiva para movimentação da aeronave, na direção de vôo, a partir do
torque entregue pelo motor;
A força propulsiva gerada pela hélice, denominada tração ou empuxo
(em inglês, propeller traction ou thrust), é resultado do efeito aerodinâmico
de sustentação gerada pelas pás da hélice em movimento rotativo, visto
que as pás da hélice são aerofólios aerodinâmicos;
Definição de Grupo Moto-Propulsor Baseado em Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Conceitos Básicos da Propulsão a Hélice em Motores a Pistão
Grupo Moto-Propulsor a Hélice
Aeronave com Motor a Pistão e Hélice
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Descrição Geral de Motores a Pistão
Motor a Pistão Aeronáutico
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Descrição Geral de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
pistão cilindro
Descrição Geral de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
válvulas
biela
eixo de manivelas
Descrição Geral de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
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Descrição Geral de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
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Os motores a pistão são, na sua maioria, motores do tipo quatro tempos e
operam em um ciclo sequencial alternativo;
Os tempos de funcionamento são nomeados de acordo com a ordem
sequencial em ocorrem ao longo de um ciclo;
● primeiro tempo: admissão;
● segundo tempo: compressão;
● terceiro tempo: combustão ou tempo motor;
● quarto tempo: escapamento.
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
Introdução a Motores a Pistão
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Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
Introdução a Motores a Pistão
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primeiro tempo: ADMISSÃO
No tempo admissão ocorre a entrada da mistura
combustível no cilindro.
A mistura é admitida no cilindro através da
depressão causada pelo movimento descendente do
pistão, com a válvula de admissão aberta e a válvula
de escapamento fechada.
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
Introdução a Motores a Pistão
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segundo tempo: COMPRESSÃO
Após completada a admissão da mistura, essa é
comprimida devido ao movimento ascendente do
pistão, com as válvulas de admissão e escapamento
fechadas.
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
Introdução a Motores a Pistão
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No terceiro tempo, também chamado de tempo
motor, ocorre a ignição e combustão da mistura;
Nesse tempo, as válvulas de admissão e
escapamento permanecem fechadas e os gases de
combustão são expandidos dentro do cilindro,
forçando o pistão em movimento para baixo;
Os motores cuja ignição da mistura é iniciada por
centelhamento na vela de ignição, operam segundo o
ciclo termodinâmico Otto;
Os motores cuja ignição da mistura é iniciada pela
compressão, operam segundo o ciclo Diesel.
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
terceiro tempo: COMBUSTÃO OU TEMPO MOTOR
Introdução a Motores a Pistão
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quarto tempo: ESCAPAMENTO
No quarto tempo ocorre a expulsão dos gases do
cilindro através do movimento ascendente do pistão;
Esse tempo ocorre com a válvula de escapamento
aberta e a válvula de admissão fechada.
