Rendimento e Arquitetura de Motores de Combustão

Rendimento de Calor

O rendimento térmico será maior quanto maior for a temperatura atingida na combustão e quanto menor for a perda de calor. A quantidade de calor obtido é uma função da massa de combustível consumido por unidade de tempo e do seu poder calorífico. O desempenho térmico pode ser definido como a relação entre a potência ativa e as perdas de energia térmica do combustível através dos gases de escape.

• Motores Otto: Aproximadamente 35% de rendimento.
• Motores Diesel: Aproximadamente 30% de rendimento.
• Sistema de refrigeração: Evacua cerca de 30% do calor em ambos os tipos de motor.

Dos 100% da energia que possui o poder calorífico da combustão do combustível, os motores de combustão interna são capazes de transformar somente entre 35% e 50% em energia térmica útil.

Performance Mecânica

Expressa-se como a razão entre a potência efetiva (que é obtida no eixo do motor) e a potência indicada (obtida no diagrama que expressa o trabalho interno dentro do cilindro, sem as perdas mecânicas envolvidas). As perdas de caráter mecânico consideradas na determinação do desempenho mecânico são:

• A energia usada para transmitir o movimento do pistão ao eixo de saída, principalmente pelo atrito entre os segmentos, o cilindro, os mancais de fricção e as peças do virabrequim.
• A energia consumida por dispositivos auxiliares como o sistema de distribuição, a bomba de água e a bomba de óleo.
• A energia usada para inserir e remover os gases no cilindro.

O conjunto mecânico apresenta uma perda entre 10% e 15%.

Rendimento Efetivo

É o equilíbrio entre as perdas totais e os 100% da energia consumida do combustível. O resultado da performance real do motor é:

• Motor Otto: Perdas térmicas de 60-65%; Perdas mecânicas de 10-15%; Perdas totais de 70-75%; Rendimento eficaz de 30%.
• Motor Diesel: Perdas térmicas de 50-60%; Perdas mecânicas de 10-15%; Perdas totais de 60-70%; Rendimento eficaz de 30-40%.

Eficiência Volumétrica

Definida como o grau de eficácia com que se pode encher o cilindro. É expressa como a relação entre a massa de gás que entra no cilindro em um ciclo e a massa teórica que caberia no volume do cilindro.

Rendimento do Motor

A energia química contida no combustível é transformada em calor por combustão; consequentemente, o aumento da pressão faz com que o deslocamento do pistão gere energia mecânica. Nem toda a energia do combustível se transforma em trabalho útil. As perdas principais são:

• Perdas de calor: Produzidas pelo sistema de refrigeração e radiação de calor para o exterior.
• Gases de escape: Grande parte do calor é evacuado através deles.
• Perdas mecânicas: Devido à fricção das peças em movimento e acionamento de dispositivos auxiliares (bomba de água, etc.).
• Perdas químicas: Impulsionadas por uma combustão incompleta.

Torque e Potência

Torque: É uma função da força aplicada na biela e no raio da manivela do virabrequim (que é o mesmo que metade do curso/raça).

Potência: É definida como a quantidade de trabalho realizado em um determinado tempo.

Fatores de poder do motor: Cilindrada, enchimento, regime de rotação, número de cilindros e relação de compressão.

Motores Policilíndricos

Para pequenos deslocamentos (abaixo de 800cm³), usam-se motores de 2 e 3 cilindros (comuns em motocicletas). Deslocamentos que excedem 4 litros utilizam motores de 8 e 10 cilindros. Motores a diesel de grandes dimensões e lentos, com volume unitário de até 2 litros, são produzidos com 6, 8, 10 ou 12 cilindros devido à grande força da explosão, exigindo virabrequins robustos. Em motores de turismo, os deslocamentos unitários tendem a ser pequenos (250 a 500cm³), o que traz vantagens em seu comportamento.

Disposição dos Cilindros

As dimensões externas do motor devem se ajustar ao compartimento do veículo. Motores com mais de 6 cilindros em linha são muito longos e altos, sujeitos a vibrações excessivas de torção no virabrequim. São classificados por sua disposição:

• Em linha: Cilindros um atrás do outro.
• Em V: Formam um ângulo (geralmente 60° ou 90°). Existem também motores em "V estreito" (15°), que são mais curtos e compactos.
• Em W: Utilizados em motores de 8 a 12 cilindros, são muito compactos, reduzindo o comprimento do bloco e do virabrequim.
• Boxer (Horizontalmente opostos): Dispostos em dois planos horizontais unidos na base com um virabrequim comum (um "V" de 180°). A altura do motor fica muito reduzida. Construídos geralmente com 2 a 6 cilindros.

Número de Cilindros e Ordem de Ignição

A ordem de ignição determina a sequência de pulsos que cada pistão recebe. A numeração começa pelo lado oposto ao volante do motor. Em motores com duas bancadas de cilindros, a numeração pode começar pela esquerda e depois seguir para a direita, dependendo do fabricante.