Tópicos:
- Introdução
- Movimentos do pistão primário e secundário
- Velocidade do pistão
- Aceleração do pistão
- Visão geral completa do curso, velocidade e aceleração do pistão
Introdução:
O movimento para cima e para baixo (translação) do pistão é convertido em um movimento giratório pelo mecanismo da biela da manivela. O pistão se move para cima e para baixo em linha reta. Isso é chamado de movimento do pistão primário. No entanto, a biela não se move apenas para cima e para baixo, mas também para os lados. Devido ao movimento lateral da biela, o pistão percorrerá uma distância um pouco maior. Além do aumento da distância, o pistão também atingiu sua velocidade de movimento mais alta neste ponto. Essa distância extra é chamada de movimento secundário do pistão.
A figura mostra o movimento do pistão. O pistão azul superior indica onde está o TDC (Ponto Morto Superior). O pistão azul no meio à direita indica a distância do movimento do pistão primário (ou seja, na qual a biela não ficou inclinada). O pistão inferior vermelho indica a distância extra criada pela rotação do virabrequim e pela inclinação da biela; este é o movimento do pistão secundário.
Quando o virabrequim é girado 90 graus, a velocidade de movimento do pistão é máxima. O movimento do pistão secundário garante uma maior distância percorrida. Somando a distância do movimento secundário à do movimento primário, a distância total percorrida pelo pistão pode ser determinada.
A relação entre o comprimento do munhão da manivela e o comprimento da biela determina a magnitude do movimento secundário. O movimento secundário do pistão também afeta a velocidade e a aceleração do pistão.
Movimentos do pistão primário e secundário:
O movimento do pistão primário e secundário é mostrado nos gráficos desta seção como a distância percorrida. A soma do movimento do pistão primário e secundário é o movimento total do pistão. A estrutura do percurso total do pistão é explicada abaixo.
Movimento do pistão primário:
A força na direção TDC para TDC e a força do ODP para TDC juntas causam uma vibração que ocorre uma vez por revolução do virabrequim. É por isso que esta força também é chamada de força primária. A força primária faz um movimento primário.
- O movimento primário do pistão é 0 a 0° de rotação do virabrequim e também 180 a 0°;
- Se olharmos exclusivamente para o movimento primário do pistão, com uma rotação de 90° do virabrequim o pistão está na metade do curso (também na metade do cilindro), ou seja, a 90 mm.
Movimento do pistão secundário:
O movimento lateral da biela proporciona o movimento secundário do pistão. Quanto maior a relação entre o pino da manivela e o comprimento da biela, maior será a força secundária e, portanto, o movimento secundário.
- No TDC o movimento secundário é 0;
- Na rotação do virabrequim de 90° o movimento secundário é máximo;
- Adicionamos ao movimento primário a distância que o pistão percorre durante o movimento secundário. Este é o caminho real que o pistão percorreu.
Movimento real do pistão:
O movimento real do pistão é formado pela soma do movimento do pistão primário e secundário. Isso pode ser lido como “total” no gráfico.
- O pistão já está na metade de seu curso no cilindro antes que o virabrequim gire 90 graus. No gráfico vemos que o pistão percorreu 110 mm a 90 graus. Isso representa 61% do total de AVC;
- O comprimento do munhão da manivela e, portanto, a relação manivela-biela (frequentemente chamada de lambda), determina o curso secundário e, portanto, total do pistão.
O movimento do pistão secundário amplifica as vibrações do motor. Num motor com quatro ou menos cilindros, onde as forças secundárias são relativamente grandes, eixos de equilíbrio aplicado para limitar as vibrações do motor.
Velocidade do pistão:
Durante o processo de trabalho, o pistão inverte sua direção de movimento no ODP e no TDC. No ODP e no TDC a velocidade do pistão é zero. Isso ocorre porque o pistão muda de direção nesses pontos. À medida que o pistão se move do PMS para o PDO, a velocidade do pistão aumenta. A velocidade do pistão primário atinge seu valor máximo em torno de 90 graus de rotação do virabrequim. Este é o resultado da aceleração positiva do pistão durante o movimento descendente. No entanto, à medida que o ângulo da biela aumenta, a velocidade do pistão secundário entra em ação. A velocidade do pistão secundário está relacionada com a inclinação da biela e causa uma contribuição adicional para a velocidade total do pistão. Esta velocidade do pistão secundário faz com que a velocidade total do pistão atinja seu valor máximo mais cedo do que a velocidade do pistão primário sozinha causaria. Isso normalmente acontece antes do ângulo do virabrequim de 90 graus. No gráfico abaixo vemos que a velocidade total do pistão já é máxima em aproximadamente 75%.
Aceleração do pistão:
A velocidade do pistão foi discutida no parágrafo anterior. O gráfico mostra que a velocidade do pistão no TDC e no ODP é 0, e a velocidade aumenta e diminui durante o movimento descendente e ascendente. Com a aceleração do pistão, observamos a aceleração e desaceleração do pistão no cilindro.
Quando o ângulo da manivela é 0 graus, o pistão está no topo do seu curso, pronto para iniciar o seu movimento descendente. A aceleração do pistão é máxima neste ponto. Isso se deve à mudança abrupta na direção do movimento do pistão, desde a parada no ponto mais alto até o início do movimento descendente. À medida que se move em direção ao PMS, a aceleração diminui. A aceleração primária do pistão é 0 a 90 graus de rotação do virabrequim. No parágrafo anterior podemos ver que a velocidade do pistão diminui novamente em 90 graus. Entre 90 e 180 graus do virabrequim, o pistão freia até atingir o PMS. No gráfico vemos a frenagem como uma aceleração negativa.
A aceleração secundária do pistão é novamente criada pela inclinação da biela. Em um motor com biela fora do eixo, a biela já está em um pequeno ângulo quando o pistão está no PMS. Como resultado da aceleração secundária do pistão, a aceleração total do pistão aumenta nos primeiros graus do virabrequim.
Visão geral total do curso, velocidade e aceleração do pistão:
Os parágrafos anteriores discutiram os movimentos e velocidades primários, secundários e totais de cada gráfico. Nesta visão geral, vemos os totais em um gráfico.
- À medida que o pistão se move para baixo, o peso do pistão aumenta (de 0 a 180°);
- O pistão inverteu a direção do movimento entre o curso anterior e o curso atual. Devido à mudança repentina na direção do movimento, a aceleração do pistão é máxima a partir de 0 grau do virabrequim;
- A velocidade do pistão aumenta gradualmente, atingindo um máximo antes que o virabrequim gire 90°;
- A 180°, tanto a velocidade quanto a aceleração do pistão são 0;
- Ao subir para o TDC, os gráficos de aceleração e velocidade do pistão se invertem.
Páginas relacionadas:
