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Mecanica

Mecanica

Motor de combustão interna

 

 

Motor de automóvel, de oito pistões

Motor de combustão interna - é uma máquina térmica, que transforma a energia proveniente de uma reação química em energia mecânica. O processo de conversão se dá através de ciclos termodinâmicos que envolvem expansão, compressão e mudança de temperatura de gases.

São considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam os próprios gases de combustão como fluido de trabalho. Ou seja, são estes gases que realizam os processos de compressão, aumento de temperatura (queima), expansão e finalmente exaustão.

Assim, este tipo de motor distingui-se dos ciclos de combustão externa, nos quais os processos de combustão ocorrem externamente ao motor. Neste caso, os gases de combustão transferem calor a um segundo fluido que opera como fluido de trabalho, como ocorre nos ciclos Rankine.

Motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de frequente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão (queima controlada com frente de chama). O que pode-se chamar de explosão (queima descontrolada sem frente de chama definida) é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade dos mesmos e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos provenientes da dissociação de gás nitrogênio.

 

 

los termodinâmicos

 Ciclo motor de Otto

O motor baseado no ciclo ideal Otto caracteriza-se por ter sua ignição por faísca. Este tipo é o mais comumente utilizados em automóveis de passeio e motocicletas. Existem processos alternativos em motores experimentais para iniciar a queima como microondas ou uma injeção piloto.

Ciclo motor de Diesel

 

 

Motor diesel

Os motores Diesel caracterizam-se pela ignição por compressão. O fluido de trabalho (normalmente ar) é comprimido sem ser misturado ao combustível e quando o combustível é injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama. As máquinas que impulsionam veículos pesados como caminhões, trens e navios, usualmente são baseadas no ciclo ideal de Diesel, o que não se refere ao combustível utilizado e sim ao ciclo termodinâmico em que operam.

 Ciclo Brayton

 

O ciclo Brayton é utilizado como modelo ideal para turbinas a gás. Este caso se diferencia dos anteriores pelo fato de operar em regime permanente. Isto é conseqüencia do fato de os processos de compressão, transferência de calor, expansão e exaustão ocorrem ao mesmo tempo, mas, em locais diferentes. Assim, este tipo de motor distingue-se dos motores alternativos, onde os processos ocorrem em uma única câmara, mas, em tempos diferentes.

 Construção

Os mecanismos dos motores ditam os processos pelos quais passam os fluidos, determinando as características dos ciclos. Mas, mesmo operando em ciclos temodinâmicos semelhantes, motores de combustão interna podem ter mecanismos e formas construtivas extremamente diversas.

Motor alternativo

Máquinas alternativas possuem elementos que realizam movimentos repetitivos de translação. Nestes motores, o principais destes elementos são os pistões, cujo movimento altera o volume das câmaras de combustão, ora comprimindo os gases, ora sendo movimentado pelos gases.

Motores alternativos dividem-se pelo número de tempos em que completa uma sequencia de processos. Neste caso, tempo é o percurso de um pistão, do ponto morto inferior ao ponto morto superior, o que equivale à meia volta da árvore de manivelas,ou seja,do eixo de manivelas.

 Motor dois tempos

 

 

Motor a dois tempos

Num motor a dois tempos, um ciclo termodinâmico se completa a cada volta do eixo, compreendendo as etapas de admissão, compressão, transferência de calor e exaustão. Esta característica permite que o próprio pistão atue também como válvula, abrindo e fechando as janelas (aberturas) na parede da câmara de combustão. Esta opção simplifica a máquina, também dispensando comando de válvula e é muito utilizada em motores de pequeno porte.

Mas, para motores de grande porte, isto não é uma alternativa adequada por reduzir o curso para compressão e permitir a comunicação direta entre a admissão de combustível e os dutos de exaustão. Os maiores motores de propulsão naval, a Diesel, operam em dois tempos, mas, com o emprego de apenas uma janela e uma válvula no cabeçote.

 Motor quatro tempos

 

 

Motor de ignição por faísca de quatro tempos.

Já nos motores de quatro tempos, os gases completam um ciclo termodinâmico a cada duas voltas do eixo. Neste caso, para um pistão, ocorre admissão e compressão numa volta e transferência de calor na consecutiva.

Esta alternância requer necessariamente o emprego de um (ou mais) comando de válvulas, engrenado à árvore de manivelas de tal forma que tenha metade da velocidade de rotação da mesma, permitindo que o ciclo de abertura de válvulas dure os quatro tempos.

 

Elementos

O motor pode ser dividido em partes fixas e móveis. Partes fixas são as partes que não entram em movimento, quando o motor entra em funcionamento, em relação aos outros componetes do motor, por exemplo: bloco, cárter e cabeçote. Partes móveis são caracterizadas pelas partes que se movimentam quando o motor entra em funcionamento, tais como, árvore de manivelas, pistão, biela e comando de válvulas.

 Motor rotativo

Um motor rotativo é um motor de combustão interna que não utiliza pistões como um motor convencional, mas pode fazer uso de rotores, às vezes chamados de pistões rotativos.

 Turbina a gás

 

 

 

Turbina a gás

As turbinas a gás são máquinas puramente rotativas, existem em diversas formas construtivas, sempre contendo três sistemas básicos: compressor, câmara de combustão e turbina propriamente dita. As características de cada projeto são funções do meio de transmissão de potência (por eixo ou jato de gases), dos combustíveis utilizados, do porte, das temperaturas de trabalho entre outras variáveis.

Em relação às demais máquinas as turbinas tem característica de ter a maior densidade de potência, ou seja capacidade por peso. Devido a isso, são frequentemente empregadas em aeronaves.

 

 

 

 

Motor Wankel

 

 

Motor Wankel

O motor Wankel é uma variação de motor de combustão interna que combina características de turbinas a gás às de motores a pistão. Apesar de operar com velas de ignição ao invés de combustão contínua como uma turbina, não há peças alternativas. O ciclo termodinâmico neste caso.

Motores do tipo Wankel oferecem, em relação aos motores a pistão, as vantagens de produzir menos vibrações, já que são puramente rotativos. Possuem maior densidade de potência, ou seja, mais potência do que um motor a pistão de mesma cilindrada e demandam menos peças em sua construção. Como desvantagem, eles aquecem mais, geram mais gases poluentes, têm manutenção dos elementos de vedação e são de manufatura mais complexa do que um motor a pistão.

 

 

 

 

 

 

 

 Quasiturbine

 

 

Quasiturbine

Em 1996, foi patenteado o motor Quasiturbine, uma variação do motor Wankel. Recebeu este nome pelo fato de seu funcionamento contínuo ser quase igual ao de uma turbina.

 Combustíveis

Principais características:

  • Número de Cetanas (N.C.) - para ciclo diesel

Este número revela a facilidade de auto-ignição de um combustível. Quanto mais fácil sua ignição, maior é o número de cetanas.

  • Número de Octanas (N.O.) ou Octanagem - para ciclo otto

Varia inversamente ao número de Cetanas. Quanto maior o N.C., menor será o N.O. . Este número diz a respeito da qualidade do combustível em relação a sua resistência sobre a auto-ignição. Os motores do ciclo Otto, por exemplo, necessitam ter uma elevada temperatura de auto-ignição para não haver um aumento muito brusco de pressão, ocorrendo as famosas "batidas de pino" (detonação explicada anteriormente). O N.O. pode ser aumentado pela adição de aditivos antidetonantes ou pela mistura de combustíveis N.O. maiores.

Este número fornece a quantidade de energia que uma certa quantidade de combustível pode produzir. Quanto maior este número, melhor o combustível (juntamente com relação ar-combustível).

 

  • Facilidadade de Auto-Ignição (veja Cetanas)

Quanto maior a cadeia carbônica, menor é a temperatura de auto-ignição.

Tem grande importância no jato de combustível injetado na câmara. Caso o combustível seja muito viscoso, a atomização do combustível será prejudicada, assim, num motor frio a partida será afetada. Caso contrário, uma baixa viscosidade dificulta a lubrificação do sistema injetor, aumentando o desgaste do mesmo.

  • Relação ar-combustível ou combustível-ar estequiométrica

Mede a proporção de ar que deve ser utilizada para queimar (teoricamente) todo o combustível (em massa). Juntamente com o (i.e. multiplicado pelo) poder calorífico é uma medida de quanta energia pode ser colocada no cilindro a cada ciclo.

