Como engenheiro, você sabe que todo feito tecnológico impressionante é possível graças a um complicado sistema de peças que funcionam perfeitamente juntas.
O motor automotivo, que usa combustível para mover carros, aviões, tratores, ônibus e motocicletas, pode ser o melhor exemplo disso.
Seja você um estudante de engenharia ou um profissional experiente, aprenderá algo novo sobre essa importante tecnologia e sobre as mentes brilhantes que a tornaram possível.
Então aperte o cinto e junte-se a nós neste passeio educacional pelo coração do motor automotivo!
Introdução aos motores automotivos
Definição formal:
A máquina consumidora de combustível que fornece a força motriz para automóveis, aviões, tratores, ônibus e motocicletas e é transportada no veículo.
Então, se você quer economizar dinheiro com gasolina, a melhor coisa que podemos dizer é apenas tirar o motor do carro. Estou brincando!
Um motor é uma máquina complicada que gira as rodas de um carro, transformando o calor da queima da gasolina em força. O que dá velocidade a algo.
Um ciclo de combustão de quatro tempos é usado para transformar a gasolina em movimento em um motor de combustão interna, que é o tipo mais comum de motor.
Este ciclo tem quatro partes: admissão, compressão, queima e exaustão.
Tipos de motores
Existem diferentes tipos de motores, como motores em linha com quatro cilindros ou motores em V com seis ou oito cilindros.
O layout do motor determina seu tamanho, quão bem ele funciona e quanta potência ele tem.
Os motores em linha são menores que os motores em V, que são mais longos e mais complicados.
Componentes principais
O bloco de cilindros, o cabeçote e o cárter são as partes mais importantes do motor de um automóvel.
O coração do motor é o bloco de cilindros, que geralmente é feito de ferro ou liga de alumínio. Possui cilindros que seguram os pistões, que sobem e descem para gerar energia.
A câmara de combustão também está no bloco de cilindros. É onde o combustível e o ar se misturam para fazer a combustão.
A cabeça do cilindro fica no topo do bloco de cilindros. Tem uma vela de ignição, árvores de cames e válvulas.
As árvores de cames controlam como as válvulas abrem e fecham, o que controla quanto combustível, ar e gases de escape entram e saem da câmara de combustão.
A vela de ignição acende a mistura de combustível e ar para que a combustão possa acontecer.
O cárter geralmente é feito de ferro fundido e fica na parte inferior do motor.
Ele contém peças como pistões, virabrequim, árvores de cames, corrente de distribuição, cárter de óleo, filtro de óleo e assim por diante. Juntas, essas peças transformam combustível em movimento.
Quando um carro é desligado, o motor de partida dá ao pistão a força necessária para se mover para baixo.
Melhorias em motores de combustão
Nos últimos anos, houve melhorias na tecnologia do motor, como injeção direta de combustível, turboalimentação e distribuição variável de válvulas.
Por causa dessas mudanças, o carro consome menos gasolina, tem mais potência e emite menos poluição.
Vídeo: Como funciona?
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Tipos de motores automotivos
Existem diferentes tipos de motores usados em carros, que podem ser agrupados por duas coisas: o tipo de combustível e a configuração do motor (número de cilindros) (configuração dos cilindros).
Motores a gasolina e diesel são os tipos mais comuns de motores de automóveis, mas há outras coisas que diferenciam um motor do outro.
- Motores retos ou em linha.
Todos os cilindros em um motor reto/em linha estão alinhados, voltados para cima e geralmente perpendiculares ao carro.
Este é o layout mais comum para hatchbacks familiares e carros menores.
- Separação.
Os motores planos têm dois bancos de cilindros em cada lado de um único virabrequim.
- Motores V.
Os cilindros em um motor em V são montados em dois bancos separados que formam um V ao redor do virabrequim.
- Motores W.
Os motores W têm três fileiras de cilindros que formam um W ao redor do virabrequim.
A maneira como os cilindros são configurados também pode ser diferente.
Os carros pequenos têm motores de três cilindros, mas os turbocompressores tornaram possível colocá-los também em hatchbacks familiares maiores.
Motores de seis cilindros são geralmente encontrados em carros esportivos e carros de alto desempenho. Eles podem ser configurados em V ou em linha reta.
Supercarros e sedãs de luxo têm motores com oito ou mais cilindros, como V8s, V10s e V12s.
Alguns dos carros mais sofisticados do Grupo Volkswagen têm motores W12.
Motores a gasolina e diesel
Em aplicações automotivas, as principais diferenças entre motores a gasolina e a diesel são como a energia é produzida, o tipo de combustível usado, eficiência térmica, expectativa de vida, rotações por minuto (RPM) e torque.
- Motores a gasolina.
A combustão por ignição é usada em motores a gasolina para misturar gás e ar antes de comprimi-lo e acendê-lo.
Na maioria das vezes, os motores a gasolina têm RPMs mais altos do que os motores a diesel, mas têm menos torque.