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
Introdução a Motores a Pistão
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Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
A introdução da mistura ar-combustível, para dentro do cilindro, e a
retirada dos gases queimados, para fora do cilindro, são controlados através de
válvulas móveis, que abrem e fecham ao longo do ciclo;
A(s) válvula(s) que controlam o processo de entrada da mistura ar-
combustível são chamadas de válvulas de admissão. A(s) válvula(s) que
controlam o processo de retirada dos gases queimados são chamadas de
válvulas de escapamento;
A abertura e fechamento das válvulas são controlados através de um eixo
comando de válvulas, o qual gira em sincronismo ao eixo do motor;
As válvulas permanecem naturalmente fechadas por ação de uma mola,
entretanto, o eixo comando de válvulas é dotado de ressaltos que
empurram as válvulas para baixo, gerando a abertura das válvulas;
Introdução a Motores a Pistão
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eixo comando de válvulas
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
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válvula de admissão
válvula de escapamento
tempo do ciclo
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
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Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
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Em cada tempo de funcionamento do motor o pistão desloca-se
linearmente de um ponto a outro dentro do cilindro;
A distância percorrida linearmente pelo pistão a cada tempo é chamada
de curso do pistão (em inglês, stroke). O ponto mais inferior do curso do
pistão é chamado de ponto morto inferior PMI e o ponto mais superior
do curso é chamado ponto morto superior PMS;
Cada curso linear do pistão corresponde a curso angular do eixo de
manivelas de 180º. Para um motor quatro tempos mono-cilindro, cada ciclo do
motor equivale a duas voltas do eixo de manivelas ou 720º, ou seja 4 cursos
angulares de 180º;
Na admissão o eixo de manivelas totaliza um giro de 180º, na
compressão 360º, na combustão 540º e no escapamento 720º;
Ciclo de Funcionamento de Motores a Pistão Quatro Tempos
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Para um motor mono-cilindro, somente no tempo motor é desenvolvido
trabalho útil no motor;
Nos demais tempos ao longo do ciclo, o motor continua o movimento
através da inércia dos componentes principais do motor, como o eixo de
manivelas, biela e pistão;
Motor Quatro Tempos Mono-Cilindro: A energia liberada durante o
tempo motor deve ser suficiente para acionar a hélice, acessórios do motor, e
ainda movimentar, por inércia, todo o conjunto pistão-biela até a combustão
do próximo ciclo;
Motor Quatro Tempos Multi-Cilindros: Consiste da utilização de dois
ou mais cilindros no motor, para aumentar a energia liberada dentro do
motor por ciclo de funcionamento, através de mais tempos motores;
Considerações sobre o Funcionamento de Motores Quatro Tempos
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Para aumentar a potência e eficiência do motor utilizam-se mais cilindros:
Para um motor quatro tempos mono-cilindro:
1 ciclo = 2 rotações = 1 tempo de trabalho útil
Para um motor quatro tempos de dois cilindros:
1 ciclo = 2 rotações = 2 tempos de trabalho útil
Para um motor quatro tempos de quatro cilindros:
1 ciclo = 2 rotações = 4 tempos de trabalho útil
Para um motor quatro tempos de oito cilindros:
1 ciclo = 2 rotações = 8 tempos de trabalho útil
Considerações sobre o Funcionamento de Motores Quatro Tempos
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Ciclo de Funcionamento de um Motor Quatro Tempos com Quatro Cilindros
Considerações sobre o Funcionamento de Motores Quatro Tempos
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No motor quatro tempos a lubrificação das partes móveis como biela,
pistão, eixo de manivelas e eixo comando de válvulas são realizadas por
um óleo lubrificante;
O lubrificante fica armazenado no cárter, na parte inferior do motor, e é
bombeado para as partes do motor através de uma bomba de óleo;
A bomba de óleo é acionada através do movimento do eixo de manivelas,
consumindo parte da potência gerada pelo motor;
O lubrificante não entra em contato direto com a mistura combustível,
sendo separado da parte superior do motor, onde ocorre a combustão, através de
anéis de vedação na superfície do pistão;
Em alguns casos, pode-se utilizar ainda um radiador de óleo para