  • Resíduo de Carbono
  • Teor de Cinzas
  • Água e Sedimentos

Devido à constante evolução dos motores e da eletrônica embarcada no automóvel os engenheiros estão conseguindo criar motores muito mais potentes e econômicos com mesma cilindrada. Um meio de conseguir esta melhora é aumentar a taxa de compressão do motor, mas com isso surge um inconveniente em ciclo otto, a detonação. Ela ocorre quando um resto de combustível no final da combustão tem sua temperatura e pressão elevados a ponto de se auto-ignitar. Essa queima não controlada do combustível gera um ruído característico (conhecido como batida de pino apesar de nenhum pino bater, o ruído é proveniente da ressonância da câmara de combustão transmitida ao bloco) e eventualmente dano mecânico, principalmente em pistão, anéis, vela e válvulas. Para melhorar o rendimento do veículo pode-se utilizar gasolina de alta octanagem, que ajuda a evitar esse fenômeno. Já a pré-ignição ocorre quando o combustível começa a queima antes da faísca da vela de ignição, devido a algum ponto com alta temperatura na câmara de combustão e também é influenciado (um pouco) pela taxa de compressão.

Motor de combustão interna

 

O Ciclo de Otto é um ciclo termodinâmico, que idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha. Foi definido por Beau de Rochas e implementado com sucesso pelo engenheiro alemãoNikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Étienne Lenoir e Rudolf Diesel.

Motores baseados neste ciclo equipam a maioria dos automóveis de passeio atualmente. Para esta aplicação, é possível construir motores a quatro tempos mais eficientes e menos poluentes em comparação aos motores a dois tempos, apesar do maior número de partes móveis, maior complexidade, peso e volume, comparando motores de mesma potência.

 O modelo ideal

Diagrama Pressão X Volume

O ciclo ideal se constitui dos seguintes processos:

  1. Admissão isobárica 0-1.
  2. Compressão adiabática 1-2.
  3. Combustão isocórica 2-3, expansão adiabática 3-4.
  4. Abertura de válvula 4-5, exaustão isobárica 5-0.

A taxa de compressão volumétrica é definida por: .

O rendimento térmico do ciclo reversível é definido por: .

γ representa a razão entre a capacidade térmica à pressão e à volume constantes.

Ciclos reais

 

Ciclo a quatro tempos

Os ciclos termodinâmicos associados às máquinas reais se diferem sensivelmente da idealização, já que os processos ocorrem apenas de forma aproximada à maneira descrita e que os motores estão sucetíveis a fenômenos não reversíveis como o atrito.

 Ciclo mecânico

Considerando o uso de apenas duas válvulas que são comandadas pelos ressaltos de árvore de cames, uma designada por válvula de admissão (à direita na animação), que permite a introdução no cilindro de uma mistura gasosa composta por ar e combustível e outra designada como válvula de escape (à esquerda na animação), que permite a expulsão para a atmosfera dos gases queimados, o ciclo de funcionamento de um motor de combustão a 4 tempos é o seguinte:

  1. Com o êmbolo (também designado por pistão) no PMS (ponto morto superior) é aberta a válvula de admissão, enquanto se mantém fechada a válvula de escape. A dosagem da mistura gasosa é regulada pelo sistema de alimentação, que pode ser um carburador ou pela injecção electrónica, em que se substitui o comando mecânico destes sistemas por um electrónico e conseguindo-se assim melhores prestações, principalmente quando solicitadas respostas rápidas do motor. O êmbolo é impulsionado para baixo pelo veio de manivelas (virabrequim), move-se então até ao PMI (ponto morto inferior). A este passeio do êmbolo é chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admissão.
  2. Fecha-se nesta altura a válvula de admissão, ficando o cilindro cheio com a mistura gasosa, que é agora comprimida pelo pistão, impulsionado no seu sentido ascendente em direcção à cabeça do motor pelo veio de manivelas até atingir de novo o PMS. Na animação observa-se que durante este movimento as duas válvulas se encontram fechadas. A este segundo passeio do êmbolo é chamado o segundo tempo do ciclo, ou tempo de compressão.
  3. Quando o êmbolo atingiu o PMS, a mistura gasosa que se encontra comprimida no espaço existente entre a face superior do êmbolo e a cabeça do motor, denominado câmara de combustão, é inflamada devido a uma faísca produzida pela vela e explode. O aumento de pressão devido ao movimento de expansão destes gases empurra o êmbolo até ao PMI, impulsionando desta maneira o veio de manivelas e produzindo a força rotativa necessária ao movimento do eixo do motor que será posteriormente transmitido às rodas motrizes. A este terceiro passeio do êmbolo é chamado o terceiro tempo do ciclo, tempo de explosão, tempo motor ou tempo útil, uma vez que é o único que efectivamente produz trabalho, pois durante os outros tempos, apenas se usa a energia de rotação acumulada no volante (solidário com o veio), o que faz com que ele ao rodar permita a continuidade do movimento do veio de manivelas durante os outros três tempos.
  4. O cilindro encontra-se agora cheio de gases queimados. É nesta altura, em que o êmbolo impulsionado pelo veio de manivelas retoma o seu movimento ascendente, que a válvula de escape se abre, permitindo a expulsão para a atmosfera dos gases impelidos pelo êmbolo no seu movimento até ao PMS, altura em que se fecha a válvula de escape. A este quarto passeio do êmbolo é chamado o quarto tempo do ciclo, ou tempo de exaustão(escape).
  • Após a expulsão dos gases o motor fica nas condições iniciais permitindo que o ciclo se repita.

 Motores de múltiplas válvulas

Esses motores são apenas aperfeiçoamentos para o ciclo otto ou quatro tempos e sua única diferença é que existem pelo menos duas válvulas para cumprir uma única funcão ao mesmo tempo. Em um motor convencional, existe uma válvula para admissão e uma para exaustão. Existem atualmente 3 configurações para motores multiválvulas, são os modelos com 3, 4 ou 5 válvulas por cilindro. No caso do motor que possui 3 válvulas por cilindro, 2 são para admissão e uma apenas para exaustão, com 4 válvulas, 2 são para admissão e 2 para exaustão e no caso de 5 válvulas são 3 para admissão e 2 para exaustão. A principal função de um motor de múltiplas válvulas é maximizar o fluxo de gases que entram(entra mais oxigênio) e saem(exausta mais gases com menos força) do motor, conseguindo deste modo uma eficiência maior da combustão.

Motor 16 Válvulas

Neste tipo de motor a explosão de quatro cilindros, sua principal característica é a adoção de mais duas válvulas por cilindro, que trabalham simultaneamente as duas ja existentes, cada cilindro possui 4 válvulas (4 cilindros x 4 válvulas = 16 válvulas), aumentando o fluxo de gases do motor, podendo assim desenvolver maior potência. O Primeiro carro feito em série do mundo a utilizar esse sistema foi TriumphDolomite Sprint, feito pela British Leyland. Este tipo de motor foi maciçamente produzido no Brasil na versão 1.0L (um litro) entre o ano de 97 à 2004, devido a uma lei que cobra um imposto (IPI - imposto sobre produtos industrializados') menor por essa cilindrada, se tornando uma boa opção para o consumidor que paga menos por um carro com uma potência similar a de um 1,4L e viabilizando então os custos para seu desenvolvimento. Por se tratar de um motor 1 litro com potência específica mais elevada, exige um custo maior para produção. No seu auge chegou aos 112 cv (cavalos-vapor) ou 82,5kW, no motor equipado no GolTurbo que chega à aproximadamente 187,2 km/h (dados da revista CARRO); bom desempenho para um carro com motor de um litro.

 

Motor 1.8L 16V turbo cortado, veja as válvulas no cilindro.

O proprietário de um automóvel equipado com um motor 16 V. deve ficar atento ao tipo de óleo lubrificante que está usando, bem como o profissional que presta manutenção. Um motor 16 V. requer um profissional experiente neste tipo de Motor, é comum Mecânicos sem conhecimento alegarem que o motor é problemático, o que não é verdade, a verdade é que o motor devido a sua tecnologia exige conhecimento da parte do profissional. O prazo para troca do óleo e a troca da correia dentada, estes indicados no manual do proprietário do automóvel, devem ser rigorosamente obedecidos para evitar uma quebra do motor e um gasto muito maior do que se teria realizando a manutenção correta do motor.

 

Top of Form

Bottom of FormMotor a diesel

 

 

 Motor Diesel    Rudolf Diesel

 

 

O Motor Diesel ou motor de ignição por compressão é um motor de combustão interna inventado pelo engenheiroalemão Rudolf Diesel (1858-1913), em que a combustão do combustível se faz pelo aumento da temperatura provocado pela compressão de ar.

As principais diferenças entre o motor a gasolina e o motor diesel são as seguintes:


-Enquanto o motor a gasolina funciona com a taxa de compressão que varia de 8:1 a 12:1, no motor diesel esta varia de 14:1 a 25:1. Dai a robustez de um relativamente a outro.


-Enquanto o motor a gasolina aspira a mistura ar/combustível para o cilindro o motor Diesel aspira apenas ar.