- Motores a diesel.
Antes de injetar combustível no ar, os motores a diesel o comprimem, o que torna o motor mais eficiente termicamente e com maior probabilidade de durar mais.
Como o diesel tem uma densidade de energia maior que a gasolina, os motores a diesel usam menos combustível do que os motores a gasolina.
A forma como esses diferentes tipos de motores são usados nos carros mudou ao longo do tempo e depende de como o carro deve ser usado, de quão bem ele precisa funcionar e de quanto combustível precisa usar.
Expansão da Indústria Automobilística
O desenvolvimento do motor automotivo
Durante a Revolução Industrial, o crescimento da indústria automobilística e a necessidade de motores com maior potência levaram à criação dos motores de combustão interna (ICEs).
Esses motores foram originalmente feitos para funcionar com combustíveis líquidos, mas foram alterados para que pudessem funcionar com gasolina.
Nos anos 1900, foram fabricados motores de dois e quatro tempos e tornou-se possível fabricar muitos carros ao mesmo tempo.
Melhorias na conversão de combustível líquido e redução de emissões
Os engenheiros criaram maneiras de transformar combustíveis líquidos em vapores para que pudessem ser usados. Isso melhorou a eficiência de combustível e a potência do motor.
Para resolver o problema da poluição dos carros, também foram feitos sistemas computadorizados de gerenciamento de motores.
As emissões ICE de poluentes de critérios como óxidos de nitrogênio (Nox) e material particulado (PM) foram reduzidas em mais de 99% graças à pesquisa e desenvolvimento nos últimos 30 anos.
Pesquisa e desenvolvimento avançados de motores de combustão
Hoje, as pessoas estão tentando fazer com que os motores de combustão interna funcionem melhor e sejam melhores para o meio ambiente.
A pesquisa e o desenvolvimento de motores de combustão avançados concentram-se em novas tecnologias, como ignição por compressão de carga homogênea (HCCI) e motores de pistão oposto (OPE), além de tornar os powertrains mais elétricos e híbridos.
Embora o número de veículos elétricos esteja crescendo, os ICEs ainda são importantes para a indústria de transporte e serão usados por muito tempo.
Tamanho do motor automotivo e fluxo de ar
A maioria dos motores de automóveis é medida em litros, que é o volume total de todos os seus cilindros.
Se você aumentar o motor, às vezes ele pode gerar mais potência e torque, mas nem sempre é o caso.
Detecção de fluxo de ar em motores automotivos
O medidor de palhetas e o fio quente são as duas maneiras mais comuns de um motor medir a quantidade de ar que está entrando.
Uma palheta de ar carregada por mola conectada a um resistor variável é usada pelo medidor de palhetas para medir a quantidade de ar que entra no motor.
O sensor de fluxo de ar de massa de fio quente, por outro lado, usa um fio resistivo que pende no fluxo de ar e é aquecido a uma determinada temperatura
O ar que entra resfria o fio, o que altera a corrente elétrica de maneira proporcional à quantidade de ar que passa.
O sensor de vórtice Kármán, por outro lado, não é uma forma de medir o fluxo de ar que entra em um motor de carro.
Em vez disso, é uma maneira de medir a velocidade do fluxo de ar causando vórtices no fluxo de ar e medindo as mudanças na pressão causadas pelos vórtices.
Manutenção de motores automotivos
Filtros de óleo do motor
Os filtros de óleo do motor são uma parte importante para garantir que o motor de um carro funcione bem.
Eles trabalham para remover sujeira, óleo e partículas de metal do óleo. Isso permite que o óleo flua suavemente, limpa o óleo e protege as peças metálicas.
Preço, design, construção e atenção aos detalhes são coisas importantes a serem consideradas ao escolher um filtro de óleo do motor.
Sistemas de gerenciamento de motores automotivos
Existem muitas maneiras de ajustar e alterar um sistema de gerenciamento do motor para melhorar seu desempenho.
Algumas maneiras de alterar os sistemas são recalibrar os ECMs de fábrica, ajustar com piggybacks, interceptores e outras peças extras e projetar, modificar e construir coletores de admissão.
Sistemas de gerenciamento de motor programáveis separadamente também podem ser usados para alterar o funcionamento de um motor.
Para obter o melhor desempenho, é importante fazer alterações de forma segura e confiável.
Antes de fazer alterações no sistema de gerenciamento do motor, você deve conversar com um especialista ou ler sobre o assunto.
Horas do motor
As horas do motor são o número de horas que um motor está funcionando desde que foi fabricado pela primeira vez, mesmo quando o veículo não está em movimento.
Essa métrica é útil para medir o desgaste de veículos comerciais, especialmente para acompanhar o tempo de marcha lenta, uma vez que o odômetro não registra a quilometragem quando um veículo usa um PTO para ficar parado por horas todos os dias.
As horas do motor também podem ser usadas para planejar a manutenção preventiva e descobrir quanto um veículo foi usado.
