Motores de Combustao Interna

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

Celso R. Rabello Domingos Carapinha Filho Leonardo Serfert Junior

ÍNDICE

CLASSIFICAÇÃO.................................................................................................

1

PEÇAS.................................................................................................................

3

CONCEITOS........................................................................................................

11

CLASSIFICAÇÃO QUANTO À IGNIÇÃO............................................................

12

CLASSIFICAÇÃO QUANTO AOS TEMPOS........................................................

14

DETALHES CONSTRUTIVOS DO MOTOR.........................................................

20

FILTROS...............................................................................................................

23

CARBURADORES................................................................................................

26

INJEÇÃO ELETRÔNICA.......................................................................................

30

COMPRESSORES................................................................................................

37

EMISSÕES VEICULARES....................................................................................

41

MOTOR DIESEL....................................................................................................

43

ARREFECIMENTO................................................................................................

53

LUBRIFICAÇÃO....................................................................................................

59

LUBRIFICANTES..................................................................................................

63

SISTEMA DE IGNIÇÃO.........................................................................................

68

CURVAS CARACTERÍSTICAS.............................................................................

78

MOTORES DE ALTO RENDIMENTO...................................................................

81

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................

84

1

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA CLASSIFICAÇÃO O Motor de Combustão Interna é uma máquina responsável pela transformação de energia calorífica dos combustíveis líquidos ou gasosos, em energia mecânica (trabalho útil), através da combustão. São chamados de combustão interna pois neles, o fluído ativo (combustível + ar) realiza o trabalho. Entre os Motores de Combustão Interna temos três tipos principais:

1- ALTERNATIVO : Através da expansão dos gases da combustão, o trabalho obtido pelo movimento de um êmbolo (pistão), é transformado na rotação de um eixo por um sistema de Biela/Manivela. Aplicações: automóveis, marítimos, estacionários etc.

VANTAGENS: Custo Menor Fácil Operação Menor Consumo

DESVANTAGENS: Maior Vibração Maior numero de peças móveis Baixo Rendimento

2 2 - ROTATIVO Da expansão dos gases da combustão já obtém-se o trabalho útil no eixo, diretamente dos componentes mecânicos em rotação. Aplicações: automóveis, aviões, geradores.

As turbinas e os motores de rotores (ou lóbulos) são denominados rotativos. Porém, as turbinas têm combustão contínua e os de rotores têm combustão intermitente. VANTAGENS: Menor Vibração Maior Rendimento Menor número de peças

DESVANTAGENS:

Dificuldade de vedação do rotor Maior Consumo de óleo Mais Poluente

3 MOTORES DE FLUXO OU DE REAÇÃO Os gases da combustão geram o empuxo para o veículo que carrega o motor. Aplicações: aviões.

VANTAGENS: Grandes Potências Não necessita de trem motriz Alto Rendimento

DESVANTAGENS:

Pouco Operacional (para automóveis)

PEÇAS Atualmente a grande maioria das aplicações utilizam motores alternativos, nos quais nos deteremos mais tempo. Vamos conhecer os principais componentes dos motores alternativos:

4 1) BLOCO DE CILINDROS É o elemento básico do motor. Nele são usinados os cilindros. Também suporta o virabrequim através dos mancais de apoio e serve de apoio para outras peças. Características Necessárias: — ALTA RIGIDEZ — ESTABILIDADE DIMENSIONAL Materiais de Construção: — FERRO FUNDIDO — LIGAS DE ALUMÍNIO

1.a) CILINDROS E CAMISAS É dentro deles ocorre o movimento alternativo dos pistões. Podem ser: a) Fixas: Quando são fundidas e usinadas no próprio bloco. b) Substituíveis: - Secas: Quando não entram em contato com o líquido de Arrefecimento. - Úmidas: Quando entram em contato com o líquido de Arrefecimento.

Cilindro fixo

Camisa Substituível à Seco

Camisa Substituível Úmida

5 2) PISTÃO É o órgão que recebe diretamente o impulso da combustão e o transmite à biela. O pistão não é perfeitamente cilíndrico, é ligeiramente ovalado e cônico, para que se deforme controladamente ao ser exposto às altas temperaturas. Requisitos: — ELEVADA RESISTÊNCIA MECÂNICA — BOA RESISTÊNCIA AO CALOR — ELEVADA RESISTÊNCIA AO DESGASTE — BOA CONDUTIBILIDADE TÉRMICA — BAIXO PESO — BAIXA TRANSMISSIBILIDADE DE RUÍDO Material: — LIGAS DE ALUMÍNIO

2.a) ANÉIS São peças instaladas nos pistões que tornam-se auto-expansíveis, proporcionando uma vedação móvel. Também tem a função de transmitir calor da cabeça do pistão para as paredes do cilindro. Podem ser: a) De Compressão: fazem a vedação entre a câmara de combustão e o cárter. b) De Óleo ou Raspadores: Controlam a camada de lubrificante nos cilindros. Material: — AÇO FUNDIDO (LIGA)

3) BIELA É a haste que transmite movimentos alternativos do pistão para o virabrequim. Material: — AÇO FORJADO — LIGAS DE TITÂNIO

1 - Olho grande ou Cabeça 2 - Capa 3 - Perna ou haste 4 - Olho pequeno ou Pé 5 - Bucha 6 - Parafuso 7 - Porca 8 - Casquilho ou Bronzina Inferior 9 - Casquilho ou Bronzina Superior

6 4) VIRABREQUIM É o órgão que transforma o movimento alternativo do conjunto Pistão/Biela em movimento rotativo. Material: — AÇO FORJADO OU FUNDIDO

5) CABEÇOTE Serve como “tampa” do motor; é a parte superior do motor. Tem função também de suportar: Válvulas, Sedes, Guias, Eixo dos balancins, Eixo Comando de Válvulas, Molas, Velas de Ignição ou Bicos Injetores. Em motores Ciclo Otto e Diesel c/ injeção indireta comporta também a câmara de combustão. Sua união com o bloco é feita por prisioneiros e parafusos e a vedação é garantida pela junta. Material: — LIGAS DE ALUMÍNIO

6) EIXO COMANDO DE VÁLVULAS É o responsável pelo comando sincronizado de abertura e fechamento das VÁLVULAS de ADMISSÃO e ESCAPE. É acionado pelo virabrequim através de engrenagens, corrente ou correia dentada.

