Relatorio Final Motor

MOTOR VW 16V

FABIO JOSÉ PRECZEVSKI IVO NAISINGER RICARDO KORALESKI

DAYTON ESPIG FLÁVIO STAKONSKI

MÁQUINAS TÉRMICAS A PROF. JULIANO HAWRYLUK

DEZEMBRO DE 2011 ERECHIM - RS

RESUMO

Neste trabalho será apresentado informações sobre o motor VW 1.0 Hitorq 16 V, fabricante, ficha técnica, procedimentos de desmontagem e montagem, dimensões realizadas nos pistões, cilindros, bielas e volumes. O motor usado para as medições foi um VW 16V do fabricante Volkswagen , que se encontra no Laboratório de Motores do curso de Engenharia Mecânica da URI Campus de Erechim-RS. Também um comparativo entre os resultados de medições e cálculos matemáticos, dos principais componentes, com os dados originais do motor.

Sumário

3.10 CONSUMO ESPECIFÍCO DE COMBUSTÍVEL ... 16

3.11 PRESSÃO MÉDIA EFETIVA ... 17

3.12 POTÊNCIA POR CILINDRO ... 17

4 RELAÇÃO DE PEÇAS FALTANTES ... 17

5 MONTAGEM DO MOTOR ... 18

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 19

7 DESENVOLVIMENTO DO CAVALETE ... 20

1. INTRODUÇÃO

Motor de combustão interna é uma máquina térmica, que transforma a energia proveniente de uma reação química em energia mecânica. 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.

O motor analisado possui o Ciclo de Otto que é um ciclo termodinâmico, que idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha. Foi o Francês Beau de Rochas que desenvolveu teoricamente o funcionamento de um motor de quatro tempos que utilizava a compressão dos gases combustíveis no interior de um pistão. Apesar de não ter construído esse motor, o ciclo proposto por ele foi um grande salto no desenvolvimento dos motores.A construção do motor quatro tempos ficou a cargo do engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876.

Motores baseados neste ciclo equipam a maioria dos automóveis de passeio atualmente. Basicamente os motores são constituídos de cilindros com pistões móveis e um virabrequim ou eixo que transmite o movimento dos pistões para as rodas. O motor é fabricado com ligas de metais capazes de suportar altas temperaturas sem se fundirem e com a propriedade de transmitirem facilmente o calor gerado pelo atrito entre as peças e a explosão para o ambiente.

Os motores de quatro tempos são assim chamados por realizarem um ciclo composto por quatro fases: admissão, compressão, explosão e escape.

Neste tipo de motor 16V, a explosão de quatro cilindros, sua principal característica é a adoção de mais duas válvulas por cilindro, que trabalham simultaneamente as duas já 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.

1.1 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é apresentar um comparativo entre os resultados de medições e cálculos matemáticos, dos principais componentes de um motor VW 16V, com os dados originais do motor. Apresentados gráficos e tabelas comparativas.

1.2. CARACTERÍSTICAS DO MOTOR

O motor VW Hitorq 16V, foi o primeiro motor 1.0 com 16 válvulas do mundo, este se destacava por reunir vantagens de baixo consumo e leveza dos motores de pequenos e, a alta potência dos motores de maior cilindrada. Seu baixo consumo

conseguido graças a sua baixa cilindrada e ao gerenciamento eletrônico do motor, incorporando funções como injeção multiponto seqüencial e circuito fechado lambda.

O motor possui elevado valor de potencia que é obtido em função do desenho do cabeçote, que foi projetado para obter uma câmara hemisférica com quatro válvulas por cilindro e uma vela de ignição central, associado a desenhos dos coletores e ignição mapeada com controle de detonação. A relação curso/diâmetro dos pistões e favorável ao torque em baixas rotações, o que deixa o motor nervoso, porém suave e agradável em marcha lenta.

2. DESCRIÇÃO E PROCEDIMENTOS

2.1 PROCEDIMENTO DE DESMONTAGEM

O procedimento de desmontagem consiste em avaliar as ferramentas corretas para cada componente. Com o motor fixado em um suporte foi realizado a desmontagem da parte superior para a inferior, iniciando pelos componentes auxiliares, tampa do comando de válvulas, câmes, cabeçote, cárter, pescador e mancal de bronzinas.

A desmontagem iniciou pela retirada dos componentes auxiliares que são presos ao motor.

Figura 2 – Retirada dos componentes auxiliares.