refrigeração do lubrificante que circula dentro do motor;
Considerações sobre a Lubrificação de Motores Quatro Tempos
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A refrigeração do motor pode ser realizada através do escoamento de ar
proveniente do movimento do veiculo ou através de um sistema de
refrigeração à água;
No caso da refrigeração através do escoamento de ar (geralmente
utilizada em aeronaves), o ar é captado geralmente pela parte frontal do
motor e os cilindros possuem aletas na superfície externa, a fim de aumentar
a dissipação de calor;
No caso de refrigeração à água, a água circula internamente a estrutura
do motor em galerias, sendo posteriormente resfriada em um trocador de
calor, conhecido como radiador, posicionado externamente ao motor;
Nesse caso, á água é bombeada do radiador para o motor e do motor
para o radiador através de uma bomba acionada pelo eixo de manivelas;
Considerações sobre a Refrigeração de Motores Quatro Tempos
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VL volume livre do cilindro (clearance volume)
VD volume deslocado pelo pistão (displaced volume)
B diâmetro da cabeça do pistão (bore)
L curso do pistão (stroke)
PMS linha do ponto morto superior
PMI linha do ponto morto inferior
a raio do eixo de manivelas (crank radius)
r comprimento da biela (connecting rod length)
s distância do pino do pistão ao eixo de manivelas
ângulo de movimento do pistão
Parâmetros Geométricos de Motores a Pistão Quatro Tempos
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Razão de Compressão (RC): Razão entre o volume total do cilindro com
o pistão no PMI (volume deslocado mais o volume livre do cilindro) e o
volume livre do cilindro com o pistão no PMS
L
DL
V
VVRC
L
D
V
V1RC
VL
VD
VL
Parâmetros Geométricos de Motores a Pistão Quatro Tempos
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Volume Deslocado no Cilindro (Displaced Volume): Corresponde ao
volume que é deslocado pelo pistão, durante o movimento do PMS até o
PMI, o qual depende do curso do pistão, distância linear da linha do PMS
ao PMI, e do diâmetro da cabeça do pistão;
Para um motor a pistão, geralmente é apresentado, nas especificações
técnicas desse motor, o volume total deslocado em todos os cilindros. Para
determinar o volume deslocado em cada cilindro é necessário dividir o volume
total deslocado pelo número de cilindros;
Comercialmente, o volume total deslocado do motor é expresso pela
simbologia 2.0, que corresponde a um volume total deslocado de 2L;
Do ponto de vista matemático, o volume deslocado em cada cilindro
deve ser expresso na unidade de volume do SI, m3.
Parâmetros Geométricos de Motores a Pistão Quatro Tempos
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● RC ~ razão de compressão [-]
L
D
L
DL
V
V1
V
VVRC
● VD ~ volume deslocado no cilindro [m3]
● L ~ curso do pistão (stroke) [m]
● B ~ diâmetro do pistão (bore) [m]
L4
B πV
2
D
Parâmetros Geométricos de Motores a Pistão Quatro Tempos
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Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Dois Tempos
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primeiro tempo: ADMISSÃO, COMPRESSÃO
Durante o movimento ascendente, o pistão comprime a mistura na parte
superior do cilindro, admitindo uma nova mistura pela rarefação na parte
inferior do cilindro. Ao final da compressão, ocorre a ignição da mistura na
parte superior do cilindro.
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Dois Tempos
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Durante a combustão o pistão é forçado a um movimento descendente,
empurrando a mistura admitida da parte inferior do motor para a parte superior.
Essa mistura em ascensão auxilia na expulsão dos gases de combustão para
fora do cilindro.
segundo tempo: COMBUSTÃO E ESCAPAMENTO
Principio de Funcionamento de Motores a Pistão Dois Tempos
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Vantagens do Motor Dois Tempos em Relação ao Quatro Tempos:
O motor dois tempos é mais simples construtivamente, pois não possui
válvulas móveis, e conseqüentemente, não necessita de eixo comando de
válvulas e acessórios do eixo comando;
Um motor dois tempos é mais leve e mais potente do que um motor
quatro tempos de volume equivalente;
Para um motor mono-cilindro, o motor do tipo dois tempos produz um
tempo motor a cada rotação do motor; O motor quatro tempos produz
um tempo motor para cada duas rotações do motor;
O custo de aquisição e manutenção é menor, sendo mais indicado para