7 Os principais parâmetros do comando de válvulas são : _______________________, ______________________ ,_________________________ e _____________________, e são fundamentais para o comportamento do motor. Material: — AÇO FORJADO

7) VÁLVULAS , MOLAS, SEDES, GUIAS E CONJUNTO DE ACIONAMENTO ♦ As válvulas permitem a entrada de ar (ciclo DIESEL) ou mistura ar-combustível (ciclo OTTO) para o interior do cilindro (válvula de admissão) ou a sadia dos gases queimados (válvula de escape). As válvulas de escape estão sujeitas a altíssimas temperaturas, por isso elas podem ser refrigeradas. ♦ As molas são responsáveis pelo retorno da válvula. Em muitos casos são colocadas duas para evitar ressonância e a conseqüente quebra. ♦ As sedes fazem a vedação da câmara de combustão e o coletor de admissão. Com o choque da válvula na sede, esta se desgasta e pode ser retificada ou trocada, protegendo o cabeçote. ♦ As guias de válvula servem para manter o alinhamento das válvulas. ♦ O Conjunto de acionamento compreende ainda os tuchos, hastes e balancins.

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8)CASQUILHOS E MANCAIS Tem a função de elevar a eficiência dos motores e prolongar a vida útil do virabrequim. Dividem-se em duas partes:

—

CARCAÇA: Alma do casquilho, serve de encosto e para dar forma ao metal anti-fricção. Normalmente é de aço. — METAL ANTI-FRICÇÃO: Trabalha em contato com os mancais, constituído de camadas de alumínio e estanho ou, alumínio e cobre Requisitos: — BAIXO COEFICIENTE DE ATRITO — ELEVADA RESISTÊNCIA À FADIGA — BAIXA DUREZA — ABSORVER PARTÍCULAS SOLIDAS — NÃO SOFRER CORROSÃO

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9) CÁRTER Sua função e de reservatório de óleo lubrificante e protetor dos componentes internos do motor. Pode ter aletas para refrigerar o óleo. Possui também chapas internas para evitar que as mudanças de angulo do veiculo interrompam a sucção do óleo. Material: — FERRO FUNDIDO, ALUMÍNIO OU CHAPA DE AÇO

11) VOLANTE, AMORTECEDORES DE VIBRAÇÃO E EIXOS EQUILIBRADORES ♦ O volante é colocado atrás do virabrequim e é responsável pela suavidade de funcionamento do motor. Seu peso pode ser diminuído se for desejada uma aceleração mais rápida do motor. ♦ O amortecedor de vibração tem a função de amortecer as vibrações torcionais do virabrequim. ♦ Os eixos equilibradores são usados para diminuir a vibração decorrente do movimento alternativo dos pistões.

10 12) COLETORES DE ADMISSÃO E ESCAPE Nos motores com carburador, o COLETOR DE ADMISSÃO tem a função de distribuir a mistura uniformemente entre os cilindros e ajudar a vaporização do combustível. Nos motores com injeção eletrônica os aspectos mais importantes são: diminuir a perda de carga e melhorar o preenchimento do cilindro. Devido à velocidade do ar no coletor e a abertura e fechamento da válvula de admissão, criam-se ondas de pressão dentro do coletor. Variando-se o comprimento do coletor conforme a rotação do motor, temos um aumento do rendimento volumétrico.

As características determinantes do COLETOR DE ESCAPE são: O diâmetro dos tubos deve minimizar a resistência do fluxo dos gases e não devem apresentar bruscas variações de diâmetro ou curvas. O comprimento do coletor também é importante; o ideal é que sejam do mesmo tamanho para todos os cilindros. As uniões dos tubos devem evitar a interferência de fluxos, pois isto prejudica a “lavagem” do cilindro.

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CONCEITOS Além das peças, devemos conhecer alguns conceitos e definições importantes como:

P.M.S .(Ponto Morto Superior): É o ponto máximo superior, onde o pistão inverte seu movimento alternativo. P.M.I. (Ponto Morto Inferior): É a posição extrema inferior, onde novamente o pistão inverte o seu movimento alternativo.

CURSO DO PISTÃO :

CILINDRADA TOTAL - Vt

Distância percorrida entre o Ponto Morto Superior e o Ponto Morto Inferior ao longo do cilindro.

E o volume deslocado pelo pistão do PMS até o PMI , multiplicado pelo numero de cilindros do motor.

Vt =

π x D²

x H x Z

4 Onde:

D - Diâmetro do Cilindro H - Curso do Pistão Z - Numero de Cilindros

RELAÇÃO DE COMPRESSÃO - Rc: É a relação entre o volume total (V + v) e o volume da câmara de combustão.

Rc = V + v v

RELAÇÃO

λ (lambda)

É a relação entre a quantidade de ar real admitido no motor e a quantidade de ar teórica. Ex:

λ = 1 mistura estequiométrica λ > 1 mistura pobre λ < 1 mistura rica

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CLASSIFICAÇÃO DOS ALTERNATIVOS QUANTO À IGNIÇÃO CICLO OTTO OU IGNIÇÃO POR FAÍSCA É admitido no cilindro, através da válvula de admissão, uma mistura ar-combustível e que tem seu início da combustão após o salto de uma faísca entre os eletrodos de uma vela. O aumento de pressão, conseqüente do processo de combustão da mistura, ocasiona a movimentação do pistão.

Características de um motor CICLO OTTO:

• Ignição: POR CENTELHA • Taxa de compressão: de 8,0:1 até 13,0:1 • Mistura ar/combustível: 15 / 1 • Formação da mistura: EXTERNA • Tempo de formação da mistura: LONGO • Temperatura de descarga: 500 ° C • Poder anti-detonante do combustível: BAIXO • Combustível utilizado: GASOLINA, ÁLCOOL, GÁS

CICLO DIESEL OU IGNIÇÃO ESPONTÂNEA Neste caso, ha somente ar no período de admissão. O inicio da combustão dá-se quando o ar aspirado é aquecido de tal maneira durante o período de compressão que o combustível injetado na câmara de combustão sofre uma auto-ignição (aprox. = 500 ° C ).

Características de um motor CICLO DIESEL: Ignição: ESPONTÂNEA • • Taxa de compressão: 16:1 até 20:1 • Mistura ar/combustível: 20 / 1 • Formação da mistura: INTERNA • Tempo de formação da mistura: RÁPIDO • Temperatura de descarga: 650 ° C • Poder anti-detonante do combustível: ALTO • Combustível utilizado: ÓLEO DIESEL • Rendimento térmico: 35 %

Vantagens do CICLO OTTO - Menor custo de fabricação - Menor emissão de NOx e particulados - Melhor relação peso/potência - Maior elasticidade dinâmica - Menor vibração - Menor ruído - Maior potência específica

Vantagens do CICLO DIESEL - Melhor rendimento térmico - Menor consumo especifico - Maior durabilidade do motor - Menor emissão de CO e HC - Não necessita de sistema elétrico - Partida a frio mais fácil

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TIPOS DE INJEÇÃO PARA O CICLO DIESEL

INJEÇÃO INDIRETA:

Quando o combustível e pulverizado em uma pré-câmara usinada no próprio cabeçote do motor e ligado ao cilindro por meio de um canal.

INJEÇÃO COMBINADA:

Neste caso há uma mistura de injeção indireta e direta. Há injeção de combustível na câmara e na antecâmara ao mesmo tempo.