- A ignição dos motores a gasolina se dá a partir de uma
faisca elétrica fornecida pela vela de ignição antes da máxima compressão na camara de combustão. Já no motor Diesel ocorre combustão do combustível pelas elevadas temperaturas (500 ºC a 650ºC) do ar comprimido na camara de combustão. O Engenheiro Rudolf Diesel, chegou a esse método quando aperfeiçoava máquinas a vapor.

 

 

 Historia

 

 

A patente sobre o motor de Rudolf Diesel, em 23 de fevereiro de 1893.

Rudolf Diesel nasceu em Paris no ano de 1858, filho de um artista que trabalhava cabedal e de uma governanta que também era professora de línguas. Rudolf era um bom aluno, aos 12 anos foi admitido na Ecole Primaire Superieure que na altura era a melhor escola de Paris. Na altura em que rebentou a guerra Franco-Prussiana (19 de Julho de 187010 de Maio de 1871), a família de Rudolf foi considerada inimiga da França, sendo deportados para cidade de Londres. Mais tarde, um primo ajuda-o a voltar para a cidade natal do seu pai, Augsburg, onde consegue frequentar a Royal County Trade School e ganhar uma bolsa para a Technische Hochschule of Munich onde se torna num brilhante aluno. Aqui conhece Carl von Linde, pioneiro na área da refrigeração, que faz de Rudolf seu protegido.

Após a sua graduação, muda-se para Winterthur, Suíça onde é maquinista e designer durante dois anos. Paris foi o seguinte destino, onde esteve empregado na Linde Refrigeration Enterprises e também onde se tornou um apreciador de arte e política.

Em 1885 monta a sua primeira loja-laboratorio em Paris, onde desenvolve o seu motor a tempo inteiro. Mais tarde muda-se para Berlim onde continua o seu trabalho, ficando sempre associado à Linde Enterprises.

Em 1913 desaparece não sendo conhecida, até à data, as causas do seu misterioso desaparecimento.

 Tecnologia

 

Quando o tempo está frio, o ar ao ser comprimido poderá não atingir a temperatura suficiente para a primeira ignição, mas esses obstáculos têm vindo a desaparecer em virtude das injecções electrónicas directas e a maior rotação do motor de partida. Nos modelos antigos ou lugares muito frios costuma-se usar velas de incandescência no tubo de admissão para minimizar esse efeito sendo que alguns motores estacionários ainda usam buchas de fogo e a partida é feita com manivelas.

Combustivel

O combustível utilizado actualmente pelos motores diesel é o gasóleo (o invento original rodou com óleo vegetal ), um hidrocarboneto obtido a partir da destilação do petróleo a temperaturas de 250°C e 350°C. Recentemente, o diesel de petróleo vem sendo substituído pelo biodiesel e por óleo vegetal a partir de tecnologias de conversão, sendo algumas de fontes de energia renovável.

Onde se tem feito mais evolução neste tipo de motorização mais eficiente que o seu congénere a gasolina é no campo da injecção directa, nomeadamente nas de alta pressão como o injector-bomba e o "common-rail", que possibilitam a obtenção de mais potência, menor consumo e menos ruído de funcionamento.

 Funcionamento

 Ciclo Termodinâmico

 

Fig.1 Ciclo diesel num diagrama p-v.

 

Fig.2 Ciclo diesel num diagrama T-s.

Para explicar o funcionamento de um motor Diesel, é preciso conhecer algumas características termodinâmicas referentes à teoria de máquinas térmicas, mais concretamente aos ciclos térmicos. O ciclo Diesel representa, em teoria, o funcionamento do motor com o mesmo nome. A realidade não difere muito deste modelo teórico, mas devido a variados factores, o ciclo térmico não passa mesmo disso. Na prática, o funcionamento possui algumas diferenças.

Para o ciclo teórico, estão representadas nas figuras, as evoluções consoante as propriedades analisadas. A figura 1 mostra a evolução segundo a pressão e o volume específico, a figura 2, a relação entre a temperatura e a entropia. .

Em ambos os casos, a evolução é:

  • 12 : Compressão isentrópica → W1,2
  • 23 : Fornecimento de calor a pressão constante (isobárico) →q2,3
  • 34 : Expansão isentrópica → W3,4
  • 41 : Cedência de calor a volume constante → q4,1

Trabalho de ciclo: Wciclo = W1,2 + W3,4

Rendimento do ciclo:

Razão de compresão:

 Funcionamento Mecânico

Na maioria das aplicações, os motores Diesel funcionam a quatro tempos O ciclo inicia-se com o êmbolo no Ponto Morto Superior (PMS). A válvula de admissão está aberta e o êmbolo ao descer aspira o ar para dentro do cilindro.

O êmbolo atinge o Ponto Morto Inferior (PMI) e inicia-se então a compressão. A temperatura do ar dentro do cilindro aumenta substancialmente devido à diminuição do volume.

Pouco antes do PMS o combustível começa a ser pulverizado pelo ejector em finas gotículas, misturando-se com o ar quente até que se dá a combustão. A combustão é controlada pela taxa de injecção de combustível, ou seja, pela quantidade de combustível que é injectado. O combustível começa a ser injectado um pouco antes do PMS devido ao facto de atingir a quantidade suficiente para uma perfeita mistura (ar + combustível)e consequentemente uma boa combustão.

A expansão começa após o PMS do êmbolo com a mistura (ar + combustível) na proporção certa para a combustão espontânea, onde o combustível continua a ser pulverizado até momentos antes do PMI.

O ciclo termina com a fase de escape, onde o embolo retorna ao PMS, o que faz com que os gases de combustão sejam expulsos do cilindro, retomando assim o ciclo.

No caso dos motores a dois tempos, o ciclo é completado a cada volta, a admissão não é feita por válvulas mas sim por janelas.

Gama de Velocidade

Industrialmente, estes motores são divididos segundo a sua velocidade de rotação (rpm), existem três tipos: altas, médias e baixas velocidades.

  • Médias velocidades - (variam entre as 500 e 1000rpm) - Na industria, estes motores são utilizados em aplicações de "grande porte", tais como locomotivas, grandes compressores e bombas, grandes geradores eléctricos e alguns navios.
  • Baixas velocidades - (variam entre 60 e 200rpm) - Os maiores motores (em dimensão) quando comparados com os outros dois, estes motores diferenciam-se não só pela potência que são capazes de desenvolver (cerca de 85 MW), como pelas propriedades do combustível e a velocidade de explosão.

Motor a dois tempos

 

Motor a dois tempos é um tipo de motor de combustão interna de mecanismo simples. Ou seja, ocorre um ciclo de admissão, compressão, expansão e exaustão de gases a cada volta do eixo. Diferente dos motor de quatro tempos, as etapas de funcionamento não ocorrem de forma bem demarcada, havendo admissão e exaustão de gases simultaneamente, por exemplo.

Um tempo de funcionamento do motor é percurso do ponto morto inferior ao ponto morto superior da trajetória do pistão. Assim, um tempo equivale a meia volta do eixo de manivelas. No caso, chama-se o primeiro tempo de compressão e admissão, o segundo, de escape e transferência de calor.

Em termos tecnológicos há dois extremos. Existem os motores de pequeno porte, que equipam motosserras, algumas motos, aeromodelos e pequenos geradores elétricos, por exemplo. E existem motores de grande porte, principalmente de ciclo Diesel, para propulsão naval, como o maior motor de combustão interna do mundo, o Wärstsilä-Sulzer RT-flex96C. Os princípios, as formas e desempenhos de cada um destes grupos são tão extremamente distintos como as aplicação, devendo-se trata-los de maneira separada.

 

 

 Motores de pequeno porte

Mecanismo

 

Motor a dois tempos, sem válvulas, de ignição por faísca.

Motores de pequenino porte, a 2 tempos, não utilizam o cárter como depósito de óleo. A lubrificação obtém-se adicionando óleo diretamente ao combustível, na proporção típica de 1 volume de óleo para 40 de combustível, ou com a utilização de algum dispositivo de lubrificação automática, como o Lubrimat dos automóveis DKW ou o Autolub de algumas motocicletas. Durante a combustão, o óleo contido no combustível deposita-se nas superficies metálicas lubrificando os elementos a medida em que passa da câmara de combustão para o cárter.