automóveis leves (motos) e aeronaves de pequeno porte, (ultra-leves)
Comparação entre Motores Quatro Tempos e Dois Tempos
Introdução a Motores a Pistão
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Desvantagens do Motor Dois Tempos em Relação ao Quatro Tempos:
O motor dois tempos é menos econômico em combustível porque uma
parte da mistura admitida é expulsa junto com os gases queimados;
Uma parte dos gases queimados permanece no cilindro, contaminando a
mistura admitida no ciclo seguinte;
O aquecimento do motor é maior devido ao maior número de combustões;
A lubrificação é deficiente visto que o lubrificante é diluído no
combustível, devido a ausência de cárter exclusivo para o óleo;
A sensibilidade do motor dois tempos é maior em relação a condições
atmosféricas, ocorrendo grande perda de potência para pequenas variações
de altitude;
Comparação entre Motores Quatro Tempos e Dois Tempos
Introdução a Motores a Pistão
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Sistema de Ignição de Motores a Pistão
O processo de combustão dentro dos cilindros de motores a pistão pode
ser iniciado de duas formas: por centelhamento de uma vela de ignição
ou pela própria compressão da mistura ar-combustível no cilindro;
Em motores com ignição por centelhamento, considerando o motor já
em funcionamento, o centelhamento é gerado de forma auto-sustentada
através do movimento do motor;
O sistema de ignição desse motores é basicamente formado por um
elemento elétrico chamado magneto e um distribuidor de ignição;
Com a rotação do motor, gera-se um campo eletromagnético nos imãs do
magneto, gerando pulsos de alta tensão que são transmitidos de forma
adequada às velas de ignição, através do distribuidor de ignição, na sequência
de ignição dos cilindros;
Introdução a Motores a Pistão
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Sistema de Ignição de Motores a Pistão
Motor a Pistão com Ignição por Magneto
Magneto
Introdução a Motores a Pistão
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Sistema de Ignição de Motores a Pistão
Em motores com ignição por compressão, a mistura ar-combustível ao
ser comprimida, no segundo tempo de funcionamento do motor, entra em
combustão espontaneamente;
O processo de ignição por compressão ocorre devido ao aumento de
temperatura da mistura durante a compressão, diferentemente do processo
por centelhamento, que ocorre devido ao calor da centelha;
Os motores cujo funcionamento é baseado em ignição por centelhamento
são motores que operam de acordo com o ciclo termodinâmico Otto, e
utilizam como combustíveis geralmente a gasolina ou etanol;
Os motores cujo funcionamento é baseado em ignição por compressão
são motores que operam de acordo com o ciclo termodinâmico Diesel, e
utilizam como combustíveis geralmente o óleo Diesel ou querosene;
Introdução a Motores a Pistão
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Com o motor desligado, não existe movimento no magneto para geração
dos pulsos de alta tensão nem compressão para ignição;
Para iniciar o movimento do motor de forma contínua, um sistema de
partida deve ser utilizado para promover as primeiras rotações do motor, a
fim de energizar os magnetos e as velas de ignição;
Os motores aeronáuticos mais antigos são acionados através um
“empurrãozinho” inicial da hélice, efetuado pelas mãos de um operador
externo (o que é extremamente perigoso!);
Com o aumento do tamanho dos motores, tornou-se necessário a
utilização de sistemas mecânicos para acionamento dos motores, baseados
em motores de partidas elétricos, ou starters, acionados pela bateria da
aeronave (de forma semelhante aos motores automotivos);
Sistema de Partida de Motores a Pistão
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Motor a Pistão Acionado por Starter
Starter Elétrico
Sistema de Partida de Motores a Pistão
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Sistemas de Alimentação de Combustível
O sistema de alimentação de combustível utilizados em motores a pistão
podem ser de dois tipos: alimentação por gravidade ou por pressurização;
Nos Sistemas de Alimentação de Combustível por Gravidade o
combustível é transferido do tanque de combustível para o sistema de injeção de
combustível sob a ação da força da gravidade;
Esse sistema é comumente utilizado em aeronaves de asa alta, com
tanques de combustível localizados nas asas, devido a posição elevada
do tanque em relação ao motor;
Geralmente a aeronave com alimentação por gravidade possui
limitações de manobrabilidade, por causa do sentido do fluxo de