INJEÇÃO DIRETA:

Aqui o combustível e injetado diretamente no cilindro.O injetor fica dentro do cilindro, geralmente tem vários furos para injeção do combustível. A câmara de combustão localizada no próprio pistão. È o método mais usado atualmente.

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CLASSIFICAÇÃO DOS ALTERNATIVOS QUANTO AOS TEMPOS MOTORES DE QUATRO TEMPOS (4T): Nos motores de 4 tempos, temos que ter 720 graus do motor (2 voltas completas) para realização completa do ciclo de 4 tempos. Nestas 2 voltas, temos 1 combustão realizada considerando-se 1 cilindro. Já nos motores de 2 tempos, temos 360 graus do motor (1 volta completa) para realização completa do ciclo e portanto 1 combustão por volta considerando-se um cilindro. Por este motivo, teoricamente os motores de 2 tempos para o mesmo número de cilindros e a mesma rotação, apresentam o dobro de combustões realizadas. Isto significaria, se tivéssemos o mesmo volume aspirado para os dois motores, o dobro de potência. Isto na prática não acontece pois nos motores de 2 tempos com cárter seco, o rendimento é baixo pois existem muitas perdas de gases não queimados pelo escape, rendimento volumétrico muito influenciado pela rotação, etc. Na prática o que temos para motores de 2 tempos com cárter seco, é uma potência superior a motores de 4 tempos de mesmo volume, contudo não chegando a ser o dobro. Abaixo podemos observar os 4 ciclos do motor de 4 tempos.

1º TEMPO: ADMISSÃO

2º TEMPO: COMPRESSÃO

A Válvula de Admissão abre, o pistão vai do PMS ao PMI, entrando no cilindro ar (Diesel) ou a mistura ar-combustível (Otto).

Com as válvulas fechadas o pistão vai do PMI ao PMS comprimindo o ar (D) ou a mistura (O). No final do curso temos aumento da temperatura e da densidade, e o volume que a mistura ocupa é o da câmara de combustão.

3º TEMPO: EXPANSÃO

4º TEMPO: ESCAPE

Próximo do final da compressão, temos o inicio Neste tempo, o pistão vai do PMI ao PMS e, com da injeção de combustível (D) ou o salto da faísca a válvula de escape aberta expulsa os gases da vela (O), dando começo a combustão, queimados (da combustão) para fora do cilindro. empurrando o pistão do PMS ao PMI, produzindo Nota-se que há um ciclo a cada 2 voltas do trabalho. As válvulas estão fechadas. virabrequim.

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DIAGRAMA DE VÁLVULAS: O que mencionamos acima demonstra como deveria ser, teoricamente, um ciclo de quatro tempos quanto à abertura e fechamento de válvulas, porém na pratica isto não ocorre devido ao fato de termos uma certa inércia inerente aos gases para preenchimento e limpeza dos cilindros. Alem disso também não podemos ter uma abertura abrupta das válvulas, o que ocasionaria um funcionamento ruidoso e desgastante. Disto advém a necessidade de antecipar a abertura da válvula de admissão para o final da fase de escape com o pistão próximo do PMS e atrasarmos o seu fechamento para a fase de compressão (com o pistão subindo, pouco após o PMI). Da mesma forma, antecedemos a abertura da válvula de escape para o final da fase de expansão (pistão próximo do PMI) e retardamos o seu fechamento para pouco depois do PMS, no inicio da admissão. Os ângulos do diagrama de válvulas, estão diretamente ligados com a rotação e o tipo de aplicação a que o motor se destinará. Isto se deve ao fato de que quando falamos de motores de combustão interna, devemos sempre ter em mente que existem grandes velocidades envolvidas, tudo acontece de forme dinâmica. O ar de admissão e os gases de escape acompanham a velocidade do motor e possuem inércia. Desta forma, quando no final do ciclo de admissão quando o pistão está no ponto morto inferior, se retardarmos o fechamento da válvula de admissão, o pistão começará a subir e ainda teremos mistura entrando para dentro do cilindro pelo fato de que o fluxo desta mistura apresenta velocidade e inércia. Isto realmente acontece no motor de 4 tempos e é fácil de entendermos que haverá uma rotação de sintonia onde exatamente quando a velocidade do fluxo de admissão atingir zero, teremos o fechamento da válvula de admissão. Desta forma, quando queremos privilegiar as altas rotações onde a velocidade dos fluxos são maiores, utilizamos maiores ângulos de fechamento da válvula de admissão e vice versa para baixas rotações. Podemos fazer o mesmo raciocínio para a abertura da válvula de escape no final do ciclo de escape quando o pistão está atingindo o ponto morto inferior. Neste momento, antes do pistão chegar ao ponto morto inferior, ainda temos no interior do cilindro pressão do final da combustão. Se abrirmos a válvula de escape neste momento, teremos uma grande saída de gases de escape pela válvula de escape em um escoamento blocado (máxima vazão possível). Nesta hora cerca de 60% dos gases de escape saem de dentro do cilindro. É o chamado “Blow Down”. Quanto mais adiantarmos a abertura da válvula de escape, mais estaremos utilizando a pressão do final do ciclo de combustão para ajudar no processo de escape, contudo, estaremos perdendo

16 PME, ou seja, perdendo trabalho do ciclo e consequentemente torque do motor. Existe portanto um compromisso a ser atingido quanto ao ângulo ideal para abertura da válvula de escape. Esta abertura inicial da válvula de escape, proporciona também maior energia cedida para o sistema de escape. Para motores turbinados, esta energia é aproveitada para impulsionar a turbina. Por este motivo, motores turbinados apresentam diagramas de válvulas com períodos de escape maiores. No final do ciclo de escape e início do ciclo de admissão, existe no diagrama de válvulas o chamado Cruzamento de Válvulas ou “Over Lap””. Neste instante temos as válvulas de admissão e de escape abertas ao mesmo tempo. Isto é feito para que aconteça uma chamada lavagem do cilindro e da câmara de combustão, expulsando o máximo possível de gases queimados e colocando em seu lugar, mistura nova. Isto auxilia no rendimento volumétrico do motor. Contudo, da mesma forma que acontece com o fechamento da válvula de admissão, existe uma rotação em que acontece uma sintonia e esta “lavagem” atinge seu ideal. Portanto, para favorecer maiores rotações, utilizam-se ângulos de Cruzamento de Válvulas maiores e vice versa para menores rotações. Fica claro portanto que o diagrama de válvulas a ser especificado para o motor, está diretamente ligado com a rotação de trabalho e com o tipo de utilização do motor uma vez que irá influenciar diretamente na curva de torque do motor.

