Ciclos operacionais
Existem vários ciclos de operação em uso: 1. Quatro tempos 2. Dois tempos 3. Rotativo 4. Diesel
Ciclo de quatro tempos
A grande maioria dos motores alternativos de aeronaves certificados opera no ciclo de quatro tempos, às vezes chamado de ciclo Otto em homenagem ao seu criador, um físico alemão. O motor de ciclo de quatro tempos tem muitas vantagens para uso em aeronaves. Uma vantagem é que ele se presta prontamente a alto desempenho por meio de superalimentação.
Neste tipo de motor, são necessários quatro tempos para completar a série de eventos ou ciclo de operação de cada cilindro. São necessárias duas voltas completas do virabrequim (720°) para os quatro tempos; assim, cada cilindro em um motor desse tipo dispara uma vez a cada duas revoluções do virabrequim. Na discussão a seguir sobre a operação do motor de ciclo de quatro tempos, observe que o tempo de ignição e os eventos das válvulas variam consideravelmente em diferentes motores. Muitos fatores influenciam o tempo de um motor específico, e é muito importante que as recomendações do fabricante do motor a esse respeito sejam seguidas na manutenção e revisão. O tempo dos eventos de válvula e ignição é sempre especificado em graus de deslocamento do virabrequim. Deve ser lembrado que uma certa quantidade de deslocamento do virabrequim é necessária para abrir totalmente uma válvula; portanto, o tempo especificado representa o início da abertura em vez da posição totalmente aberta da válvula. Um exemplo de gráfico de tempo de válvula pode ser visto na Figura.
Curso de admissão
Durante o curso de admissão, o pistão é puxado para baixo no cilindro pela rotação do virabrequim. Isso reduz a pressão no cilindro e faz com que o ar sob pressão atmosférica flua através do carburador, que mede a quantidade correta de combustível. A mistura ar/combustível passa pelos tubos de admissão e válvulas de admissão para os cilindros. A quantidade ou peso da carga de combustível/ar depende do grau de abertura do acelerador.
A válvula de admissão é aberta consideravelmente antes que o pistão atinja o TDC no curso de escape, a fim de induzir uma quantidade maior de carga de combustível/ar no cilindro e, assim, aumentar a potência. A distância que a válvula pode ser aberta antes do TDC, no entanto, é limitada por vários fatores, como a possibilidade de que os gases quentes remanescentes no cilindro do ciclo anterior possam retornar ao tubo de admissão e ao sistema de indução.
Em todos os motores de aeronaves de alta potência, tanto as válvulas de admissão quanto de escape estão fora dos assentos das válvulas no TDC no início do curso de admissão. Como mencionado acima, a válvula de admissão abre antes do TDC no curso de escape (avanço da válvula), e o fechamento da válvula de escape é consideravelmente atrasado após o pistão ter passado do TDC e ter iniciado o curso de admissão (atraso da válvula). Este tempo é chamado de sobreposição de válvulas e é projetado para auxiliar no resfriamento do cilindro internamente, circulando a mistura ar/combustível de entrada fria, para aumentar a quantidade de mistura ar/combustível induzida no cilindro e para auxiliar na eliminação dos subprodutos da combustão. do cilindro.
A válvula de admissão é programada para fechar cerca de 50° a 75° após o BDC no curso de compressão, dependendo do motor específico, para permitir que o impulso dos gases de entrada carregue o cilindro mais completamente. Por causa do volume comparativamente grande do cilindro acima do pistão quando o pistão está próximo do BDC, o pequeno deslocamento ascendente do pistão durante este tempo não tem um grande efeito no fluxo de entrada de gases. Esta temporização tardia pode ser levada longe demais porque os gases podem ser forçados de volta através da válvula de admissão e anular o propósito do fechamento tardio.
Curso de compressão
Depois que a válvula de admissão é fechada, o movimento ascendente contínuo do pistão comprime a mistura ar/combustível para obter as características desejadas de queima e expansão. A carga é disparada por meio de uma faísca elétrica quando o pistão se aproxima do TDC. O tempo de ignição varia de 20° a 35° antes do TDC, dependendo dos requisitos do motor específico para garantir a combustão completa da carga quando o pistão estiver ligeiramente além da posição do TDC.