A relação entre as horas do motor e a quilometragem pode ser usada para fazer um plano completo de substituição de veículos, melhorar os cronogramas de manutenção e acompanhar o desempenho de uma frota.
Os motores modernos têm uma peça chamada módulo de controle do motor (ECM) que conta o número de vezes que o motor gira e quanto tempo leva cada volta.
Módulos de controle de motores automotivos
Os módulos de controle do motor automotivo (ECMs) usam uma série de medidas de segurança para garantir que funcionem corretamente e evitar que as pessoas mexam com eles.
Por exemplo, eles incorporam mecanismos de segurança e hardware de verificação, usam padrões de segurança automotiva como SAE J3061 e ISO/SAE 21434 e passam por processos de verificação.
Os ECMs também podem ser protegidos usando verificações de plausibilidade para encontrar sinais que foram falsificados ou alterados.
Isso é feito comparando os valores do sensor com os valores conectados para garantir que estejam corretos. Isso torna mais difícil para pessoas mal-intencionadas fazer alterações no ECM.
Por fim, os ECMs modernos são feitos com peças de computador, como microprocessadores, que podem receber, interpretar e atuar rapidamente nas entradas do sensor. Isso ajuda a garantir que o sistema funcione corretamente.
A EPA tem uma política em vigor para garantir que as proibições da Lei do Ar Limpo sobre adulteração e dispositivos manipulados no mercado de reposição sejam seguidas.
Essas proibições duram toda a vida útil de um veículo, tornam ilegal para os revendedores vender veículos adulterados que já estão na estrada e exigem inspeções regulares dos veículos para garantir que os sistemas de diagnóstico de emissões a bordo estejam funcionando corretamente.
Os sintonizadores, que são produtos que alteram uma ECU, podem ser dispositivos de manipulação de pós-venda ilegais, e usá-los ou colocá-los pode ser adulteração ilegal.
Casos de uso
| Tarefa: | Descrição: |
|---|---|
| Automóveis e outros veículos | Carros, caminhões e ônibus são os locais mais comuns onde os motores automotivos são usados. Esses motores fornecem ao veículo a potência necessária para seguir em frente. Eles são uma parte importante do transporte moderno. |
| Propulsão de Aeronaves | Outro local importante onde os motores dos carros são usados é nos aviões, onde fornecem o impulso necessário para a decolagem e o voo. A maioria dos motores de avião são mais potentes e eficientes do que os motores de carros porque precisam ser capazes de criar mais sustentação e superar a resistência do ar. |
| Equipamento Agrícola | Motores de carros são frequentemente usados em tratores e outros tipos de equipamentos agrícolas. Esses motores devem ser fortes e duradouros o suficiente para lidar com as cargas pesadas e o trabalho árduo que acompanham a agricultura. |
| Geração de energia | Há momentos em que os motores dos carros também podem ser usados para gerar energia. Na maioria das vezes, esses motores são usados em grupos geradores, que são usados para alimentar residências e empresas quando há falta de energia. |
| Propulsão Marítima | Barcos e outros tipos de embarcações também podem ser movidos por motores de automóveis. Os motores marítimos geralmente são feitos para durar mais e resistir à corrosão melhor do que os motores de automóveis, porque precisam trabalhar no ambiente marítimo hostil. |
| corrida | Outra maneira de usar os motores dos carros é nas corridas, onde eles alimentam carros de alto desempenho que podem ir muito rápido. A maioria dos motores de corrida é ajustada para tirar o máximo proveito deles e pode produzir muito mais potência do que um motor de carro comum. |
| Cortadores de grama e outras ferramentas pequenas | Finalmente, os motores dos carros também podem ser usados para acionar cortadores de grama, motosserras e outras pequenas ferramentas. Na maioria das vezes, esses motores não são tão fortes quanto seus equivalentes maiores, mas ainda precisam ser confiáveis e eficientes o suficiente para lidar com o uso diário. |
Referências:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Conclusão
Em conclusão, o motor do carro é uma incrível peça de tecnologia que mudou a maneira como viajamos e vivemos.
Os engenheiros estiveram na vanguarda da fabricação dessas máquinas incríveis, desde os primeiros motores de combustão interna até os mais avançados híbridos e powertrains elétricos de hoje.
Mas o motor do carro também é um símbolo de algo mais profundo: nosso desejo natural de ultrapassar os limites do que é possível, romper barreiras e sonhar com um amanhã melhor.
Ao olharmos para o futuro, fica claro que o motor automotivo continuará a ser uma parte importante de nossas vidas.
É o motor que move os carros que nos levam ao trabalho, escola e outros lugares.
Mas também é um lembrete de quão poderosa é a criatividade humana, de como as pessoas estão dispostas a experimentar coisas novas e de quanto a mente humana pode fazer.
Portanto, da próxima vez que ligar o carro, pare um momento para pensar na incrível engenharia que torna tudo isso possível e lembre-se de que as possibilidades são realmente infinitas.
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