O que é o motor diesel de quatro tempos – Definição

Os motores a diesel podem ser projetados como ciclos de dois ou quatro tempos. No motor diesel de quatro tempos, o pistão viaja ao longo do cilindro quatro vezes. Engenharia Térmica

Ciclo Diesel – Motor Diesel

Na década de 1890, um inventor alemão, Rudolf Diesel patenteou sua invenção de um eficiente, de combustão lenta, ignição por compressão, motor de combustão interna. O ciclo original proposto por Rudolf Diesel era um ciclo de temperatura constante. Nos anos posteriores, Diesel percebeu que seu ciclo original não funcionaria e adotou o ciclo de pressão constante, conhecido como ciclo de Diesel .

O ciclo diesel é um dos ciclos termodinâmicos mais comuns encontrados em motores de automóveis e descreve o funcionamento de um motor de pistão de ignição por compressão típico. O motor Diesel é semelhante em operação ao motor a gasolina. A diferença mais importante é que:

  • Não há combustível no cilindro no início do curso de compressão; portanto, uma autoignição não ocorre nos motores a diesel.
  • O motor diesel usa ignição por compressão em vez de ignição por faísca.
  • Devido à alta temperatura desenvolvida durante a compressão adiabática, o combustível inflama espontaneamente à medida que é injetado. Portanto, não são necessárias velas de ignição.
  • Antes do início do curso de força, os injetores começam a injetar combustível diretamente na câmara de combustão e, portanto, a primeira parte do curso de força ocorre aproximadamente à pressão constante.
  • Taxas de compressão mais altas podem ser alcançadas em motores a diesel do que em motores Otto

O motor Diesel é semelhante em operação ao motor a gasolina. Nesta foto, existe um mecanismo Otto, que é acionado por uma vela de ignição em vez da própria compressão.

Motor a quatro tempos - motor Otto
Motor a quatro tempos – motor Otto
Fonte: wikipedia.org, trabalho próprio da Zephyris, CC BY-SA 3.0
Ao contrário do ciclo Otto , o ciclo Diesel não executa adição de calor isocórico. Em um ciclo Diesel ideal, o sistema que executa o ciclo passa por uma série de quatro processos: dois processos isentrópicos (adiabáticos reversíveis) alternados com um processo isocórico e um processo isobárico.Como o princípio de Carnot afirma que nenhum motor pode ser mais eficiente do que um motor reversível ( um motor a quente Carnot ) operando entre os mesmos reservatórios de alta e baixa temperatura, o motor Diesel deve ter uma eficiência mais baixa que a eficiência de Carnot. Um típico motor automotivo a diesel opera com cerca de 30% a 35% de eficiência térmica. Cerca de 65-70% é rejeitado como calor residual sem ser convertido em trabalho útil, ou seja, trabalho entregue às rodas. Em geral, os motores que usam o ciclo Diesel geralmente são mais eficientes do que os motores que usam o ciclo Otto. O motor diesel tem a mais alta eficiência térmica de qualquer motor de combustão prático. Motores diesel de baixa velocidade(como usado em navios) pode ter uma eficiência térmica superior a 50% . O maior motor diesel do mundo chega a 51,7%.

Motor Diesel de Quatro Tempos

Os motores a diesel podem ser projetados como ciclos de dois ou quatro tempos. O motor a diesel de quatro tempos é um motor de combustão interna (IC) no qual o pistão executa quatro cursos separados enquanto gira um eixo de manivela. Um curso refere-se ao curso completo do pistão ao longo do cilindro, em qualquer direção. Portanto, cada curso não corresponde ao processo termodinâmico único fornecido no capítulo Ciclo Diesel – Processos.

O motor de quatro tempos compreende:

  • o curso de admissão – O pistão se move do ponto morto superior (TDC) para o ponto morto inferior (BDC) e o ciclo passa pelos pontos 0 → 1. Nesse curso, a válvula de admissão está aberta enquanto o pistão aspira ar (sem combustível) cilindro, produzindo pressão de vácuo no cilindro através de seu movimento descendente.
  • o curso de compressão – O pistão se move do ponto morto inferior (BDC) para o ponto morto superior (TDC) e o ciclo passa pelos pontos 1 → 2. Neste curso, as válvulas de admissão e exaustão são fechadas, resultando em compressão de ar adiabática (ou seja, sem transferência de calor para ou do ambiente). Durante essa compressão, o volume é reduzido, a pressão e a temperatura aumentam. No final deste curso, o combustível é injetado e queima no ar quente comprimido. No final deste curso, a cambota completou uma revolução completa de 360 ​​graus.
  • o curso de força – O pistão se move do ponto morto superior (TDC) para o ponto morto inferior (BDC) e o ciclo passa pelos pontos 2 → 3 → 4. Nesse curso, as válvulas de admissão e de escape estão fechadas. No início do curso de força, ocorre uma combustão quase isobárica entre 2 e 3. Nesse intervalo, a pressão permanece constante desde que o pistão desce e o volume aumenta. Às 3 horas, a injeção e a combustão do combustível estão completas, e o cilindro contém gás a uma temperatura mais alta que a 2. Entre 3 e 4, esse gás quente se expande, novamente aproximadamente adiabaticamente. Nesse curso, o pistão é direcionado para o eixo de manivela, o volume aumenta e o trabalho é realizado pelo gás no pistão.
  • o curso de escape. O pistão se move do ponto morto inferior (BDC) para o ponto morto superior (TDC) e o ciclo passa pelos pontos 4 → 1 → 0. Nesse curso, a válvula de escape está aberta enquanto o pistão puxa os gases de escape para fora da câmara. No final deste curso, a cambota completou uma segunda revolução completa de 360 ​​graus.

Observe que: Em um caso ideal, a expansão adiabática deve continuar até que a pressão caia para a do ar circundante. Isso aumentaria a eficiência térmica desse mecanismo, mas também causaria dificuldades práticas com o motor. Simplesmente o motor teria que ser muito maior.

Exemplos de taxas de compressão – Gasolina x Diesel

  • A taxa de compactação em um motor a gasolina geralmente não será muito maior que 10: 1 devido a uma possível batida no motor (autoignição) e não menor que 6: 1 .
  • Um Subaru Impreza WRX turbo tem uma taxa de compressão de 8,0: 1 . Em geral, os motores turboalimentados ou sobrealimentados já possuem ar comprimido na entrada de ar, portanto são geralmente construídos com menor taxa de compressão.
  • Um motor Honda S2000 (F22C1) tem uma taxa de compressão de 11,1: 1 .
  • Alguns motores de carros esportivos atmosféricos podem ter uma taxa de compressão de até 12,5: 1 (por exemplo, Ferrari 458 Italia).
  • Em 2012, a Mazda lançou novos motores a gasolina sob a marca SkyActiv com uma taxa de compressão de 14: 1 . Para reduzir o risco de bater no motor, o gás residual é reduzido usando sistemas de escape do motor 4-2-1 , implementando uma cavidade do pistão e otimizando a injeção de combustível.
  • Os motores a diesel têm uma taxa de compressão que normalmente excede 14: 1 e taxas acima de 22: 1 também são comuns.

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