combustível (para baixo), sendo utilizados somente em pequenas aeronaves
civis, como por exemplo, ultraleves;
Introdução a Motores a Pistão
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Sistemas de Alimentação de Combustível
Nos Sistema de Alimentação de Combustível por Pressurização o
combustível é transferido do tanque para o sistema de injeção via bomba
de combustível (geralmente mecânica, acionada pelo motor);
Esse sistema de alimentação é utilizado na grande maioria das aeronaves
comerciais, de pequeno a grande porte, e em aeronaves militares;
Como o fluxo de combustível para o motor ocorre devido a pressão de
bombeamento, as aeronaves podem executar qualquer tipo de manobra
sem o risco de interrupção no fornecimento de combustível para o motor;
No caso de aeronaves acrobáticas, as quais realizam manobras abruptas
e vôo invertido, o sistema de alimentação deve ser necessariamente por
pressurização, sob pena de o motor parar de funcionar por falta de
combustível em determinadas atitudes de vôo;
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Sistemas de Alimentação de Combustível
Alimentação por Gravidade Alimentação por Pressurização
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Sistemas de Injeção de Combustível
Os sistemas de injeção de combustível são responsáveis por introduzir o
combustível proveniente dos tanques dentro do motor;
Com relação ao método de injeção e de preparação da mistura
combustível, os sistemas de injeção podem ser basicamente de 3 (três)
tipos: via carburador, injeção indireta e injeção direta de combustível;
● Sistema de Injeção via Carburador: sistema básico de injeção no qual
o combustível é succionado pelo ar admitido pelo motor, os quais são
misturados ainda no coletor de admissão do motor;
● Sistema de Injeção Indireta: sistema no qual o combustível sob
pressão é pulverizado e misturado ao ar ainda no coletor de admissão;
● Sistema de Injeção Direta: sistema no qual o combustível sob pressão
é injetado diretamente dentro do cilindro, após o tempo de compressão;
Introdução a Motores a Pistão
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No Sistema de Injeção via Carburador o combustível injetado dentro do
motor é dosado através da quantidade de ar que é aspirada pelo motor;
O ar admitido pelo motor atravessa um bocal convergente-divergente
(tubo venturi) dentro do carburador, gerando uma zona de baixa pressão
em uma das extremidades de um diafragma dosador de combustível;
Quanto maior for a quantidade de ar aspirada pelo motor, maior será a
diferença de pressão entre as extremidades do diafragma, aumentando a
quantidade de combustível injetada no motor;
O combustível é misturado ao ar no coletor de admissão antes de entrar
no cilindro do motor, durante o processo de admissão do motor;
O piloto controla somente a quantidade de ar aspirada pelo motor através
de uma borboleta de aceleração, conectada a manete a potência;
Sistema de Injeção de Combustível via Carburador
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Sistema de Injeção de Combustível via Carburador
Esquema de Funcionamento do Carburador de Injeção
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Sistema de Injeção Indireta de Combustível
No Sistema de Injeção Indireta o combustível sob pressão é pulverizado
diretamente no coletor de admissão do motor através de bicos injetores;
O controle da quantidade de combustível pulverizada é realizado através
uma unidade mecânica, acionada pelo movimento do motor, a qual dosa
o combustível em função da quantidade de ar aspirada pelo motor;
Uma válvula distribuidora de fluxo, chamada de “aranha”, distribui o fluxo
de combustível em partes iguais para cada cilindro;
Esse sistema de injeção é dito do tipo “injeção indireta” porque a mistura
ar-combustível é preparada antes de entrar nos cilindros, ainda no
coletor de admissão do motor;
Na prática, o sistema de injeção via carburador também é um sistema de
injeção indireta, entretanto, com princípio de funcionamento diferente;
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Sistema de Injeção Indireta de Combustível
Esquema de Funcionamento do Sistema de Injeção Indireta
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Sistema de Injeção Direta de Combustível
No Sistema de Injeção Direta o combustível sob pressão é injetado e
pulverizado diretamente dentro dos cilindros;
O controle da quantidade de combustível pulverizada ainda é realizado
através uma unidade mecânica, acionada pelo movimento do motor, a qual dosa