MOTORES DE DOIS TEMPOS (2T): Defini-se motores de 2 tempos por motores que completam o ciclo em 360 graus (1 volta) como já foi mencionado. Estes motores podem ter cárter seco (sem óleo) ou cárter úmido (com óleo). Nos motores de cárter seco, o ciclo de admissão é feito na parte inferior do pistão conforme descrito a seguir. Há uma combinação em dois cursos das funções dos motores de 4T. A admissão da mistura é feita durante parte do curso de compressão e o escape ocorre durante parte do curso de expansão. Antigamente os motores não possuem válvulas e sim janelas na parte inferior do cilindro, cuja abertura e fechamentos são controlados pelo pistão. Os motores modernos tem válvulas de admissão e escape. As válvulas de admissão tem a finalidade de não permitir o retorno da mistura e podem ser de LÂMINAS ou de

17 DISCO ROTATIVO. As válvulas de escape controlam o fluxo dos gases para melhorar o torque em baixa rotação. Ex: YPVS da Yamaha, é uma válvula rotativa, comandada eletronicamente, acionada por um motor elétrico, conforme a rotação do motor.

Nos motores de 2 tempos com cárter úmido, não é possível utilizar o cárter para realizar a admissão da mistura uma vez que existe óleo no cárter. Utiliza-se portanto um Blower, acionado pelo virabrequim do motor, para “soprar a mistura (motor Otto) ou o ar (motor Diesel) para o interior do cilindro. Um bom exemplo de motor de 2 tempos com cárter úmido é o motor Detroit Diesel que utiliza o mecanismo que acabamos de mencionar.

Vantagens do motor 2T 1.Simplicidade de funcionamento 2.Maior regularidade do torque no virabrequim 3.Acelerações mais rápidas 4.Simplicidade de construção 5.Menor custo (menor quantidade de peças)

Vantagens do motor 4T 1. 2. 3. 4.

Menor consumo de combustível Menor consumo de lubrificante Maior durabilidade Menor emissão de poluentes

COMBUSTÃO Combustão é a reação química rápida, controlada, de substâncias, produzindo:

LUZ + CALOR

Componentes necessários:

COMBURENTE

COMBUSTÍVEL

PONTO DE IGNIÇÃO

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Falta de ar provoca:

— —

ALTO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL FORMAÇÃO DE CO E FULIGEM

Na pratica quase nunca ocorre combustão COMPLETA, devido à:

— —

TEMPO DE REAÇÃO QUANTIDADE DO OXIGÊNIO NA CÂMARA DE COMBUSTÃO

Portanto, para atenuar o problema: — EXCESSO DE AR Se observarmos a figura acima temos que para que exista teoricamente combustão completa do hidrocarboneto, existe uma quantidade de ar estequiometricamente necessária. Isto significa que para cada combustível, existe uma quantidade estequiométrica de ar para queima teórica total do hidrocarboneto combustível. Podemos então, definir o λ (Lambda) que é a relação entre a vazão em massa de ar real aspirada pelo motor e a vazão em massa de ar estequiometricamente necessária para combustão completa, calculada pela vazão em massa de combustível que está sendo introduzida para o motor. Isto significa que existe instantaneamente uma relação λ que mostra se a mistura está rica ou pobre. O motor Otto tradicional (não estamos considerando os motores chamados “Lean Burn”), trabalha com relações λ que podem variar de 0,8 a 1,2. Acima de λ 1,2, a mistura é muito pobre e a queima no interior da câmara de combustão começa a não acontecer direito e o motor falha. Abaixo de λ 0,8, a mistura é muito rica e da mesma forma, a combustão começa a não acontecer direito. O motor Diesel trabalha com relações λ sempre maiores que 1,4. Para relações λ menores que 1,4, a formação de fumaça fica muito elevada. Isto se deve ao fato de que a combustão Diesel necessita de excesso de ar pois

19 existe um tempo muito curto para a mistura do ar com o combustível e a queima deste combustível.

ÍNDICE DE OCTANAS O índice de octanas de uma gasolina determina-se comparando-a com uma mistura de dois derivados de líquidos de petróleo num motor de laboratório. Um dos derivados – a isoctana – apresenta uma grande resistência à detonação, enquanto a heptana tem uma resistência bem menor. Diz-se que uma gasolina tem um índice de octana de 90 se tiver as mesmas propriedades anti-detonantes no motor de teste, que a mistura de 90 % de isoctana e 10% de heptana. A gasolina consiste numa mistura complexa de hidrocarbonetos, sendo o seu índice de octana apenas uma das muitas características que afetam o comportamento do motor.

PROBLEMAS NA COMBUSTÃO

Após a mistura se inflamar dentro da câmara de combustão, a frente de chama percorre toda a câmara de combustão, como se pode observar na figura abaixo. Porém alguns problemas podem acontecer.

♦

A DETONAÇÃO (figura abaixo) é a explosão de uma parte da mistura antes desta ser atingida pela frente de chama, porem após a ignição. Ocorre quando o combustível não é adequado à taxa de compressão do motor, ou quando o ponto de ignição esta mal regulado.

♦

A AUTOIGNIÇÃO (figura acima) é a explosão de parte da mistura antes da ignição. É originada por pontos quentes na cabeça do pistão ou na câmara de combustão. A detonação continua causa préignição.

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DETALHES CONSTRUTIVOS DO MOTOR Número e Disposição dos Cilindros O número de cilindros depende, basicamente do tamanho do motor. Quanto maior a capacidade cúbica, mais fracionado será o motor, pois não interessa termos peças muito grandes (+ peso), nem pequenas demais (+ quantidade, + custo). Quantidades mais freqüentes: Motocicletas Carros Ônibus/ Caminhões

4T 1, 2, 4, e 6 3, 4, 5, 6, 8 ou 12 4, 6 ou 8

2T 1, 2, 3 e 4 ___ ___

A disposição dos cilindros varia conforme o espaço disponível para a instalação, ou as características dinâmicas do veiculo. Podem ser em:

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

LINHA V BOXER W H ESTRELA, etc.

Os motores em “V” podem ainda variar o ângulo de abertura do “V”. Estes dois parâmetros influenciam decisivamente no nível de vibração do motor. As vibrações são geradas pelo movimento alternativo dos pistões e pela rotação do virabrequim. Para minimizá-las existem pré-requisitos no projeto do motor, como por exemplo:

—

EXISTÊNCIA DE CONTRAPESOS NO VIRABREQUIM — SIMETRIA DO DESENHO DO VIRABREQUIM — ORDEM DE IGNIÇÃO IGUALMENTE ESPAÇADA — EIXOS EQUILIBRADORES (em alguns motores) Além disso as peças passam por balanceamentos.

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Sistema de distribuição VÁLVULAS: Pode-se variar o n.º e a localização. As válvulas hoje localizam-se somente no cabeçote, mas antigamente haviam motores com válvulas no bloco. Quanto à quantidade podemos ter: 2, 3, 4, 5 e até 6 válvulas por cilindro. A vantagem de se aumentar o numero de válvulas é o aumento da área de passagem da mistura, mas esta vantagem é maior em altas rotações e aí pode-se comprometer o comportamento do motor em baixas rotações. Os motores multi-válvulas também oferecem a possibilidade de obtenção de maior potência especifica e com isso, motores menores e menor consumo.