Após foi retirada da tampa do cabeçote, que é presa ao cabeçote por seis parafusos.

Em seguida foram desmontados os eixos de comando de válvulas, câmes, que são fixados junto ao cabeçote com vinte e quatro parafusos, e o próprio cabeçote que é fixado ao bloco do motor com dez parafusos.

Figura 4 – Motor já sem o comando de válvulas e o cabeçote.

O passo seguinte foi girar o motor no cavalete em 180° para retirar a tampa do cárter que é presa ao bloco do motor, neste componente estava fixado somente com nove parafusos, faltando o restante.

Após ter sido aberto o cárter foi retirado o pescador que é preso ao bloco por quatro parafusos.

Figura 6 – Retirada do pescador.

Com a retirada do pescador o passo seguinte foi iniciar a desmontagem dos pistões, que são presos ao virabrequim por dois parafusos em cada pistão, e retirado também o virabrequim que é preso ao bloco do motor por quatro parafusos, sendo dois em cada extremidade do bloco.

3. METODOLOGIA

Depois de concluída a desmontagem do motor foram feitas as medições dos componentes com objetivo de levantar informações para posteriormente fazer um comparativo com as informações originais do motor dos seguintes itens:

- Taxa de Compressão - Cilindrada - Razão de Compressão - Diâmetro/Curso do Pistão - Braço/Rádio - Eficiência Mecânica - Eficiência - Torque - Potência - Consumo de Combustível

- Pressão Média Efetiva

Figura 8 – Fazendo medições nos componentes do motor.

Os diâmetros encontrados são apresentados na tab.:

Tabela 1 - Diâmetros dos pistões e camisas.

1 2 3 4

Ø PISTÃO (mm) 67,12 67,06 67,14 67,14

Ø CAMISA (mm) 67,6 67,6 67,6 67,6

Onde, o Ø do pistão é de 67,115 mm e o Ø da camisa equivale a B = 67,6 mm. Os demais itens medidos podem ser analisados na tabela a seguir:

Tabela 2 - Volumes e dimensões mensurados em laboratório. ITENS MEDIDOS Vd VOLUME ADMITIDO 294693,6mm3 Vc VOLUME COMPRIMIDO 27450,33mm3 L CURSO DO PISTÃO 72,5 mm l BRAÇO (BIELA/MANIVELA) 139 mm a RAIO (BIELA/MANIVELA) 69,5 mm 3.1 TAXA DE COMPRESSÃO

É um valor numérico, neste caso uma razão ou proporção, que compreende a relação entre o volume da câmara de combustão completamente distendida para o volume da câmara de combustão completamente comprimida.

(1)

Através dos dados medidos encontramos uma Taxa de compressão = 10,7. Valor este aceitável, pois para motores de ignição por centelha a taxa de compressão deve estar compreendida entre 8<TC<12.

3.2 CILINDRADA

A distância entre o ponto morto superior e o ponto morto inferior e o diâmetro do cilindro determinam o volume da mistura ar-combustível admitida pelo motor a cada ciclo. É medida em litros (l) ou centímetros cúbicos (cc ou cm³). Citando um exemplo, um motor 1.0l e um motor 1000cc têm a mesma cilindrada. Quanto maior for a cilindrada, maior será a potência e o consumo de combustível.

(2)

3.3 RAZÃO DE COMPRESSÃO

A razão de compressão de um motor é a comparação do volume de um cilindro quando o êmbolo está no ponto morto inferior (PMI), e o volume quando ele está no ponto morto superior (PMS).

.

(3) A razão de compressão pode ser calculada com a Eq.(3) o valor obtido foi RC = 10,7.

3.4 DIÂMETRO/CURSO DO PISTÃO

A equação que determina a razão é dada por a razão diâmetro/curso do pistão. Para motores pequenos e médios deve atender a faixa entre 0,8 à 1,2. O valor de RBS,

encontrado foi de 0,9074.

(4)

3.5 BRAÇO/RÁDIO

A razão braço/radio do sistema biela manivela é expressa por

(5) (6) Onde, R - relação braço/radio a - raio da biela (mm) L - altura do pistão (mm) l - altura do rádio (mm)

Como a = raio da manivela dividido por 2, obtêm-se a = 69,5mm. Então R é igual a 2.

3.6 EFICIÊNCIA MECÂNICA

Para obter-se a eficiência mecânica é necessário encontrar a potência bruta e deve se considerar a soma da potência líquida com a potência de fricção. Assim a eficiência mecânica do motor é:

(7)

Considerando os valores fornecidos pelo fabricante: Potência liquida =49,2 kW e a Potência bruta de 51 kW, ambos com rotação de 5700 rpms., otem-se 96,5%.

