Um motor de quatro tempos é um motor de pistão com um curso para duas rotações do virabrequim. Com um motor diesel de quatro tempos, o ar é comprimido durante o curso de compressão, aquecendo-o. No final do curso de compressão, o combustível é injetado através de um injetor e ocorre combustão espontânea. Os gases de combustão em expansão empurram o pistão para baixo durante o curso de trabalho, que aciona o motor.
Os motores a 4 tempos podem ser do ciclo Otto ou Diesel. No entanto, para fins de desempenho, analisamos-os juntos.
Os motores de explosão aproveitam a energia química do combustível (gasolina, diesel, etc.). No momento da explosão, essa energia se torna energia térmica. Graças aos diferentes elementos do motor, essa energia térmica é convertida em energia mecânica (neste caso, energia cinética), girando um eixo.
Desempenho é a proporção de energia usada nessas transformações. De acordo com as leis da termodinâmica, nunca pode exceder 1 em um modelo teórico. Em um ciclo real, a prática nunca pode chegar a 1.
De acordo com a segunda lei da termodinâmica, nenhum motor real ou ideal pode transformar todo o calor introduzido em trabalho mecânico. Portanto, apenas uma fração do calor fornecido pela combustão será transformada em trabalho; Essa fração representa o desempenho térmico do motor.
Em seguida, definimos a eficiência térmica ideal para a relação entre a quantidade de calor transformada em trabalho útil e a quantidade de calor fornecida ao fluido.
Como o trabalho útil é equivalente à diferença entre o calor fornecido Q 1 e o calor subtraído Q 2 , temos:
Qualquer pessoa pode formar uma idéia mais completa do conceito de eficiência térmica e familiarizar-se com a interpretação dos diagramas, examinando a sequência de transformações nas coordenadas PV e TS para um ciclo ideal.
Desempenho térmico na fase de compressão
A zona amarela (L2) representa o trabalho realizado pelo pistão. O pistão se move do ponto morto inferior para o ponto morto superior.
Desempenho térmico na fase de combustão de um motor a 4 tempos
O calor produzido pela combustão é instantaneamente introduzido, uma vez que o ciclo está em volume constante. A zona azul QI representa o calor fornecido.
Desempenho térmico na fase de expansão de um motor térmico
O pistão se move, por padrão, da pressão do fluido, do ponto morto superior para o ponto morto inferior. O trabalho de LI produzido pelo fluido ativo durante a expansão é representado em coordenadas PV, pela área listrada entre a linha de expansão adiabática superior e o eixo da abcissa.
Desempenho térmico na fase de escape de gás
Nesse momento, ocorre a exaustão em volume constante e, durante esta fase do ciclo, o calor Q2 é subtraído enquanto a pressão cai. No lado direito, o calor Q é representado, nas coordenadas TS, pela superfície azul escura. Em violeta, o trabalho útil é representado e, em azul claro, o calor utilizado.
Como o trabalho útil, obviamente, igual ao calor utilizado, podemos escrever:
dessa maneira, podemos simplificar o cálculo do trabalho útil e a eficiência térmica do ciclo usando os valores Q 1 e Q 2 em vez de L 1 e L 2 .