COMANDO DE VÁLVULAS: Antigamente era comum o comando de válvulas no bloco, mas hoje a maioria usa o comando no cabeçote. Com o comando no cabeçote o motor pode alcançar regimes de rotação mais elevados. Nos motores multiválvulas normalmente tem-se 2 comandos por cabeçote, mas alguns tem apenas 1 comando e balancins. OHV: Válvulas no Cabeçote (comando no bloco)

OHC: 1 Comando de válvulas no cabeçote

DOHC: Duplo comando de válvula no cabeçote

O acionamento do comando pode ser: Por CORREIA DENTADA

Por CORRENTE

Por ENGRENAGENS

22 O Sistema de ENGRENAGENS permite uma maior precisão e é usado em motores de alta rotação. É usado também em motores Diesel para sincronizar a bomba injetora. O sistema é mais ruidoso e também o mais caro. A CORREIA DENTADA é mais barata e permite uma sincronização muito boa para toda faixa de utilização comum, por isso é o sistema mais utilizado. O sistema de CORRENTE é muito utilizado ; ele se situa entre os outros dois em precisão e custo. Os sistemas de correia dentada e corrente necessitam de tensor para manter o sistema bem sincronizado.

Fluxo Os motores podem ter o fluxo da mistura no cabeçote em “U“ (entrada e saída do mesmo lado) ou fluxo CRUZADO (entrada de um lado e saída de outro). O sistema em “U” foi muito usado nos motores com carburador, pois o calor do coletor de escape ajuda a vaporizar o combustível no coletor de admissão. Hoje, com a injeção eletrônica, os fabricantes optam pelo fluxo cruzado, pois melhora-se o preenchimento do cilindro.

Relação Diâmetro/Curso do Pistão Este conceito esta diretamente ligado à utilização dos motores. Normalmente se usa D/C > 1 quando queremos rotações mais elevadas e D/C < 1 quando queremos privilegiar o torque em baixas rotações. E IMPORTANTE ressaltar que, em motores de automóveis o comportamento do motor é definido por outros parâmetros, como a escolha do comando de válvulas. Este conceito só é determinante em casos extremos, como por exemplo em motores Diesel onde D/C é sempre MENOR QUE 1, pois nestes motores o torque é a característica mais importante; ou no caso de motores de competição, onde D/C é sempre MAIOR QUE 1, pois a potência (e por conseqüência as altas rotações) é a principal característica. Exemplos:

Motor VW AP2000................................................. Motor Tempra Turbo.............................................. Motor Ferrari F355 ............................................... Motor de Formula 1 (estimado)............................. Motor MWM 6.10 (Diesel).....................................

D/C = 0,89 D/C = 0,93 D/C = 1,10 D/C = 2 D/C = 0,80

( 82,5 x 92,8 ) ( 84,0 x 90,0 ) ( 85,0 x 77,0 ) (103,0 x 129,0 )

Como vimos, todo motor deve ser adaptado para a sua utilização. Parâmetros como: POTÊNCIA, TORQUE CONSUMO e DURABILIDADE (entre outros) devem se adequar aos requisitos de trabalho do motor. A tabela a seguir mostra as diferenças entre vários parâmetros conforme o tipo do motor.

23 Potência especifica (CV/L)

MOTOR VW AP 2000 (SANTANA) MOTOR FORD COSWORTH (FORMULA 3000) MOTOR CUMMINS 6CTAA 8.3 (VW 35.300)

Torque

durabil.

consumo

(kgf.m)

(Km)

(Km/l)

rotação pot. máx. (RPM)

55

17,8

100.000

10

5800

160

45

400

2

9000

35

121

300.000

2

2200

FILTROS Os filtros têm como função, proteger os motores contra impurezas (poeira, contaminantes, resíduos de desgaste etc). Existem vários meios pelos quais a poeira pode atingir o motor como: ♦ Pelo ar admitido; ♦ Pelo óleo lubrificante; ♦ Pelo combustível; ♦ Pela ventilação do carter; ♦ Abertura para manutenção. Além disso existem as impurezas causadas pelo desgaste das partes móveis do motor. 1- Filtro a banho de óleo para ar, com ciclone 2- Filtro respiro do carter 3- Filtro para lubrificante 4- Filtro para combustível

TIPOS DE FILTRO DE AR Filtro de ar a seco com elementos de papel É o mais simples e o de maior rendimento; para operações em baixa concentração de poeira. Pode ter um préfiltro para serviços mais pesados.

24 Filtros de ar a banho de óleo Muito utilizado no início da indústria automobilística, é pouco usado atualmente. Sua eficiência depende de vazão do motor, com melhor rendimento em altas rotações. Funcionamento: — Ar é pré-filtrado no banho de óleo; — As gotículas arrastadas são capturadas pelo elemento; — O ar seco vai para o motor e as gotas de óleo com poeira, decantam no banho de óleo Também pode ter um pré-filtro para melhor desempenho.

Pré- Filtro Ciclone Não pode ser considerado um filtro, pois só retém partículas grandes. Funciona colocando o ar em rotação através de aletas, onde as partículas são separadas por ação da força centrífuga. Pode ter a descarga de poeira ao ar livre ou com reservatório.

25 Filtros Impregnados

Geralmente o elemento é uma rede metálica ou plástica que é impregnado de óleo. Sua duração é ilimitada desde que sua manutenção seja correta.

FILTROS DE COMBUSTÍVEL O combustível contém diversos tipos de impurezas por isso temos necessidade de filtrá-lo. Os materiais mais usados na filtragem de combustível são:

• Redes Metálicas: Geralmente colocados nos tanques e no carburador. Sua função é a de reter impurezas grandes.

• Papel: Filtros colocados entre o tanque e o carburador (ou injetora), que retém impurezas mais finas (da ordem de microns). O papel é tratado quimicamente para aumentar a resistência, e dobrado para que a área de filtragem aumente.

• Plásticos: Colocação e função idêntica as dos filtros de papel com vantagem de maior durabilidade e menor custo. Todos os filtros ainda devem aliar uma grande eficiência em tamanhos pequenos, retenção de água e vida útil longa. Por terem material filtrante cerrado, a pressão de filtragem é baixa.

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CARBURADORES A função do carburador é formar uma mistura ar + combustível que seja adequada para a combustão. Para se conseguir a pulverização do combustível no ar coloca-se uma restrição, ou venturi, para que ocorra a aceleração do ar e consequente queda de pressão que succiona o combustível. O combustível é armazenado numa cuba e o nível é controlado por uma bóia acoplada a uma válvula de agulha. A dosagem de combustível é feita através de um orifício calibrado, também chamado giclê, para que a mistura fique dentro da proporção química correta. A dosagem de ar é feita por uma válvula rotativa também chamada borboleta. Mas um carburador elementar não conseguiria atender todas as solicitações do motor, por isso o carburador é dotado de vários dispositivos que adequam a mistura a cada condição de funcionamento.