3.7 EFICIÊNCIA

A eficiência é obtida substituindo na expressão da eficiência, as relações entre as temperaturas.

(8)

Com o valor de rc, já calculado e adotando k=1,4, então ou 61,31%. Resultado esse que pode ser confirmado conforme a Fig. 8, a seguir. Como se observa, a eficiência é maior quanto maior o valor deste coeficiente.

O coeficiente gamma depende do tipo de gás contido no cilindro, mas em termos práticos, também depende das condições em que acontecem a compressão e a expansão. A relação da eficiência com a relação de compressão, quanto mais alta a relação de compressão, maior a eficiência do ciclo.

A Fig.10, mostra que os valores de eficiência calculados são aceitáveis, pois estão dentro da faixa já pré- estabelecida.

Figura 10 - Variação da eficiência com o coeficiente gamma.

3.8 TORQUE

Torque é uma força aplicada à uma distância. A combustão de gasolina no cilindro cria uma pressão contra o pistão esta força é transmitida do pistão para a biela e dela para o virabrequim. O torque pode ser obtido através da equação:

Onde F é a força medida no dinamômetro, eb é o braço do dinamômetro. Como não se tem a medida de força no dinamômetro e nem o tamanho do braço, fez-se uma analise a partir dos cálculos da potência. Portanto T = 90,7 Nm.

3.9 POTÊNCIA

Potência é a rapidez com a qual uma certa quantidade de energia é transformada ou é a rapidez com que o trabalho é realizado.

O motor de veículos é uma fonte de potência. A potência do motor gera a movimentação veículo. Então se maior for a potência do motor, maior será a sua capacidade de carga, e maiores velocidades poderá proporcionar ao veículo.

A potência pode ser calculada da seguinte maneira:

(10)

Utilizando o torque calculado e RPM da potência máxima, que equivale a 5700 RPM, encontra-se P=50,2kW.

3.10 CONSUM ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL

Consumo de combustível pode ser entendido pela quantidade consumida por unidade de tempo, a uma dada potência e sob condições ambiente definidas. Já consumo específico de combustível é consumo por unidade de potência.

Figura 11 - Consumo específico do motor.

A equação para o consumo de combustível é genérica, o numerador indica a vazão do combustível, em kg.s-1, o denominador a potência, em kW.

̇ _̇

(11)

Assim, tem-se 0,404 kg /kWh .

3.11 PRESSÃO MÉDIA EFETIVA

A pressão média efetiva é um valor bastante utilizado para indicar (indiretamente) a potência de um motor, e é dada pela Equação:

(12)

Foi obtido o valor de 50,5 kg/cm2 para pressão média efetiva.

3.12 POTÊNCIA POR CILINDRO

A potência por cilindro pode ser calculada a partir do trabalho por ciclo, levando em conta o tipo de motor (2 ou 4 tempos), e o número de revoluções, assim:

̇

(13)

nR = 1 (2 tempos) nR = 2 (4 tempos)

Portanto para um nR= 2 temos uma potência por cilindro de ̇ =67,8 cv.

4 RELAÇÃO DE PEÇAS FALTANTES

Na seqüência relação de peças que faltam no motor:

 Todas as correias;  Filtro do Oléo;  Polia livre;

 Tensor Automático;

 Polia da árvore de Manivelas;  Duas engrenagens 48 dentes;  Coletor de admissão;

 Coletor de escape;

 Corrente de acionamento da Bomba;  Uma porca da biela;

 Suporte do filtro de óleo;  Vareta do óleo;

 Parafusos da tampa do Carter;  Velas;

 Cabos das velas;  Suporte do alternador;  Distribuidores;

 Três Válvulas(Duas no 1º Pistão e uma no 4º Pistão);  Mangueiras de refrigeração.

5 MONTAGEM DO MOTOR

Antes da montagem foi feita a lubrificação do motor e todos os componentes.

Figura 12 – Lubrificação dos componentes do motor.

Na montagem foram utilizadas diversas ferramentas chaves tipo cachimbo, chave de boca, chave estrela, alicate, chave de fenta, chave Philips e chave de torque.

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Fizemos as medições dos componentes necessários para podermos utilizar estas nos cálculos. Cruzando informações de manuais e dados técnicos, foi confeccionada uma tabela fazendo um comparativo entre o motor novo, e o motor disponível na Universidade.