o combustível em função da quantidade de ar aspirada;
O combustível depois de passar pela unidade de controle é
pressurizado a altas pressões, sendo injetado por uma bomba injetora;
Uma diferença desse sistema em relação ao sistema de injeção indireta é
que a bomba injetora está após a unidade de controle de combustível;
Esse sistema de injeção é dito do tipo “injeção direta” porque a mistura
ar-combustível é preparada dentro dos cilindros, durante o processo de
admissão do motor;
Introdução a Motores a Pistão
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Sistema de Injeção Direta de Combustível
Esquema de Funcionamento do Sistema de Injeção Direta
Introdução a Motores a Pistão
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A potência de um motor a pistão esta diretamente relacionada com a
quantidade mássica de ar admitida pelo motor por ciclo;
Como a densidade do ar, que corresponde a quantidade ar por unidade
de volume, decresce com o aumento da altitude, a potência de um motor a
pistão diminui com aumento da altitude de vôo;
De uma forma geral, a potência de um motor a pistão quatro tempos ao
nível do mar decai pela metade a 18000ft de altitude e decai a um quinto a
30000ft de altitude;
A solução é aumentar a quantidade de ar entregue ao motor em relação
a quantidade que esse é capaz de aspirar naturalmente. Esse processo
de aumento da quantidade de ar é realizado através de um sistema de
sobre-alimentação, utilizando um compressor de ar.
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Os compressores de ar empregados em motores a pistão aeronáuticos
são comumente compressores dinâmicos centrífugos, ou seja, o
escoamento muda de direção axial para radial ao longo do compressor;
Construtivamente, esses sistemas são compostos basicamente por um
rotor, que acelera o escoamento incidente de ar, e por um difusor, o qual
converte a energia cinética gerada no rotor em pressão;
Os compressores são utilizados para aumentar a pressão de ar na
admissão do motor, conseqüentemente aumentando a quantidade de massa por
unidade de volume, compensando o efeito da altitude de vôo;
Os rotores dos compressores podem ser ligados diretamente no eixo de
manivelas do motor, como nos sistemas superchargers, ou ao eixo de
uma turbina de potência, como nos sistemas turbochargers;
Introdução a Motores a Pistão
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No sistema supercharger, o compressor rotativo esta conectado
diretamente ao eixo de manivelas do motor, dentro do bloco do motor,
sendo acionado pelo movimento do motor;
Dentre as vantagens do supercharger: o compressor é mais simples e
robusto construtivamente do que no sistema turbocharger; a razão de pressão
imposta pelo compressor é maior, fornecendo uma quantidade de massa
maior do que no sistema turbocharger;
Dentre as desvantagens do supercharger: o compressor esta conectado
ao eixo de manivelas do motor consumindo potência de eixo; a rotação
do compressor esta limitada à rotação do motor; em baixa rotações o
compressor operam com baixas eficiências termodinâmicas; para grandes
rotações do compressor deve-se utilizar um multiplicador de velocidade;
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
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Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Motor com Sobre-Alimentação
do tipo Supercharger
Introdução a Motores a Pistão
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No sistema turbocharger, o compressor rotativo é acionado coaxialmente
por uma turbina de potência montada no coletor de escapamento, em
uma estrutura independente do bloco do motor;
Dentre as vantagens do turbocharger: o conjunto rotor compressor-
turbina, por ser independente do eixo de manivelas do motor, pode operar
em rotações elevadas (~1000000rpm), aumentando a eficiência
termodinâmica do sistema de sobre-alimentação; intercambialidade entre um
dado motor e diferentes turbocompressores, permitindo maior flexibilidade de
potência;
Dentre as desvantagens do turbocharger: como o conjunto rotor opera
em altas rotações, as falhas estruturais geralmente são catastróficas para o
motor; restrição do fluxo de escapamento pela turbina;
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
turbina
compressor
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Motor com Sobre-Alimentação
do tipo Turbocharger
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
O processo de aumento de pressão do ar, ao atravessar o compressor de