À medida que o ar passa pelo difusor, o vácuo parcial aspira a gasolina do conduto e mistura-a com a corrente de ar. A borboleta do acelerador regula a entrada da mistura gasosa para o motor. Válvula de admissão através da qual passa a mistura gasosa é admitida no cilindro.

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MARCHA LENTA Na marcha lenta a velocidade do ar é baixa, por isso a saída do combustível é feita logo abaixo da borboleta de aceleração onde a depressão é maior. A mistura é rica, pois à baixa velocidade a turbulência do ar não permite que a quantidade de oxigênio seja alta. A dosagem de ar é feita por giclês especialmente calibrados para este regime.

SISTEMA DE PARTIDA A FRIO Na partida a frio fecha-se a borboleta afogadora, colocada acima do venturi para que se crie uma depressão tal, que permita a sucção do combustível pelo sistema principal e abra-se a borboleta de aceleração, criando uma mistura Rica, na proporção que varia entre 1:1 e 3:1, possibilitando o início de funcionamento e um aquecimento mais rápido do motor.

ACELERAÇÃO Quando a passagem do regime de aceleração é muito brusca, existe um dispositivo que evita os “buracos” de carburação. Pela diferença de peso específico entre o ar e o combustível, este tem maior inércia de movimento, por isso é colocado uma bomba acionada mecânicamente que fornece combustível instantaneamente.

Existem também os furos de progressão, colocados acima do orifício de marcha lenta que fornecem combustível a medida que o regime aumenta, tornando-se inoperantes em carga máxima. Um outro problema a ser corrigido é a diminuição da densidade do ar com o aumento de velocidade. Isso faria com que a mistura tendesse a ficar cada vez mais rica. Para isso existe a manga misturadora, que consiste de um tubo com orifícios dentro de outro tubo onde o ar entra e se mistura com o combustível para empobrecer a mistura. Um outro dispositivo para resolver este problema é o giclê de ar colocado na saída do combustível que vai sendo fechada com aumento do regime. Quanto maior o giclê, maior a restrição.

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MÁXIMA POTÊNCIA Por fim existe o sistema de máxima potência. Para que haja uma reserva de potência em altos regimes existe um pistão comandado pelo vácuo do corpo do carburador. Quando a pressão libera a válvula, a mistura tem um enriquecimento para que todo o oxigênio seja consumido. Em carburadores onde o venturi principal ultrapassar 30 mm, existe um venturi secundário para homogenização da mistura devido à liberação do combustível ser lateral. No venturi secundário a liberação é central, melhorando a homogenização e o funcionamento do motor.

29 CARBURADORES DE DIFUSOR VARIÁVEL

É um carburador onde o estreitamento do difusor pode variar de modo a manter uma depressão quase constante na zona de pulverização. O êmbulo que controla a variação do difusor tem uma posição variável de acordo coma abertura da borboleta. O débito de combustível é regulado por uma agulha cônica ligada ao êmbulo e que penetra no pulverizador; sua posição e forma determinam a proporção correta de gasolina e ar. Existe um amortecedor no êmbulo que reduz a velocidade de subida, nas acelerações, para garantir um enriquecimento da mistura. Como a pressão do ar no difusor permanece um circuito exclusivo para marcha lenta.

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INJEÇÃO ELETRÔNICA A função da injeção de combustível é fornecer a quantidade de combustível exatamente dosada, necessária aos diversos regimes de funcionamento do motor. O sistema todo é comandado por uma central eletrônica, que recebe vários sinais de entrada, provenientes dos diversos sensores que enviam informações precisas das condições instantâneas do funcionamento do motor. A unidade de comando então, processa essas informações recebidas e calcula o tempo adequado de injeção do combustível através de um sinal elétrico, o qual também é conhecido como tempo de injeção. O combustível é pressurizado por uma bomba elétrica à pressão de 1.3 a 4.8 bar, e injetado no coletor de admissão por injetores eletromagnéticos (existem alguns motores de ciclo Otto que utilizam injeção direta de combustível). A injeção de combustível pode ser do tipo central, que tem apenas um injetor para todos os cilindros, do tipo múltiplo, que usa um injetor para cada cilindro, ou do tipo injeção direta, que utiliza um injetor localizado no interior da câmara de combustão. A injeção do tipo central é denominada sistema “SINGLE POINT” ou “TBI” (injeção no corpo da borboleta).A injeção do tipo múltiplo é chamada de sistema “MPFI” e a injeção direta por “GDI” (gasoline direct injection).

Injeção Mono-Jetronic 1 Tanque de combustível 2 Bomba Elétrica 3 Filtro de Combustível 4 Regulador de Pressão 5 Injetor de Combustível 6 Borboleta

31 Vamos conhecer as principais peças de um sistema de injeção, no caso um LH-Jetronic: 1. Medidor da Massa de Ar por Fio Aquecido: O elemento eletricamente aquecido é formado por um fio de platina de 70 m de espessura, com a passagem de ar através deste a sua temperatura tende a cair, mas um circuito modulador tenta mantê-lo a uma temperatura de 100C. Com a queda da resistência provoca-se uma alteração na voltagem lida entre os terminais do fio, esta voltagem é que é fornecida, como sinal, ao módulo. Integrado ao medidor de massa de ar há também um sensor de temperatura do ar de admissão Componentes do medidor de massa de ar por fio aquecido: 1 Sensor de temperatura do ar de admissão 2 Sensor de massa por fio aquecido 3 Resistor de precisão, QM Vazão de ar.

2. Interruptor da Borboleta de Aceleração: A função destes interruptores é enviar sinais ao módulo eletrônico de controle, informando quando a borboleta está totalmente fechada ou totalmente aberta. Quando a borboleta de aceleração é acionada, um dos interruptores informa ao módulo que esta se deslocou do ponto de repouso e iniciou a abertura. O outro interruptor informa a posição de abertura máxima. Em função disto, o módulo eletrônico corrige a quantidade de combustível a ser injetada. Em condições de desaceleração e com a borboleta totalmente fechada não haverá injeção de combustível, proporcionando um freio motor mais eficiente, até que a rotação do motor se aproxime da marcha lenta.

1 Contato de Marcha Lenta 2 Contato de Plena Carga

3. Atuador da Marcha Lenta: Durante o período do aquecimento, a válvula permite uma passagem maior de ar ; com isso, é calculado um acréscimo de combustível necessário para que o motor funcione tão bem como se já estivesse aquecido. A passagem do ar é feita através de um furo calibrado em forma de meia lua, que gira em torno do seu eixo sob ação de uma mola, ou por um motor de passo, fazendo com que o furo calibrado coincida com o duto de passagem de ar.

