Princípio de Funcionamento do Motor a Combustão Interna Ciclo Otto

O motor a combustão interna ciclo Otto é uma máquina que trabalha com os princípios da termodinâmica e com os conceitos de compressão e expansão de fluidos gasosos para gerar força e movimento rotativo. Criado e patenteado por Nikolaus August Otto, por volta do ano de 1866, este motor funciona com um ciclo de quatro tempos e os mesmos princípios até os dias atuais.

[Imagem: Copyright Serious Wheels]

Esta máquina geradora de força motriz vem evoluindo gradativamente com o avanço da tecnologia e novos estudos aplicados a materiais e combustíveis com o objetivo de deixá-lo com uma eficiência energética maior. Em outras matérias vimos que o motor é composto de vários componentes e estudamos sua função e aplicação no motor, agora é o momento de juntarmos todas as peças e fazer o motor funcionar entendendo o princípio de funcionamento.
O motor de combustão interna é uma máquina que absorve ou admite o ar da atmosfera, o combustível do tanque, une estes dois elementos formando a mistura proporcional de ar mais combustível o mais ideal possível e comprime a mesma em um local denominado câmara de combustão. Depois que esta mistura está comprimida pelo pistão na câmara de combustão o sistema de ignição, sincronizado com o motor, gera uma centelha elétrica nas velas que estão rosqueadas dentro da câmara inflamando a mistura, gerando uma explosão e conseqüentemente um deslocamento de massa empurrando o pistão para baixo e gerando força, torque e movimento rotativo. Quando este processo ocorre é finalizado com a expulsão dos gases queimados para fora do motor. Na verdade o que acabamos de ver foi o princípio de funcionamento do motor com o ciclo de quatro tempos, mas agora, vamos ver este processo mais detalhado analisando as ilustrações com os quatro tempos bem definidos e verificando o funcionamento ligando ao estudo aos componentes do motor.

1° tempo do motor, admissão; vamos entender que neste momento o motor está desligado pronto para receber o movimento inicial do motor de partida que está acoplado ao motor a combustão. Neste mesmo momento vamos colocar o pistão que está ligado à biela e posteriormente ao virabrequim em uma posição na qual conhecemos como P.M.S., ponto morto superior, é o curso máximo que o pistão alcança ao subir dentro do cilindro. Temos que entender também que o eixo virabrequim está ligado e sincronizado com o eixo comando de válvulas através de uma correia dentada, então dizemos, que a parte de baixo do motor que corresponde as peças que estejam dentro do bloco como virabrequim, bielas e pistões estão sincronizados com a parte de cima do motor que corresponde ao cabeçote e suas peças. Neste momento vamos ligar o motor de arranque que se acopla ao volante do motor que também está ligado ao virabrequim e o motor de combustão interna começa a girar. O virabrequim girando começa a movimentar a biela e conseqüentemente o pistão que está no P.M.S. e desce para o P.M.I., ponto morto inferior, que é o curso máximo que o pistão alcança ao descer dentro do cilindro. Como o virabrequim está ligado ao comando de válvulas, este por sua vez começa a acionar, através do “came”, a válvula de admissão no cabeçote permitindo a passagem de ar e combustível vindos do coletor de admissão passando pelos dutos internos do cabeçote. Desta maneira o pistão que está descendo cria uma sucção e aspira o ar mais combustível para o interior do cilindro até que o pistão chegue ao P.M.I. completando o 1° tempo e 180° graus, meia volta do motor.

2° tempo do motor, compressão; quando o pistão inverte o sentido de movimento começa a subir do P.M.I. em direção ao P.M.S. dando início ao segundo tempo do motor. A medida que o virabrequim vai girando empurrando a biela e conseqüentemente o pistão para a parte superior do cilindro, a mistura de ar mais combustível vai sendo comprimida no interior do cilindro e o comando de válvula que antes tinha o seu ressalto ou “came” pressionando a válvula à descer agora passa por ela e mola de válvula retorna a mesma vedando a parte interna do cilindro. Devemos observar que existe uma determinada folga dimensional entre cilindro e pistão para que o mesmo possa deslizar dentro do cilindro, porém, a mistura não pode escapar por esta folga entrando em cena a atuação dos anéis de segmento que vedam esta passagem. Quando o pistão chega ao seu curso máximo, P.M.S., a mistura está toda comprimida sem ter por onde escapar, pois as válvulas estão fechadas e os anéis vedando, então todo o volume aspirado no tempo anterior agora está pressurizado na câmara de combustão finalizando o segundo tempo e completando uma volta completa do virabrequim 360°.

3° tempo do motor, Explosão; agora com o fim do segundo tempo o pistão não tem outra saída a não ser de inverter novamente o sentido de movimento do P.M.S. para o P.M.I., só que agora contando com uma força extra. A mistura comprimida na câmara de combustão recebe uma centelha ou faísca da vela, ocorre um deslocamento de massa devido à explosão dentro da câmara, o pistão é forçado a descer empurrado pela expansão dos gases, com isso, o pistão se desloca do P.M.S. para o P.M.I., mantendo ainda as válvulas do cabeçote fechadas, já que o comando de válvulas não está com nenhum ressalto tocando as válvulas. Na verdade, o terceiro tempo do motor é considerado o principal tempo porque é neste tempo que o motor gera força motriz e torque que será transmitido as rodas por meio de rotação. Quando o pistão chega ao ponto morto inferior P.M.I. encerra-se o terceiro tempo do motor e o virabrequim completa uma volta e meia 540°.

4° tempo do motor, escape; o motor admitiu a mistura no primeiro tempo, comprimiu e explodiu no segundo e terceiro tempo, agora é a vez de colocar os gases resultantes da queima para fora do motor. Neste caso, temos o pistão no fim do terceiro tempo na posição P.M.I., pronto para iniciar o quarto tempo. O comando de válvulas está sincronizado com o virabrequim e o seu ressalto começa a tocar a válvula de escape e o pistão começa a subir empurrando a mistura queimada em direção dos dutos do cabeçote e coletor de escape. Quando o pistão alcança o P.M.S. os gases que se encontravam dentro do cilindro foram expulsos para fora limpando o cilindro, o comando de válvulas encerra sua ação sobre a válvula de escape. Neste momento se encerra o quarto tempo com o motor completando duas voltas 720°. Temos agora um ciclo completo do motor quatro tempos ciclo Otto e enquanto o motor estiver ligado e funcionando este ciclo se repete todas às vezes. No final do quarto tempo do motor o pistão se encontra em P.M.S., exatamente pronto para se iniciar o primeiro tempo novamente quando o mesmo se deslocará para o P.M.I. com o ressalto ou “came” do comando abrindo a válvula de admissão, e assim por diante, dando continuidade a todos os tempos do motor de combustão interna ciclo Otto.

Texto: Gionei da Rocha
Imagem: Alan W. Spring