um sistema de sobre-alimentação, gera também aumento de temperatura;
O aumento de temperatura durante o processo de admissão tende a
reduzir a potência máxima do motor e induz também ao aparecimento do
fenômeno de detonação do combustível, o qual ocorre quando a mistura
ar-combustível entra em combustão antes do centelhamento;
Para reduzir a temperatura do ar comprimido pelo compressor é utilizado
um elemento trocador de calor, chamado de intercooler, o qual resfria o
ar comprimido antes desse entrar no motor;
O processo de resfriamento pelo intercooler, apesar de gerar uma
pequena redução de pressão no ar recém-comprimido, evita a detonação
do combustível, a qual pode danificar o motor;
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Esquema de Funcionamento do Sistema Turbocharger com Intercooler
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Sobre-Alimentação de Motores a Pistão
Motores Aeronáuticos Sobre-Alimentados com Intercooler
turbocharger
intercooler
supercharger
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
Classificação dos Motores a Pistão Aeronáuticos
Classificação com Base na Disposição dos Cilindros;
Classificação com Base no Processo de Admissão de Ar;
Classificação com Base no Método de Preparação da Mistura;
Classificação com Base no Método de Ignição da Mistura;
Classificação com Base na Refrigeração do Motor;
Classificação com Base na Posição do Elemento Propulsivo;
Classificação com Base no Acionamento do Elemento Propulsivo;
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
motor a pistão de cilindros radiais
Classificação com Base na Disposição dos Cilindros
Introdução a Motores a Pistão
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motor a pistão de cilindros em linha
Classificação com Base na Disposição dos Cilindros
Introdução a Motores a Pistão
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motor a pistão de cilindros em V
Classificação com Base na Disposição dos Cilindros
Introdução a Motores a Pistão
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motor a pistão de cilindros opostos horizontalmente
configuração também denominada boxer
Classificação com Base na Disposição dos Cilindros
Introdução a Motores a Pistão
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Os motores a pistão podem ser classificados em naturalmente aspirados
e sobre-alimentados, no caso de motores sobre-alimentados esses
podem ser do tipo supercharger ou turbocharger;
Classificação com Base no Método de Preparação da Mistura
Os motores a pistão podem ser de injeção carburada (motores a
gasolina), injeção indireta no coletor de admissão (motores a gasolina e
etanol) ou injeção direta dentro do cilindro (motores Diesel ou querosene);
Classificação com Base no Método de Ignição da Mistura
Os motores a pistão podem ser do tipo ignição por centelhamento
(motores baseados no ciclo Otto) e do tipo ignição por compressão (motores
baseados no ciclo Diesel);
Classificação com Base no Processo de Admissão de Ar
Introdução a Motores a Pistão
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Motor Refrigerado a Ar Motor Refrigerado a Água
Classificação com Base na Refrigeração do Motor
Os motores a pistão podem ser refrigerado a ar, como no caso dos
motores radiais de grande área frontal, ou refrigerados a água, como os
motores horizontais, em linha ou em V, de grande comprimento;
Introdução a Motores a Pistão
Propulsão AeronáuticaAgosto-2014
configuração de motor pullerhélice posicionada na parte frontal da aeronave
Classificação com Base na Posição do Elemento Propulsivo
Introdução a Motores a Pistão
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Classificação com Base na Posição do Elemento Propulsivo
configuração de motor pusherhélice posicionada na parte traseira da aeronave
Introdução a Motores a Pistão
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Classificação com Base na Posição do Elemento Propulsivo
configuração de motor pusher-pullerhélice posicionada na parte frontal e traseira da aeronave
Introdução a Motores a Pistão
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configuração de hélice acionada diretamente pelo motorhélice acionada diretamente pelo eixo de manivelas do motor
Classificação com Base no Acionamento do Elemento Propulsivo
Introdução a Motores a Pistão
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Classificação com Base no Acionamento do Elemento Propulsivo
configuração de hélice acionada por caixa de reduçãohélice acionada através de sistema de redução de velocidade