História


Nicolaus Otto

Nikolaus August Otto nasceu em 1832 em Holzhausen, Alemanha.

Ele deixou a escola aos 16 anos e mudou-se para Colônia. Após ver o motor a gás de carvão desenvolvido pelo francês Jean-Joseph-Étienne Lenoir em 1859, Otto começou suas experiências com os motores de combustão interna.

Em 1864 ele abriu sua empresa perto de Colônia com o industrial alemão Eugen Langen e produziu seu primeiro motor em 1867.

Este primeiro motor era um motor de  2 tempos desenvolvido a partir do motor de Lenoir.

Em 1876 Otto e Langen apresentaram um motor novo de 4 tempos mais eficiente que o anterior que torno-se o motor do ciclo Otto.

Otto patenteou seu ciclo Otto em 1877 e fundou uma empresa que em poucos anos vendeu mais de 35000 motores.

No entanto, em 1886, os competidores invalidaram a patente de Otto mostrando que suas idéias haviam sido propostas anteriormente num artigo obscuro do engenheiro francês Alphonse-Eugène Beau de Rochas.

Em 1890, Wilhelm Maybach and Gottlieb Daimler, dois engenheiros da empresa de Otto, abriram uma outra empresa para produzir automóveis com motores de ciclo Otto. O primeiro automóvel Mercedes foi produzido em 1899.

Rudolf Christian Karl Diesel


Rudolf Cristian Karl Diesel nasceu na Alemanha em 1858. Formou-se em engenharia na Escola Politécnica de Munique após estudar na Inglaterra. Em 1892, ele patenteou um motor que utilizava o calor gerado pela compressão do ar no cilindro para detonar o combustível injetado na câmara de combustão.

Ele faleceu em 1913 quando caiu ao mar durante uma viagem para a Inglaterra através do Canal da Mancha.

O sucesso do motor Diesel começou com a venda dos direitos da sua patente ao redor do mundo.

A empresa Sulzer Brother da Suíça fez um acordo de licenciamento com Diesel e começou a produzir motores 2 tempos para navios. Estes motores vieram a substituir os motores a vapor e continuam a dominar a propulsão naval no mundo.

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Motor Ciclo Otto

Motor Ciclo Diesel

Motor Quatro Tempos

Motor Dois Tempos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Introdução

Os motores de combustão interna foram concebidos e desenvolvidos no final do século 19 e são considerados uma das mais importantes invenções da humanidade devido à sua aplicação em diversos setores da vida moderna.

Eles competem com os motores elétricos, turbinas a gás e turbinas a vapor em diversas aplicações.

A grande evolução tecnológica ocorrida nos últimos 100 anos foi o aumento da eficiência e a diminuição nas emissões. Atualmente, é possível encontrar motores com 50% de eficiência, sendo  as máquinas térmicas mais eficientes encontradas no mercado.

Os motores de combustão interna podem ser classificados de acordo com a Tabela abaixo e podem utilizar combustíveis líquidos ou gasosos.

Ciclo

Tempos

 

2

4

Otto

x

x

Diesel

x

x

O ciclo Otto foi desenvolvido por Nikolaus Otto (1832-1891), que inventou o motor com combustão por ignição em 1876.

Normalmente, o motor que utiliza este ciclo necessita de uma ação externa para iniciar a combustão.

Uma solução muito utilizada é a faísca elétrica produzida por uma corrente elétrica. Todos nós conhecemos esta solução como a vela de ignição dos motores de automóveis.

Porém, outras soluções são possíveis. Por exemplo, pode-se utilizar outro tipo de combustível para iniciar a combustão do combustível principal.

O ciclo Diesel foi desenvolvido por Rudolph Diesel (1858-1913) que criou, em 1897, o motor com combustão por compressão.

Ambos os ciclos podem operar com motores a 2 tempos ou 4 tempos.

 

O motor de 2 tempos funciona com uma explosão a cada revolução do eixo enquanto o motor de 4 tempos funciona com uma explosão a cada duas voltas do eixo.

Os motores de 2 tempos são menores do que os motores de 4 tempos de mesma potência e velocidade.

No entanto, como a admissão de combustível é feita simultaneamente com a exaustão dos gases de combustão, suas emissões são mais elevadas. Por isso, os motores de 2 tempos não são mais utilizados em automóveis.

Contudo, grandes motores de 2 tempos ainda são utilizados na propulsão de navios onde sua baixa rotação é ideal para acoplamento direto com os hélices.

Devido às questões de emissões, os motores de 4 tempos dominam praticamente todo o mercado de geração de energia elétrica.

Contudo, motores de 2 tempos ainda podem ser encontrados em geração de energia em regiões onde a questão das emissões ainda não está sendo considerada.

Finalmente, os motores de combustão interna também são classificados de acordo com a velocidade.

Tipo Rotação
Baixa Rotação <300 rpm
Média Rotação 300 <> 1000 rpm
Alta Rotação >1000 rpm

Os motores de baixa rotação são normalmente de 2 tempos e os outros são normalmente de 4 tempos.

O princípio básico de funcionamento dos motores de combustão interna pode ser visto na figura abaixo.


 

Onde:

b- Diâmetro do pistão (Bore);
l - Comprimento da biela ( Connecting rod);
a- raio do virabrequim (crankshaft);
s - Comprimento (Stroke);
Tdc - Ponto Morto Superior (Top Dead center);
Bdc - Ponto Morto Inferior (Bottom Dead Center);
θ - é o ângulo do virabrequim.

As características do motor de combustão interna são determinadas parâmetros termodinâmicos e geométricos.

O Stroke - S - é duas vezes o raio do virabrequim - a.

O Ponto Morto Superior representa a referência zero para o ângulo do virabrequim e, nesta posição,  o volume no cilindro atinge seu valor mínimo, denominado de volume de folga ( Clearance Volume - Vc).

O Ponto Morto Inferior representa o ângulo de virabrequim de 180° e o volume máximo do cilindro - V1.

A Taxa de Compressão - r- é definida como sendo a relação entre o volume máximo e mínimo da seguinte maneira:

eq taxa compressão motores

É importante observar que a taxa de compressão dos motores é uma relação de volume enquanto nas turbinas a gás a taxa de compressão é uma relação de pressões.

O volume de deslocamento do motor - Vd- é a variação de volume do cilindro vezes o número de cilindros do motor - nc. Este volume é normalmente expresso em litros ou cm3  e está diretamente relacionado com o torque da máquina.

eq vd

O trabalho realizado pelo pistão é dado pelo produto do volume de deslocamento pela pressão média efetiva do ciclo (mean effective pressure) - Pmep.

eq t motor

Outro parâmetro de projeto importante do motor é a velocidade média do pistão. Como o pistão percorre duas vezes a distância s por volta, a velocidade média será dada por:

eq velo pistao

A potência do motor será dada pelo produto do torque vezes a velocidade.

eq P motor

Onde nt é o número de tempos do motor as constantes finais são apenas para converter as unidades.

A eficiência do Ciclo Otto depende da taxa de compressão do motor, da relação de calor específico e é dada por;

eq rend motor