1 Conexão Elétrica 2 Espiral Elétrica 3 Lâmina Bimetálica 4 Placa de Bloqueio

32 4. Válvula Auxiliar do Condicionador de Ar: (não encontrada na LH-Jetronic) É fixada nas mangueiras de ar no coletor da admissão e atua quando é ligado o condicionador de ar permitindo uma passagem extra de ar. Com isso, o módulo calcula o acréscimo de combustível necessário para compensar a rotação. Esta válvula nada mais é do que um solenóide com uma agulha na extremidade do seu núcleo. Quando energizado o solenóide, esta agulha se desloca, permitindo uma passagem de ar adicional para o motor, compensando a queda de rotação da marcha-lenta em função da carga imposta pelo funcionamento do sistema do condicionador de ar. 5. Regulador de Pressão: O Regulador controla a pressão de combustível no tubo de distribuição, aumentandoa ou diminuindo-a de acordo com a necessidade do motor. O Regulador de Pressão mantém constante a diferença de pressão entre o sistema de combustível e a pressão do vácuo, isto é, o volume de injeção só é modificado pelo tempo de injeção. É constituída de um diafragma, que regula a quantidade a quantidade de combustível que retorna ao tanque, e sua atuação é feita por uma tomada de vácuo no coletor de admissão.

1 Entrada de Combustível, 2 retorno de Combustível, 3 Válvula Plana, 4 Alojamento da Válvula, 5 Diafragma, 6 Mola de Compressão, 7 Conexão para Vácuo 6. Válvula Diafragma: A função desta válvula é eliminar a turbulência gerada no combustível pela bomba e, conseqüentemente, os ruídos provenientes desta. É confeccionada em carcaça metálica, onde um diafragma e uma mola estão alojados e absorvem a turbulência do combustível. 1 Mola 2 Chapa da mola 3 Diafragma 4 Entrada do combustível 5 Saída do combustível

7. Válvulas Injetoras: A Válvula Injetora nada mais é do que uma válvula de agulha com acionamento eletromagnético, e sua função é fazer com que o combustível seja injetado no coletor de admissão. A abertura desta válvula acontece devido a um sinal elétrico enviado pelo módulo eletrônico, que determina o tempo e a freqüência desta abertura e, conseqüentemente, a quantidade de combustível necessária para cada condição do motor. 1 Filtro 2 Solenóide 3 Núcleo do Solenóide 4 Válvula de Agulha 5 Conexão Elétrica

33 8. Sensor de Temperatura do Motor: Este sensor, informa a temperatura do líquido de arrefecimento do motor ao módulo de controle eletrônico. Este sensor está situado na carcaça da válvula termostática ou no cabeçote, dependendo do tipo de injeção utilizado, e é um sensor do tipo NTC, ou seja sua resistência decresce com o aumento da temperatura.

1 Terminal Elétrico 2 Carcaça 3 NTC (resistência inversamente proporcional à temperatura)

9. Sensor de Detonação: Este sensor está, geralmente, fixado na parede do bloco do motor e tem por finalidade sentir as detonações dos cilindros, levando esta informação até a unidade de comando, para que possa localizar o cilindro detonante e atrasar o respectivo ângulo de ignição. Sua constituição é piezo-cerâmica e este material, sob a força resultante das vibrações das detonações, gera um sinal elétrico que é reconhecido pela unidade de comando.

1 Massa sísmica 2 Carcaça 3 Cerâmica piso-elétrica 4 Contato 5 Conexão elétrica 10. Sensor Lambda ou de Oxigênio: A sonda Lambda no escapamento mede o teor de oxigênio nos gazes de escape convertendo a diferença de densidade do oxigênio entre as superfícies interna e externa em um sinal elétrico para transmitir seguidamente um sinal de voltagem para o módulo a fim de controlar a relação ar/combustível. 1 Sensor Ativo de Cerâmica 2 Eletrodos 3 Contatos 4 Carcaça 5 Tubo de Escape 6 Capa porosa de Cerâmica 7 Gás de Escape 8 Ar Atmosférico

11. Sensor de Rotação do Motor: Possui duas funções, determinar a rotação do motor e a marca de referência para a seleção do ângulo de ignição. O sistema é constituído de um disco dentado sobre um eixo de manivelas e do sensor que é um gerador indutivo de pulsos. É fixado no bloco do motor, alguns motores utilizam uma roda dentada no eixo do distribuidor, de forma radial em relação ao disco dentado. O disco possui vários dentes e uma lacuna na qual faltam dois dentes. Quando o disco ao girar passa pelo sensor se cria uma corrente alternada. A partir da freqüência da corrente

34 alternada é computada o número de rotações do motor. A lacuna dos dentes cria no sensor uma tensão mais elevada e serve a unidade de comando como informação sobre a posição do eixo de manivelas para a determinação do ponto de ignição.

1 Imã Permanente 2 Carcaça 3 Bloco do Motor 4 Núcleo de ferro 5 Bobina 6 Coroa Dentada com ponto de referência

12. Módulo Eletrônico de Controle: O módulo recebe os sinais dos diversos sensores, analisa e processa todas estas informações e envia às válvulas injetoras um sinal que vai determinar sua abertura e a quantidade exata de combustível necessária ao motor.

LH-Jetronic 1 Tanque de combustível, 2 Bomba Elétrica, 3 Filtro de Combustível, 4 ECU, 5 Injetor, 6 Tubo de Distribuição, 7 Regulador de Pressão, 8 Coletor de Admissão, 9 Interruptor da Borboleta de Aceleração, 10 Medidor da Massa de Ar por Fio Aquecido, 11 Sensor Lambda, 12 Sensor de Temperatura do Motor, 13 Distribuidor de Ignição, 14 Atuador da Marcha Lenta, 15 Bateria, 16 Chave de Ignição

35 BOMBA DE COMBUSTÍVEL A Bomba de Alimentação é necessária, pois nos veículos, o reservatório de combustível fica abaixo do motor; além disso, para que o fornecimento seja continuo e regular. Para motores Ciclo Otto são dois os tipos mais usados:

Bomba Mecânica

36 Bomba Elétrica

a) Bomba em Linha; b) Bomba imersa no tanque 1 Tanque de combustível 2 Bomba elétrica 3 Filtro de combustível 4 Tubo de distribuição 5 Bico injetor 6 Regulador de pressão

a) Bomba de rolete; b) Bomba perimetral; c) Bomba trocoidal; d) Bomba centrífuga a e c) Bombas de deslocamento positivo; b e d) Bombas de vazão

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COMPRESSORES O objetivo do uso de compressores é aumentar o rendimento volumétrico, que nos motores normalmente aspirados chega a aproximadamente 70%. Com compressor, o motor pode ter um rendimento volumétrico maior ou igual a 100%, aumentando a potência, diretamente relacionada com a massa de mistura ar/combustível que entra nos cilindros. Existem vários tipos de compressores, que diferem no tipo de acionamento e no modo de compressão do ar.