Estes motores freqüentemente não possuem válvulas propriamente ditas, têm duas janelas na parede da câmara de combustão, para comunica-la com o exterior e o cárter:

  • A janela de admissão, por onde vai ser introduzida a mistura gasosa formada pelo ar e pelo combustível.
  • A janela de comunicação entre o cilindro e o cárter, à qual também se dá o nome de "transfere";
  • A janela de escape, colocada na parte superior do cilindro e que faz a comunicação deste com o exterior, permitindo a saída dos gases queimados provenientes da combustão;

O funcionamento ocorre conforme a seguinte seqüencia:

  1. À medida que ocorre o movimento ascendente do êmbolo, este obstrui as janelas, e em seguida comprime a mistura gasosa existente na parte superior do cilindro.
  2. Ao mesmo tempo cria-se um vácuo no cárter, que força a admissão de ar atmosférico no interior do mesmo.
  3. Quando o êmbolo atinge o ponto morto superior dá-se a ignição, devido à libertação da faísca na vela. Os gases pressionam o pistão em direcção ao ponto morto inferior, produzindo assim trabalho, movimentando a cambota. Durante esta etapa, o êmbolo libera a janela de escape possibilitando a saída dos produtos de combustão.
  4. Próximo ao ponto morto inferior, o pistão abre a janela de transferência. Ao mesmo tempo, seu movimento descendente pressuriza o carter, forçando a nova mistura a penetrar na câmara o que também contribui na exaustão de gases de combustão. Ao término desta fase o motor fica nas condições iniciais permitindo que o ciclo se repita.

Desempenho

Comparando motores de mesmo porte (capacidade volumétrica e velocidade de rotação), motores de dois tempos têm maior potência em relação a motores de quatro tempos. Nas máquinas de dois tempos, como descrito a cima, ocorre um tempo de combustão por cilindro a cada volta da árvore de manivelas, enquanto nas máquinas de quatro tempos, ocorre um tempo de combustão a cada duas voltas.

Por outro lado, motores de dois tempos de pequeno porte operam com menor eficiência térmica em decorrência da baixa qualidade de queima devida a deficiente mistura entre ar e combustível e conexão direta entre janelas de admissão e exaustão. Com isto, não é correto concluir que os mesmos têm o dobro da potência comparados aos de quatro tempos.

Estas limitações provocam emissão de combustíveis não queimados através dos gases de exaustão como monóxido de carbono, fuligem e hidrocarbonetos, elevando o consumo (em cerca de 30%) e emissões atmosféricas.

A concepcão mais simples e a maior densidade de potência tornam os motores de dois tempos uma máquina leve dentre os motores a pistão o que leva-os a equipar aviões e máquinas portáteis de baixo custo.

 

Introdução

Quando as pessoas pensam sobre o desempenho de um automóvel, geralmente vem à cabeça potência, torque e aceleração de 0 a 100 km/h. No entanto, toda a força gerada pelo motor é inútil se o motorista não puder controlar o carro. Por isso, os engenheiros automobilísticos voltaram sua atenção para o sistema de suspensão quase ao mesmo tempo em que dominaram a fundo o motor de combustão interna a 4 tempos.

A função da suspensão de carro é maximizar o atrito entre os pneus e o solo, de modo a fornecer estabilidade na direção com bom controle e assegurar o conforto dos passageiros. Neste artigo veremos como as suspensões evoluíram ao longo dos anos e qual deve ser o futuro das mesmas.

Se as estradas fossem perfeitamente planas, sem irregularidades, as suspensões não seriam necessárias. Entretanto, elas estão longe de serem perfeitas. Até mesmo as recém-pavimentadas possuem desníveis tênues, que podem interagir com as rodas do carro. São essas imperfeições que transmitem força às rodas. De acordo com as leis de deslocamento de Newton, todas as forças possuem tanto magnitude como direção. Uma ondulação no solo faz com que a roda se mova para cima e para baixo, perpendicularmente à superfície. A magnitude, é claro, vai depender de a roda atingir uma grande ondulação ou uma partícula minúscula. Em ambos os casos, ela sofre uma aceleração vertical quando passa sobre a imperfeição.

Sem uma estrutura que intervenha, toda a energia vertical das rodas é transferida para o chassi, que se move na mesma direção. Numa situação dessas, as rodas podem perder completamente o contato com o solo. Então, sob a força da gravidade, elas podem bater no chão. Você precisa de um sistema que irá absorver a energia da roda acelerada verticalmente, permitindo que o chassi e o corpo permaneçam inalterados enquanto as rodas seguem as ondulações do solo.

O estudo das forças que agem sobre um carro em movimento é chamado de dinâmica veicular. Você precisa conhecer alguns desses conceitos para entender porque a suspensão é necessária. Muitos engenheiros de automóveis consideram a dinâmica de um carro em movimento sob duas perspectivas:

·         rodagem - capacidade do carro em passar sobre todas as ondulações com suavidade

·         comportamento - capacidade do carro em acelerar, frear e fazer curvas com segurança

Essas duas características podem ser descritas em três importantes princípios - isolamento do solo, adesão ao solo e capacidade de curva. O quadro abaixo descreve esses princípios e como os engenheiros tentam solucionar os desafios de cada um.

Princípio

Definição

Objetivo

Solução

Isolamento do solo

A capacidade do veículo em absorver ou isolar o impacto com o solo do compartimento dos passageiros.

Permitir que o veículo trafegue sem perturbação enquanto estiver percorrendo solos ásperos.

Absorver energia dos obstáculos do solo e dissipá-la sem causar oscilação indevida no veículo.

Adesão ao solo 

A proporção em que o carro está em contato com a superfície do solo em várias mudanças de direção e em linha reta . Por exemplo: o peso do carro irá se deslocar dos pneus traseiros para os pneus dianteiros durante a frenagem. Como a parte frontal do carro se inclina na direção do solo, este tipo de deslocamento é conhecido como "mergulho". O efeito oposto - "agachamento" - ocorre durante a aceleração que desloca o peso do carro dos pneus dianteiros para trás.

Manter os pneus em contato com o solo, porque é o atrito entre os pneus e o solo que afeta a capacidade do veículo de andar, frear e acelerar.

Minimizar a transferência do peso do veículo de um lado para outro e de frente para trás, pois essa transferência reduz a adesão dos pneus ao solo.

Capacidade de curva

A capacidade do veículo em trafegar em uma trajetória curva.

Minimizar a inclinação da carroceria que  ocorre quando a força centrífuga na curva o veículo para fora pelo seu centro de gravidade, elevando um lado do carro e abaixando o lado oposto.

Transferir o peso do carro durante as curvas do lado mais baixo do carro para o mais alto.

A suspensão do carro, com todos os seus componentes, fornece todas as soluções descritas.

Vamos observar as partes de uma suspensão a partir da foto maior do chassi, até os componentes individuais, embaixo, que tornam a suspensão apropriada.

O chassi
A suspensão do carro é, na verdade, parte do chassi. Ele abrange todos os importantes sistemas localizados na parte inferior do carro.


Chassi

Esses sistemas incluem:

·         chassi - componente estrutural destinado a carregar o peso que sustenta o motor e a carroceria. Estes, por sua vez, são sustentados pela suspensão;

·         sistema de suspensão - arranjo que sustenta o peso, absorve e amortece impactos e ajuda a manter o contato dos pneus;

·         sistema de direção - mecanismo que possibilita que o motorista guie e direcione o veículo;

·         os pneus e as rodas - componentes que tornam possível o deslocamento do veículo através da aderência e/ou atrito com o solo.

Logo, a suspensão é nada mais que um dos sistemas mais importantes do veículo.

Tendo memorizado a foto maior, vamos aos três componentes fundamentais de qualquer suspensão: molas, amortecedores e barras estabilizadoras.

Molas
Os sistemas atuais de molas são baseados em um dos quatro projetos básicos:

·         molas helicoidais - esse é o tipo mais comum de mola e é, em essência, uma barra de torção de alta capacidade, enrolada em volta do seu eixo. As molas helicoidais se comprimem e expandem, para absorver o deslocamento das rodas;


Foto cortesia de Car Domain
Molas helicoidais


Feixe de molas

·         feixe de molas - este tipo de mola consiste em várias camadas de metal (chamadas "lâminas") colocadas juntas para atuarem como uma única peça. Os feixes de molas foram usados inicialmente em carruagens puxadas por cavalos e eram encontradas na maioria dos carros americanos até 1985. Até hoje, eles são usados em muitas picapes e veículos pesados;

·         barras de torção - as barras de torção utilizam as propriedades de torção de uma barra de aço para obter o desempenho parecido com o de uma mola helicoidal. O seu funcionamento ocorre do seguinte modo: uma extremidade da barra é fixada no chassi do veículo e a outra é fixada ao braço traingular, que atua como uma alavanca que se movimenta perpendicularmente à barra de torção. Quando a roda atinge um obstáculo, o deslocamento vertical é transferido ao braço triangular e, depois, através da ação de alavanca, à barra de torção. Esta então se torce ao longo do seu eixo para prover a força de mola. Os fabricantes de carros europeus usaram amplamente este sistema nas décadas de 1950 e 1960, assim como a Packard e a Chrysler nos Estados Unidos (e no Brasil, nos Dodge Dart e Charger); são usadas também em outras partes do carro, como manter as tampas de porta-malas abertas, visto na foto abaixo;


Barra de torção

·         molas pneumáticas - consistem em uma câmara cilíndrica de ar e são posicionadas entre a roda e o carro, usando as compressivas qualidades do ar para absorver as vibrações da roda. Esse conceito tem mais de um século e podia ser encontrado em bigas puxadas por cavalos. Nessa época, as molas pneumáticas eram feitas de diafragmas de couro cheios de ar, muito parecidos com foles. Elas foram substituídas por molas pneumáticas de borracha moldada nos anos 30;


Molas pneumáticas

Dependendo do lugar onde estão localizadas as molas em um carro - por exemplo, entre as rodas e o chassi - os engenheiros muitas vezes acham conveniente falar em massa suspensa e a massa não-suspensa.