Na tabela seguinte, comparam-se os valores calculados com os reais.

Tabela 3 - Valores calculados e reais.

MOTOR Calculado Real

Taxa de compressão 10,7:1 10,8:1 Cilindrada 1025cm3 999cm3 Razão de compressão 10,7 10,8 Curso do pistão 72,5 mm 70,6mm Diâmetro do cilindro 67,6 mm 67,1 mm Razão diâmetro/curso do pistão 0, 9074 --- Razão braço/rádio do sistema biela manivela

2 ----

Distância entre o pino da biela no pistão

e o eixo da manivela

139 mm ----

Volume do cilindro em função do

deslocamento da biela

1185,2 cm3 ----

Área Interna da Câmara de Combustão

104,37 cm2 ----

Velocidade Média do Pistão 9,25 m s -1 ----

Eficiência 61,31% 68,5% Torque 90,7 Nm 91,9 Nm Potência 50,2 kW 51cv Consumo especifico de combustível 0,404 kg /kWh ---- Eficiência Térmica 63%. 67%

Pressão Média Efetiva 50,5 kg/cm2 55 kg/cm2

Potencia por cilindro 67,8 cv ----

7 DESENVOLVIMENTO DO CAVALETE

A fim de realizar um projeto com cavalete para disposição do motor em sua posição normal de utilização, foram realizados os cálculos e desenhos que serão apresentados a seguir. O desenvolvimento do cavalete deve levar em consideração que o motor venha a ser acionado, portanto deve ser realizado de material bastante resistente e rígido.

Primeiro passo a ser realizado é o dimensionamento das bases de fixação do motor, onde há quatro pontos de fixação. Na seção longitudinal, são 450 mm entre pontos e na seção longitudinal, são 310 mm entre pontos. A altura estipulada, dos pontos de fixação ao chão, será de 550mm.

O peso do motor completo, com todos itens de montagem, além do óleo do motor, é de aproximadamente 200 kg. Assim, distribuindo este peso equivalentemente, cada ponto de sustentação suportará 500 N. Pelo perfil sugerido, analisado transversalmente na Fig 1, tem-se ΣFx = 0, sendo então dois perfis alinhados a 310 mm de distância.

Figura 13 - Esforços atuantes no perfil proposto.

ΣMA= (1000N x 225) mm – (500N x 450mm) = 0

Assim:

ΣFy = FA + FB + MA = 500 + 500 + 0 = 1000 N.

Como há apenas forças axiais no eixo y, então e ΣFy = 1000 N por perfil.

Assim, tomando como base cada perfil lateral do cavalete para análise separadamente, tem-se uma carga P de 1 kN. O material sugerido pelo grupo é o tubo retangular 120x80x6,3 mm, de aço SAE 1045, que pode ser analisado na Fig. 2.

Figura 14 - Material selecionado.

Tendo área A = 23,4 mm2, aplica-se a Eq. 1.

(1)

Adotando um coeficiente de segurança CS = 3 e sabendo que o limite da tensão de compressão do material utilizado σU equivale a 220 MPa, aplica-se a Eq. 2.

(2)

Assim, a tensão admissível para o perfil selecionado equivale a σadm = 73,33

MPa. Sendo σadm > σ, o perfil selecionado pode ser utilizado como cavalete do motor

especificado.

Com os cálculos aprovando o uso do material e da geometria selecionados, projetou-se o cavalete com auxílio do software Solidworks, que pode ser analisado na figura seguinte.

Figura 15 - Cavalete projetado para motor VW 1.0 16V.

O motor será fixado no cavalete através de quatro suportes que correspondem com os pontos de fixação do motor. A fixação se dará com parafusos M8 e M6, como mostra a figura a seguir.

8 CONCLUSÃO

Para atender o objetivo do trabalho realizou-se medições resolução dos cálculos do motor a fim de se ter uma comparação entre os valores obtidos com os valores reais do motor, obtidos pelo fornecedor. Com esta comparação foi verificado que a diferença e se deve em função do desgaste ocorrido nas peças, em função do motor já ser usado. Também a incrustações que se acumulam devido ao não funcionamento do motor.

De acordo com o que foi proposto, foi possível alcançar os objetivos deste trabalho visto que toda seqüência de cálculo foi realizada conforme estava descrito nas aulas, aplicando de forma prática o conhecimento adquirido na disciplina de Máquinas Térmicas A.