Muitos fatores afetam o tempo de ignição, e o fabricante do motor gastou um tempo considerável em pesquisas e testes para determinar a melhor configuração. Todos os motores incorporam dispositivos para ajustar o ponto de ignição, sendo muito importante que o sistema de ignição seja cronometrado de acordo com as recomendações do fabricante do motor.
Curso de potência
À medida que o pistão se move através da posição TDC no final do curso de compressão e começa a descer no curso de força, ele é empurrado para baixo pela rápida expansão dos gases em chamas dentro da cabeça do cilindro com uma força que pode ser superior a 15 toneladas ( 30.000 psi) na potência máxima do motor. A temperatura desses gases em chamas pode estar entre 3.000° e 4.000°F. À medida que o pistão é forçado para baixo durante o curso de força pela pressão dos gases de combustão exercida sobre ele, o movimento descendente da biela é alterado para movimento rotativo pelo virabrequim. Em seguida, o movimento rotativo é transmitido ao eixo da hélice para acionar a hélice. À medida que os gases de combustão são expandidos, a temperatura cai para limites seguros antes que os gases de exaustão fluam pela porta de exaustão.
O tempo de abertura da válvula de escape é determinado, entre outras considerações, pela conveniência de usar o máximo possível da força expansiva e de limpar o cilindro o mais completa e rapidamente possível. A válvula é aberta consideravelmente antes do BDC no curso de força (em alguns motores a 50° e 75° antes do BDC) enquanto ainda há alguma pressão no cilindro. Este tempo é usado para que a pressão possa forçar os gases para fora da porta de exaustão o mais rápido possível. Este processo libera o cilindro do calor residual após a obtenção da expansão desejada e evita o superaquecimento do cilindro e do pistão. A limpeza completa é muito importante, porque quaisquer produtos de exaustão remanescentes no cilindro diluem a carga de combustível/ar de entrada no início do próximo ciclo.
Curso de exaustão
À medida que o pistão percorre o BDC na conclusão do curso de força e começa a subir no curso de escape, ele começa a empurrar os gases de escape queimados para fora da porta de escape. A velocidade dos gases de escape que saem do cilindro cria uma baixa pressão no cilindro. Essa pressão baixa ou reduzida acelera o fluxo da carga de ar/combustível fresco no cilindro quando a válvula de admissão está começando a abrir. A abertura da válvula de admissão é programada para ocorrer de 8° a 55° antes do TDC no curso de escape em vários motores.
Ciclo de dois tempos
O motor de dois tempos ressurgiu sendo usado em aeronaves ultraleves, esportivas leves e muitas aeronaves experimentais. Como o nome indica, os motores de ciclo de dois tempos requerem apenas um curso ascendente e um curso descendente do pistão para completar a série necessária de eventos no cilindro. Assim, o motor completa o ciclo de operação em uma revolução do virabrequim. As funções de admissão e escape são realizadas durante o mesmo curso. Esses motores podem ser resfriados a ar ou a água e geralmente requerem uma caixa de redução de engrenagem entre o motor e a hélice.
Ciclo Rotativo
O ciclo rotativo possui um rotor de três lados que gira dentro de uma carcaça elíptica, completando três dos quatro ciclos para cada revolução. Esses motores podem ser de rotor único ou de rotor múltiplo e podem ser resfriados a ar ou água. Eles são usados principalmente com aeronaves experimentais e leves. As características de vibração também são muito baixas para este tipo de motor.
Ciclo Diesel
O ciclo diesel depende de altas pressões de compressão para fornecer a ignição da carga combustível/ar no cilindro. À medida que o ar é aspirado no cilindro, ele é comprimido por um pistão e, na pressão máxima, o combustível é pulverizado no cilindro. Neste ponto, a alta pressão e temperatura no cilindro faz com que o combustível queime aumentando a pressão interna do cilindro. Isso abaixa o pistão, girando ou acionando o virabrequim. Motores refrigerados a água e ar que podem operar com combustível JET A (querosene) usam uma versão do ciclo diesel. Existem muitos tipos de ciclos a diesel em uso, incluindo diesel de dois tempos e quatro tempos.