Molas: massa suspensa e massa não suspensa
A massa suspensa é a massa do veículo sustentada pelas molas, enquanto que a massa não-suspensa é definida como a que fica entre o solo e as molas de suspensão. A dureza das molas afeta o modo como a massa suspensa reage enquanto o carro está sendo dirigido. Os carros suspensos de uma forma mais solta, tais como os de luxo, podem absorver bastante os obstáculos e oferecer um rodar muito suave. No entanto, um carro desses é propenso a "mergulhar" e "agachar" durante a frenagem e aceleração. Tende, ainda, a rolar ou se inclinar nas curvas. Os carros de suspenão mais firme, como os esportivos, são menos agradáveis em estradas de piso mais irregular, mas eles minimizam bastante os movimentos da carroceria. Isso significa que eles podem ser dirigidos vigorosamente até mesmo nas curvas.

Então, enquanto as molas parecem dispositivos simples, projetá-las e implementá-las em um carro para conciliar conforto com a estabilidade é uma tarefa complexa. Para tornar as coisas ainda mais difíceis, as molas não oferecem sozinhas um rodar perfeitamente suave. Por quê? Porque as molas são ótimas para absorver energia, mas não tão boas para dissipá-la . Outras estruturas, conhecidas como amortecedores, são necessárias para fazer isso.

Suspensões históricas

Os vagões e carruagens do século XVI tentaram solucionar o problema de sentir as irregularidades do caminho. Surgiu a idéia de se elevar a carruagem em amarras de couro fixadas a quatro colunas do chassi. Na época, ele parecia uma mesa de cabeça para baixo. Uma vez que a carruagem estava suspensa do chassi, o sistema veio a ser conhecido como "suspensão" - termo usado até hoje para descrever o conjunto completo de soluções. A suspensão do tipo carruagem levantada não foi um verdadeiro sistema de molas, mas possibilitou que a carruagem e que as rodas se movessem independentemente.

Os projetos de molas do tipo semi-elípticas, conhecidas também como molas do tipo carroça, rapidamente substituíram a suspensão por amarras de couro. Muito populares em vagões, carroças e carruagens, as molas semi-elípticas eram usadas freqüentemente, tanto no eixo dianteiro, quanto no traseiro. Entretanto, tinham tendência a permitir um balanço para frente e para trás e possuíam um centro de gravidade alto.

Assim que os veículos motorizados tornaram-se frequentes na vida das pessoas, outros sistemas mais eficientes de molas foram sendo desenvolvidos para aumentar o conforto dos passageiros.

 

 

 

Amortecedores

A não ser que haja um dispositivo de amortecimento, a mola de um carro aumentará e dissipará a energia absorvida em um impacto de maneira descontrolada. A mola continuará oscilando na sua freqüência natural até que toda a energia originalmente aplicada a ela seja dissipada. Uma suspensão constituída apenas de molas tornaria o rodar bem balançante e, dependendo do terreno, seria impossível controlar o carro.

Para isso existe o amortecedor, um dispositivo que controla o deslocamento indesejado da mola através de um processo conhecido como amortecimento. Os amortecedores reduzem a magnitude dos deslocamentos oscilatórios. Isso ocorre quando o equipamento transforma a energia cinética do movimento da suspensão em calor, energia essa que é dissipada através do fluido hidráulico. Para entender como isso funciona, é melhor olharmos o amortecedor por dentro e conhecermos sua estrutura e função.

Um amortecedor é basicamente uma bomba de óleo localizada entre o chassi do carro e as rodas. A parte superior do amortecedor se fixa ao chassi (por exemplo, o peso suspenso), enquanto a parte inferior se fixa ao eixo, próximo à roda (por exemplo, peso não-suspenso). Em um tipo de dois tubos, um dos mais comuns, a parte de cima é fixa à uma haste, que, por sua vez, está ligada a um pistão. Ele está inserido em um tubo cheio de fluido hidráulico. O tubo interno é conhecido como tubo de pressão. Já o externo é conhecido como tubo de reserva. Este último armazena o excesso do fluido hidráulico.

Quando a roda do carro encontra um obstáculo na via, a mola se comprime e se distende. A energia dela é transferida para o amortecedor através da parte de cima e vai seguindo através da haste para dentro do pistão. Os orifícios no pistão permitem que o fluido passe através dele e ele se mova para cima e para baixo no tubo de pressão. Como os orifícios são relativamente pequenos, somente uma pequena quantidade de fluido passa sob grande pressão. Isso faz com que o pistão desacelere, o que por sua vez desacelera a mola.

Os amortecedores trabalham em dois ciclos - o de compressão e o de distensão. O ciclo da compressão ocorre quando o pistão se move para baixo, comprimindo o fluido hidráulico na câmara abaixo. Já o ciclo da extensão ocorre quando o pistão se move na direção do topo do tubo de pressão, comprimindo o fluido na câmara acima. Um carro comum ou uma picape terão maior resistência durante o ciclo da extensão do que no ciclo da compressão. Considerando isso, o ciclo da compressão controla o deslocamento do peso não-suspenso do veículo, enquanto o de distensão controla o mais pesado, o suspenso.

Todos os amortecedores modernos são sensíveis à velocidade: quanto mais rápido a suspensão se movimenta, mais resistência o amortecedor fornece. Isso permite aos amortecedores que se ajustem às condições da estrada e que controlem todos os movimentos indesejados que possam ocorrer em um veículo em marcha, incluindo balanço, oscilação, mergulho na frenagem e agachamento na aceleração.

Colunas de suspensão e barras estabilizadoras
Uma outra estrutura de amortecimento bastante comum é a
coluna de suspensão, mais conhecida por suspensão MacPherson. Trata-sede um amortecedor montado dentro da coluna e geralmente de uma mola helicoidal externa a ela. As colunas de suspensão têm duas funções: elas fornecem uma função de amortecimento como os amortecedores e, também, apoio estrutural para a suspensão do veículo. Isso significa que a coluna de suspensão faz mais do que os amortecedores, que não suportam o peso do veículo - eles somente controlam a velocidade na qual o peso é transferido em um carro, mas não o peso em si.


Projeto de uma coluna de suspensão

Uma vez que os amortecedores e as colunas de suspensão têm muito a ver com a estabilidade do carro, ambos podem ser considerados os pontos críticos de segurança. Amortecedores e colunas gastas podem permitir uma excessiva transferência veículo-peso de um lado para outro e de frente para trás. Isso reduz a capacidade do pneu em aderir ao solo, bem como a estabilidade e o desempenho na frenagem .

As barras anti-oscilação (também conhecidas como barras estabilizadoras) são usadas junto com as colunas de suspensão ou braços triangulares para fornecer estabilidade adicional ao veículo em movimento. Essa barra é uma haste metálica, que se estende sobre todo o eixo e se conecta a cada um dos lados da suspensão.


Barras estabilizadoras

Quando a suspensão em uma roda se move para cima e para baixo, a barra estabilizadora transfere o movimento para a outra roda. Isso faz com que o carro ande mais nivelado lateralmente e com menos inclinação nas curvas, isto é,evita que o carro role sobre a sua suspensão nas curvas. Por esse motivo, quase todos os carros possuem as barras estabilizadoras instaladas como item de série. No entanto, caso não estejam colocadas, os kits tornam fácil a instalação a qualquer momento.

Outra utilidade das barras estabilizadoras é permitir que o carro tenha molas mais macias, para maior conforto de rodagem, sem que sofra os efeitos da inclinação nas curvas.

Tipos de suspensão
Até agora, as nossas discussões se concentraram no modo como as molas e amortecedores atuam sobre a roda. Só que as quatro rodas de um carro funcionam juntas em dois sistemas independentes - as duas rodas fixadas pelo eixo dianteiro e as duas rodas fixadas pelo eixo traseiro o que significa que o carro pode ter tipos diferentes de suspensão na frente e atrás. Isso significa que um único eixo rígido pode conter as duas rodas ou elas podem se mover independentemente. O primeiro arranjo é conhecido como sistema de eixo rígido, enquanto o segundo é conhecido como sistema independente.

As suspensões dianteiras de eixo rígido, como o nome diz, possuem um rígido eixo ao qual se montam as rodas da frente. Basicamente, ele se parece com uma barra sólida sob a parte dianteira do carro, mantida no lugar pelo feixe de molas e amortecedores. Comuns em picapes, as suspensões dianteiras por eixo rígido não são usadas em carros há muitos anos.

Em um sistema independente de suspensão dianteira, as rodas podem se mover independentemente. A coluna MacPherson, desenvolvida em 1947 por Earle S. McPherson, da General Motors, é o sistema de suspensão dianteira mais utilizado, especialmente em carros originados na Europa.

A coluna MacPherson combina um amortecedor e uma mola helicoidal numa mesma peça. Isso faz com que o sistema de suspensão seja mais compacto e leve, podendo ser usado em veículos com tração nas rodas dianteiras.

A suspensão do tipo braços triangulares superpostos é um outro tipo comum de suspensão dianteira independente.


Foto cortesia de Honda Motor Co, Ltd.
Suspensão do tipo braços triangulares superpostos no Honda Accord Coupe 2005

Uma vez que há várias configurações diferentes possíveis, esse projeto usa dois braços triangulares para localizar a roda. Cada braço triangular, que possui dois pontos de articulação no chassi e um ponto de articulação na roda, possui um amortecedor e uma mola helicoidal para absorver vibrações. As suspensões desse tipo permitem maior controle sobre o ângulo de cambagem da roda, que mostra o grau no qual as rodas se inclinam para dentro ou para fora. Elas também ajudam a minimizar a rolagem ou o balanço e proporcionam uma direção mais firme. Por causa dessas características, a suspensão por braços triangulares superpostos é comum na dianteira dos carros grandes.

Vamos observar as suspensões traseiras mais comuns.


Feixe de molas

Se um eixo rígido interliga as rodas traseiras de um carro, então a suspensão geralmente é bem simples - baseada tanto no feixe de molas como na mola helicoidal. Naquele, o feixe se prende diretamente no eixo. As pontas se fixam no chassi e o amortecedor fica preso ao grampo que firma a mola no eixo. Por muitos anos, os fabricantes americanos de carros preferiam esse projeto devido à sua simplicidade.

O mesmo projeto básico pode ser obtido com as molas helicoidais substituindo as lâminas. Neste caso, a mola e o amortecedor podem ser fixados como uma peça única ou componentes separados. Quando eles estão separados, as molas podem ser bem pequenas, o que reduz o espaço que a suspensão ocupa.

Se ambas as suspensões dianteira e traseira são independentes, todas as rodas são fixadas e suspensas individualmente. Isso resulta naquilo que os anúncios de carros informam como "suspensão independente nas quatro rodas". Qualquer suspensão que possa ser usada na dianteira do carro pode ser usada também na traseira. As versões dos sistemas dianteiros independentes descritos na seção anterior podem ser encontrados nos eixos traseiros. É claro que, na parte traseira do carro, a caixa de direção - o conjunto que inclui o pinhão e permite que as rodas sejam viradas de um lado para o outro - é inexistente. Isso significa que as suspensões traseiras independentes podem ser versões simplificadas das dianteiras, apesar de os princípios básicos serem os mesmos.

 

·         Suspensões especiais

·         Em sua maior parte, este artigo concentrou-se nas suspensões predominantes em carros com tração dianteira e traseira - carros que trafegam por estradas normais em condições de condução normais. Mas e quanto às suspensões de carros especiais, como hot rods, carros de corrida ou off-roads extremos? Embora a suspensão de carros especiais obedeça aos mesmos princípios básicos, elas realmente trazem benefícios adicionais únicos às condições de condução em que devem trafegar. O que segue é um breve resumo de como a suspensão é projetada para três tipos de carros especializados - bugues Baja, Fórmula Um e hot rods no estilo americano.

·         O Fusca da Volkswagen foi criado para se tornar o favorito entre os entusiastas do fora-de-estrada ou "off-road". Com um baixo centro de gravidade e motor sobre o eixo traseiro, o Fusca com tração nas duas rodas enfrenta as condições off-road tão bem quanto alguns veículos com tração nas quatro rodas . É claro que o Fusca da VW não está pronto para as condições off-road com os seus equipamentos de fábrica. Muitos Fuscas requerem algumas modificações, ou conversões, para que se tornem aptos a enfrentar corridas em condições severas como os desertos da Baja Califórnia.


Foto cortesia de Car Domain
Bugue Baja

·         Uma das modificações mais importantes é na suspensão. A suspensão do tipo barra de torção, equipamento padrão na frente e atrás na maior parte dos Fuscas entre 1936 e 2003, pode ser levantada para abrir espaço às rodas e pneus maiores para off-road. Amortecedores mais longos substituem os amortecedores originais para deixar o carro mais alto e fornecer o máximo curso de suspensão possível. Em alguns casos, os preparadores do bugue Baja removem por completo as barras de torção e substituem-nas por conjuntos mola-amortecedor, um item de mercado paralelo que junta a mola e o amortecedor em uma peça ajustável. O resultado destas modificações é um veículo que permite que as rodas se movimentem verticalmente por 50 cm ou mais em cada canto. Um carro desses pode facilmente percorrer um terreno bem acidentado e, às vezes, parece deslizar sobre as imperfeições como uma pedra atirada na água.

·         As corridas de Fórmula 1 representam o auge das inovações e evoluções automobilísticas. Pouco peso, estruturas compostas, potentes motores V10 e aerodinâmica avançada resultaram em carros mais rápidos, mais seguros e confiáveis.


Carro de Fórmula 1

·         Para aumentar a habilidade do motorista como fator-chave de diferenciação em uma corrida, normas rigorosas e exigências regem o projeto dos carros de corrida da Fórmula 1. Por exemplo, as normas que regem o projeto das suspensões exigem que todos os carros de Fórmula 1 devem ser convenientemente suspensos, mas não se permitem suspensões ativas controladas por computador. Para contornar isto, os carros usam suspensões do tipo multi-braço que usam um mecanismo equivalente ao sistema de braços triangulares superpostos.

·         Lembre-se de que esse projeto usa dois braços de controle triangulares para orientar o movimento para cima e para baixo de cada roda. Cada braço possui três pontos de fixação - dois no chassi e um na manga do eixo - e cada junta é articulada para orientar o movimento da roda. Em todos os carros, a vantagem básica da suspensão do tipo braços triangulares superpostos é a estabilidade. A geometria dos braços e a elasticidade das juntas fornece para os engenheiros o controle máximo sobre o ângulo da roda e a dinâmica dos outros carros, como a sustentação, agachamento e mergulho. Ao contrário dos carros de rua, os amortecedores e molas helicoidais de um carro de corrida da Fórmula 1 não se fixam diretamente nos braços de controle. Em vez disso, eles ficam dispostos ao longo do comprimento do carro e são controlados remotamente, através de uma série de hastes e balancins. Neste arranjo, as hastes e os balancins traduzem os movimentos para cima e para baixo das rodas em movimentos para frente e para trás do conjunto mola e amortecedor.

·         A clássica era do carro americano hot rod durou de 1945 até cerca de 1965. Assim como os bugues Baja, os clássicos hot rods exigiam modificações significativas. Diferente dos Fuscas, que são construídos sobre chassi da Volkswagen, os hot rods eram construídos em uma variedade de modelos de carros antigos, muitas vezes históricos. Carros fabricados antes de 1945 eram considerados ideais para transformações em hot rod, pois as suas estruturas e seus chassis estavam quase sempre em bom estado, enquanto os seus motores e sistemas de transmissão precisavam ser trocados completamente. Era exatamente o que os entusiastas de hot rod queriam, porque isso lhes permitia instalar motores mais confiáveis e potentes, tais como o flathead V8 da Ford ou V8 da Chevrolet.


Foto cortesia de Street Rod Central
T-bucket de 1923

·         Um hot rod popular era conhecido como T-bucket , pois era baseado no Modelo T da Ford. A suspensão normal da Ford na dianteira do Modelo T consistia de um sólido eixo dianteiro de viga-I, uma mola em forma de U (feixe de molas) e um tensor em forma de braço triangular, com uma esfera na extremidade traseira, que ficava centralizada em um suporte fixo à transmissão. Os engenheiros da Ford construíram o Modelo T para trafegar com uma grande amplitude no movimento da suspensão. Era um projeto ideal para as ásperas e primitivas estradas da década de 30. Após a Segunda Guerra Mundial, os "envenenadores de carros" ou hot rodders começaram a experimentar os motores maiores do Cadillac ou Lincoln, o que significou que o tensor em forma de triângulo não era mais aplicável. No lugar, eles removeram a esfera central e parafusaram as extremidades do braço triangular aos trilhos do chassi. Esse projeto do braço triangular bipartido abaixou o eixo dianteiro em cerca de 2,5 cm e melhorou a estabilidade do veículo.

·         Abaixar o eixo em mais de uma polegada exigia um novo design, que foi fornecido por uma companhia conhecida como Bell Auto. Durante os anos de 1940 e 1950, a Bell Auto ofereceu eixos de tubos rebaixados, que abaixaram o carro em 13 cm (5 polegadas). Os eixos de tubos eram construídos a partir de tubos de aço alinhados com uma excelente aerodinâmica. A superfície do aço aceitava melhor o revestimento de cromo do que os eixos forjados de viga-I. Sendo assim, os hot-rodders sempre os preferiam, graças às qualidades estéticas.

·         No entanto, alguns entusiastas de hot rod discutiam que a rigidez dos eixos dos tubos e a incapacidade de serem flexionados comprometia a estabilização dos impactos da direção. Para solucionar isso, os hot rodders lançaram a suspensão de quatro barras, usando dois pontos de fixação no eixo e dois no chassi. Em cada ponto de fixação, a extremidade da haste do tipo aeronave fornecia bastante movimento em todos os ângulos. O resultado? O sistema de quatro barras melhorou o funcionamento da suspensão em todas as condições de direção.

·         O futuro das suspensões de carros
Enquanto houve acréscimos e melhorias tanto nas molas, quanto nos amortecedores, o projeto básico das suspensões de carro não passou por uma evolução significativa ao longo dos anos. Entretanto, tudo isso pode mudar com a introdução de um projeto novo de suspensão concebido por
Bose (em inglês)- o mesmo Bose conhecido por suas inovações em tecnologias acústicas. Alguns especialistas se arriscam a dizer que a suspensão de Bose é o maior avanço nas suspensões automobilísticas desde a introdução do projeto totalmente independente.


Foto cortesia de BOSE
Módulo dianteiro da suspensão de Bose

·         Como ela funciona? O sistema Bose usa um motor eletromagnético linear (LEM) em cada roda no lugar de um conjunto convencional formado por amortecedor e mola. Os amplificadores fornecem eletricidade aos motores, de tal forma que a sua energia é gerada a cada compressão do sistema. A vantagem principal dos motores é que eles não são limitados pela inércia inerente aos amortecedores convencionais dependentes de fluido. Como resultado, o LEM pode estender e comprimir em uma velocidade muito maior, eliminando praticamente todas as vibrações no interior do carro. O movimento das rodas pode ser tão suavemente controlado que a estrutura do carro permanece no mesmo nível, independentemente do que está acontecendo com as rodas. O LEM também pode neutralizar o movimento do carro enquanto está acelerando, freando e fazendo curvas, dando ao motorista uma grande sensação de estabilidade.

·         Infelizmente, esse paradigma de suspensão não estará disponível antes de 2009, quando será fornecido a um ou mais carros luxuosos de alto nível. Até lá, os motoristas terão que confiar nos métodos de suspensão testados e aprovados, que suavizaram estradas onduladas durante séculos.

·         Para mais informações sobre suspensões de carro e tópicos relacionados, veja os links na próxima página.

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      Sistema de alimentação

     

     

    Sistema responsável por introduzir o combustível no motor, misturando-o com ar. No caso de um motor a gasolina, a alimentação é feita mediante um carburador ou através de injectores de gasolina colocados nas condutas de admissão.
    Fruto da introdução dos catalisadores, os sistemas de alimentação foram obrigados a eliminar os carburadores, encontrando-se agora todos os veículos movidos a gasolina equipados com sistema de injecção electrónica. No caso dos motores Diesel, o sistema de alimentação utiliza injectores de alta pressão que injectam o gasóleo directamente para dentro do motor (injecção directa) ou para uma antecâmara (injecção indirecta).

     

    Bomba injetora [ MOTORES DIESEL]

     

     

    Injetor do tipo rotativo.

    Bomba Injetora é um sub-sistema de alimentação dos motores diesel. O sistema utilizado inicialmente em motores estacionários Rover é responsável pelo bombeamento de óleo em alta pressão, nos grupos geradores e nas grandes maquinas de navios, posteriormente nos veículos menores como camiões e automóveis Volkswagen TDI, sendo o seu desenvolvimento a cargo do grupo Bosch.

    Consiste num sistema de bombeamento mecânico a pistões que funciona imerso e lubrificado no próprio óleo combustível. O sistema é calculado para fornecer alta pressão de (+2000 Bar ) na agulha do bico e assim vencer a contrapressão do oxigénio no interior do cilindro já comprimido. Essa operação que acontece no momento da compressão e exato instante que o êmbolo do pistão encontra-se 6º antes do ponto morto superior, uma quantidade predeterminada de combustível é pulverizado. Na realidade, as válvulas que retém o bico injetor fechado, é que cedem “sob pressão” e liberam a passagem do óleo, que entra atomizado na câmara e detona.

    Vantagens:

    • um comportamento mais desportivo para o motor diesel
    • arranque instantâneo
    • muito baixo consumo, mesmo comparado com o common-rail

    Desvantagens:

    • menor rendimento que o sistema comon-rail
    • maior ruído de funcionamento
    • mais poluente que os common-rail


    Bomba Injectora pode ser bomba injectora em linha, ou bomba injectora rotativa:

    Esquema de um motor a diesel de 1903.

    • Bomba injectora em linha - destina-se a enviar o gasóleo sob pressão para cada um dos injectores em quantidades perfeitamente reguladas conforme a aceleração do motor e no momento mais conveniente para o seu bom funcionamento. A bomba injectora é construída por: corpo da bomba com cárter, janela de visita e colector de alimentação. No cárter está o veio de excêntricos (da bomba injectora, que não é o veio de excêntricos do motor), a bomba de alimentação e os impulsores. Na janela de visita está a régua cremalheira e os elementos de bomba que são constituídos por cilindro, êmbolo e camisa com sector dentado. No colector de alimentação estão as válvulas de retenção e no extremo da régua cremalheira está o regulador automático de velocidade.
    • Bombas de injecção rotativas - permite um rápido funcionamento e dimensões inferiores às bombas de injeção em linha, pelo que são geralmente utilizadas nos motores Diesel rápidos para automóveis ligeiros. A distribuição do gasóleo efectua-se a partir de êmbolos de movimento alternado que distribuem o gasóleo para cada um dos injectores do motor através de um distribuidor. Durante o funcionamento, todas as suas peças são lubrificadas pelo próprio gasóleo que segue para os injectores, não necessitando de qualquer sistema de lubrificação suplementar. A distribuição do gasóleo é feita pela deslocação dos dois êmbolos opostos, situados numa sede disposta transversalmente no interior do elemento fixo que é a cabeça hidráulica. Este conjunto do rotor e a cabeça hidráulica constituem o distribuidor da bomba. Os êmbolos opostos são accionados pelos excêntricos que estão no alojamento do corpo onde se movimenta o rotor. normalmente no alojamento do corpo da bomba existe o número de excêntricos igual ao número de cilindros do motor. quando no movimento do rotor os êmbolos opostos são accionados pelos excêntricos, enviam o gasóleo sob alta pressão para os canais que fazem parte do distribuidor que coincidem nos intervalos bem definidos com orifícios existentes na cabeça hidráulica para alimentar cada um dos injectores

     

     

     

    Carburador [ MOTORES OTTO]

     

    Carburador utilizado no Volkswagen fusca de 1970, no Brasil

    O carburador é um componente mecânico responsável pela alimentação de um motor a explosão. Ele é responsável pela criação da mistura ar/combustível e sua dosagem em motores de combustão interna, seu funcionamento é totalmente mecânico. O ar aspirado pelo pistão passa em alta velocidade pelo difusor (um estreitamento de passagem) arrastando uma porção de gasolina da cuba. A borboleta (instalada na base do carburador) que é ligada directamente ao pedal do acelerador dosa a quantidade de mistura que o motor precisa aspirar. Por esta dosagem, ele determina o número de rotações por minuto.

    Componente extinto nos projetos dos carros mais modernos, substituído por uma nova tecnologia que cumpre sua função: a injecção electrónica. O seu uso agora restringe-se a competições, instalado em carros de alto desempenho ou ainda na fabricação de motos, sendo aos poucos substituído pela injecção eletrônica.

     Comparação com a injecção electrónica

     

    Carburador utilizado no Fiat Tempra, no Brasil

     Vantagens

    • serve para parte electrica e é um sistema de alimentação mais simples já que o combustível é "arrastado" pelo ar para dentro do motor.
    • Sua manutenção em raros casos é mais simples, porém para se fazer um serviço correcto deve-se usar muito mais ferramentas, calibradores, manuais e tabelas.
    • Por ser um dispositivo simples sua construção é barata comparando-se a sistemas de injecção electrónica de combustível.
    • Pelo fato de serem sistemas simples os carburadores também são mais leves e compactos em geral que sistemas de injecção electrónica de combustível. Isto viabiliza seu uso em ferramentas como por exemplo em cortadores de grama, moto-serras e pequenos barcos onde o mais importante é o menor peso e preço.

     Desvantagens

    • Como não utiliza nenhum sensor o carburador não tem capacidade de se adaptar com perfeição a todas as condições de uso a que é submetido. Devido a isto o carburador nunca conseguirá ter uma eficiência tão boa ou melhor que um sistema moderno de injecção electrónica.
    • Devido ao princípio de funcionamento do carburador ser o de acelerar o ar para que este arraste o combustível para dentro do motor isto cria um gargalo para o motor. Isto somado ao fato do carburador nunca conseguir a melhor relação ar+combustível faz com que a potência desenvolvida nunca seja a máxima para aquele motor comparando-se a sistemas modernos de injecção de combustível.
    • O carburador não utilizando sensores não é auto-adaptativo. Sendo assim não pode usar diversos tipos de combustíveis como as injecções electrónicas "flex".
    • Com as regulamentações actuais no que concerne a emissões este dispositivo de formação de mistura não atende mais nenhum valor permitido pelos órgãos regulamentadores.
    • Por se tratarem de sistemas mecânicos os carburadores estão muito mais sujeitos a defeitos que injecções electrónicas modernas. Qualquer imperfeição no combustível como sujeira em forma de partículas sólidas ou sólidos no ar admitido podem facilmente obstruir um carburador e torná-lo inútil até sua limpeza.

     

    Injecção eletrónica

     

     

    Funcionamento da injeção eletrônica.

    A injecção electrónica é um sistema de alimentação de combustível e gerenciamento electrónico de um motor de um automóvel - motor a explosão. Sua utilização em larga escala se deve à necessidade das industrias de automóveis reduzirem o índice de emissão de gases poluentes. Esse sistema permite um controle mais eficaz da mistura admitida pelo motor, mantendo-a mais próxima da mistura estequiométrica (mistura ar / combustível), isso se traduz em maior economia de combustível já que o motor trabalha sempre com a mistura adequada e também melhora a performance do motor.

    O sistema faz a leitura de diversos sensores espalhados em pontos estratégicos do motor, examina as informações e com base em outras informações gravadas em sua memória envia comandos para diversos atuadores espalhados em pontos estratégicos do motor. Esse procedimento é efetuado varias vezes por minuto com base nos movimentos do virabrequim.

    Componentes

    Esse sistema possui varios componentes, o principal é a Central, onde ficam gravadas as informações do veículo e os seus parâmetros de fábrica, ela também realiza os cálculos programados para gerenciar o motor ( alimentação e ignição ). Os outros componentes podem ser divididos em dois grupos Sensores e Atuadores.

    [editar]Sensores

    São componentes que captam informações para a central, transformando movimentos, pressões, e outros, em sinais elétricos para que a central possa analisar e decidir qual estratégia seguir.

     

    Corpo de borboleta, o sensor de posição da borboleta é montado no eixo da mesma.

    • Sensor de posição da borboleta de aceleração - Este sensor informa à central a posição instantânea da borboleta. Ele é montado junto ao eixo da mesma, e permite à central identificar a potência que o condutor esta requerendo do motor, entre outras estratégias de funcionamento.
    • Sensor temperatura líquido de arrefecimento - Informa à central a temperatura do líquido de arrefecimento, o que é muito importante, pois identifica a temperatura do motor. Nos momentos mais frios o motor necessita de mais combustível.
    • Sensor temperatura ar - Este informa à central a temperatura do ar que entra no motor. Junto com o sensor de pressão, a central consegue calcular a massa de ar admitida pelo motor e assim determinar a quantidade de combustível adequada para uma combustão completa.
    • Sensor pressão do coletor - Responsável por informar a diferença de pressão do ar dentro do coletor de admissão, entre a borboleta e o motor, e o ar atmosférico.
    • Sensor rotação - Informa a central a rotação do motor e na maioria dos sistemas a posição dos êmbolos, para a central realizar o sincronismo da injeção e ignição. Na maioria dos projetos ele é montado acima de uma roda magnética dentada fixada no virabrequim, mas pode ser encontrado em outros eixos também.
    • Sensor detonação - Permite a central detectar batidas de pino no interior do motor. Este sensor é fundamental para a vida do motor, já que os motores modernos trabalham em condições criticas, a central diminui o ângulo de avanço de ignição a fim de eliminar o evento denominado como"detonação", tornando a avança-lo posteriormente.(corta potencia)prevenir uma quebra.
    • Sonda lambda ou Sensor Oxigênio - Este sensor fica localizado no escapamento do automóvel, ele informa a central a presença de oxigênio nos gases de escape, podendo designar-se por sensor O2 é responsável pelo equilibrio da injecção, pois ele tem a função de enviar a informação de qual é o estado dos gases á saída do motor (pobres/ricos) e é em função desta informação que a unidade do motor controla o pulso da injecção. Nos automóveis que podem rodar com mais de um combustível ou com uma mistura entre eles (denominados Flexfuel ou Bicombustível , gasolina / álcool no Brasil ) a central consegue identificar o combustível utilizado, ou a mistura entre eles, através do sinal deste sensor.
    • Sensor velocidade - Informa a velocidade do automóvel, essencial para varias estratégias da central.

     Atuadores

    Os Atuadores são componentes responsáveis pelo controle do motor, recebendo os sinais elétricos da central eles controlam as reações do motor.

     

    Injetor de combustível do tipo multiponto indireto.

    • Injetores - Responsáveis pela injeção de combustível no motor, a central controla a quantidade de combustível através do tempo que mantêm o injetor aberto ( tempo de injeção). Esses podem ser classificados por seu sistema de funcionamento: monoponto (com apenas um injetor para todos os cilindros) e multiponto (com um injetor por cilindro). Sendo que esses injetam combustível de forma indireta, antes das válvulas de admissão, existe também a injeção direta, que os injetores de combustível injetam dentro da câmara de combustão.
    • Bobinas - Componente que fornece a faísca (centelha) para o motor. Os sistemas antigos (ignição convencional) utilizam uma bobina e um distribuidor para distribuir a faísca a todos os cilindros, já os sistemas modernos (ignição estática) utilizam uma bobina ligada diretamente a dois cilindros ou até uma bobina por cilindro. A central é responsável pelo avanço e sincronismo das faíscas.

     

    Motor de passo, através do movimento da ponta cônica ele permite mais ou menos passagem de ar.

    • Motor corretor marcha lenta ou motor de passo - Utilizado para permitir uma entrada de ar suficiente para que o motor mantenha a marcha lenta, indiferente as exigências do ar-condicionado, alternador e outros que possam afetar sua estabilidade. Normalmente o atuador é instalado em um desvio (by pass) da borboleta, podendo controlar o fluxo de ar enquanto ela se encontra em repouso.
    • Bomba de combustível - Responsável por fornecer o combustível sob pressão aos injetores. Na maioria dos sistemas é instalada dentro do reservatório (tanque) do automóvel, ela bombeia o combustível de forma constante e pressurizada, passando pelo filtro de combustível até chegar aos injetores.
    • Válvula purga canister - Permite a circulação dos gases gerados no reservatório de combustível para o motor. Normalmente é acionada com motor em alta exigência.
    • Eletroventilador de arrefecimento - Posicionado atrás do radiador, ele é acionado quando o motor encontra-se em uma temperatura alta, gerando passagem de ar pelo radiador mesmo quando o automóvel estiver parado. Nos sistemas modernos ele é desativado se o automóvel estiver acima de 90 km/H.
    • Luz avaria do sistema - Permite a central avisar ao condutor do automóvel que existe uma avaria no sistema da injeção eletrônica, ela armazena um código de falha referente ao componente e aciona a estratégia de funcionamento para o respectivo componente permitindo que o veículo seja conduzido até um local seguro ou uma oficina.

    Manutenção

     

    Tubo distribuidor e injetores de combustível, usados nos modelos multiponto de injeção indireta.

    Esse sistema é muito mais durável e robusto que o carburador, mas também precisa de manutenção, exemplo: os injetores devem ser limpos em períodos estipulados pelo fabricante, assim como o corpo de borboleta. A manutenção deve ser efetuada por um reparador capacitado, apesar de estar nos automóveis há vários anos, esta em constante evolução e possui componentes eletrônicos que manuseados de forma incorreta podem ser danificados.

    Nos automóveis que utilizam esse sistema o proprietário deve optar pela manutenção preventiva, pois a manutenção corretiva é muito mais cara, um exemplo: se o filtro de combustível não for trocado no período correto ele causa a queima da bomba de combustível, um componente que custa cerca de 800% a mais do que o filtro. (no Brasil um filtro custa em torno de R$25,00 e uma bomba R$200,00). Para garantir um bom funcionamento do sistema e economizar leia o manual do automóvel e verifique as manutenções que devem ser efetuadas e o período correto para fazê-lo.