COMPREX É um compressor por ondas de pressão. Seu acionamento é feito através dos gases de escape, mas é ligado ao motor através de uma correia para o correto monitoramento das ondas de pressão. Este tipo de compressor tem ótimo rendimento em todas as rotações e absorve pouca energia do motor. Foi testado pela Ferrari de Fórmula 1, mas foi abandonado por dificuldades no desenvolvimento.

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A Tomada do gás de escape B Saída do gás de escape C Rotor D Tomada do ar de admissão E Saída do ar de admissão (pressurizado)

COMPRESSOR VOLUMÉTRICO É acionado pelo virabrequim, por correia ou corrente e por isso está sempre em movimento e fornecendo pressão desde as baixas rotações. Como desvantagem, ele consome potência do motor e é mais caro, além disso só costuma ser instalado em motores de grandes cilindradas. Um tipo de compressor volumétrico de melhor rendimento e menor peso foi desenvolvido pela Volkswagen alemã e se chama “G-Lader”, e consiste de uma espiral que vira excentricamente dentro de uma carcaça também em espiral.

O desenho ilustra esquematicamente o princípio de funcionamento do compressor volumétrico de lóbulos (tipo Roots). Neste caso, os dois rotores são bilobulares. Como se pode ver, a cada ciclo de rotação é bombeada sempre a mesma quantidade de ar. Os dois rotores giram sem se tocar (a distância que os separa, como aquela entre as pontas e a parede do cárter é da ordem de décimos de milímetro). Externamente a este cárter-bomba existe um outro com duas engrenagens (uma para cada rotor) de acionamento.

A pesquisa de soluções mais eficientes econômicas e leves conduziu à realização de um novo compressor: neste desenho o "G-Lader" desenvolvido pela Volkswagen, por enquanto aplicado somente em alguns modelos. O princípio de funcionamento é similar ao do compressor Roots, mas com dimensões e peso reduzidos. Internamente a espiral roda acionada pelo virabrequim. As "aberturas" e "fechamentos" da espirais geram um fluxo de ar comprimido enviado ao coletor de admissão. A pontência de um motor 1300 cc (VW Polo) chega a 115 cv.

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TURBO COMPRESSOR

É acionado pelos gases de escape do motor, portanto não consome potência, aproveitando energia que seria desperdiçada. O Turbo Compressor, como o nome diz, é formado por uma turbina, que recebe os gases de escape, ligada por um eixo a um compressor. As rotações são elevadíssimas, podendo chegar a 200.000 rpm, com isso, a lubrificação tem um papel muito importante. Praticamente o único problema do turbo é seu tempo de resposta, mas já existem aparelhos que usam carcaças com palhetas móveis para adequar o tamanho do compressor ao regime de rotação. Hoje em dia vários modelos usam o turbo, sendo um equipamento confiável e sem dúvida uma das melhores opções em matéria de compressores.

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ACESSÓRIOS

Válvula West-Gate: Controla a pressão máxima, para evitar danos aos componentes internos.

41 Refrigeradores de ar: São radiadores onde o ar comprimido é refrigerado. Sendo mais denso o ar, o motor é mais potente pela presença de maior massa de ar no mesmo volume. Cada fábrica adota uma denominação, como: Intercooler, Aftercooler, Charge-cooler etc.

Arrefecimento e Lubrificação: O Turbo é arrefecido por ar e pelo óleo de lubrificação, mas existem também carcaças refrigeradas a água. Quando a lubrificação ela é muito importante, pois as rotações são elevadíssimas e a folga entre os componentes é muito pequena. O óleo lubrificante é o mesmo do motor, portanto deve-se tomar muito cuidado com o óleo a ser utilizado e aos prazos de troca.

EMISSÕES VEICULARES O processo de combustão no motor nunca é completo, por isso temos elementos indesejáveis como produtos da combustão incompleta, ou seja, EMISSÕES POLUENTES.

42 As emissões dos motores podem ser divididas em 4 categorias: Produtos de Combustão Completa Produtos Indesejáveis Emissões Gasosas Evaporação do Combustível

A quantidade e o tipo de composto produzido pelos motores variam dependendo do ciclo e o tipo do combustível utilizado.

Por serem diferentes no processo de queima, os motores OTTO e DIESEL apresentam diferentes níveis de emissões. Por trabalhar sempre com ar em excesso, os motores Diesel são menos poluentes. Os motores turbinados (com rendimento volumétrico superior), por apresentarem uma combustão mais completa, reduzem o nível de emissões.

43 CONTROLE DE EMISSÕES O controle de emissões pode ser dividido em: „ CONTROLE INTERNO AO MOTOR „ CONTROLE EXTERNO AO MOTOR No controle interno ao motor, podemos citar o controle sobre a carburação, ignição e combustão. Os sistemas eletrônicos de injeção e ignição já obtêm rendimentos otimizados. Já para o controle da combustão são necessárias varias intervenções não tão simples, como a diminuição da perda no filtro de ar, o estudo da câmara de combustão, coletores e diversos sistemas auxiliares (EGR, Dash-pot, etc.).

No controle externo ao motor temos a solução que hoje apresenta o melhor rendimento: O CATALISADOR. O catalisador é um reator químico que consiste de uma colméia cerâmica, que reage com os gases de escape. Os veículos Diesel também podem ter um filtro para a fuligem do escapamento.

MOTOR DIESEL Em motores do ciclo Diesel, ao contrário do ciclo Otto, no tempo de admissão, é aspirado somente ar para dentro dos cilindros, sendo o combustível injetado posteriormente, no final da compressão, quando o ar atinge uma temperatura suficientemente alta para que ocorra uma combustão espontânea do combustível injetado. Nos primeiros motores Diesel fabricados, a injeção do combustível era feita através de sopro, onde o combustível era soprado para dentro da câmara de combustão por meio de ar comprimido. Este sistema era utilizado para motores grandes de baixa rotação, sendo que para motores pequenos de alta rotação, ele era antieconômico,

44 pois a bomba de ar exigia um aparato construtivo, onde seu tamanho e peso não permitia sua aplicação em veículos. Nos motores do ciclo Diesel de hoje, não se utilizam mais bomba de ar e sim bomba injetora que é um dos componentes do sistema de injeção Diesel que iremos abordar. Componentes: Os sistemas de injeção modernos que possuem bombas injetoras rotativas ou em linha, podem ser divididos nos seguintes ítens: 1 - Tanque de combustível 2 - Bomba primária 3 - Circuito de alimentação do combustível 4 - Filtro de combustível 5 - Bomba injetora 6 - Circuito de alta pressão 7 - Bico injetor 8 - Circuito de retorno do combustível (Baixa pressão) 9 - Vela aquecedora.

O Diesel é succionado do tanque de combustível (1) pela bomba primária (2) e flui através do sistema de alimentação de combustível (3) em direção à bomba injetora (5), sendo antes filtrado no filtro de combustível (4). Na bomba injetora de Diesel, é bombeado para o circuito de alta pressão (5) e bicos injetores (6) a uma pressão bem elevada (pressão de injeção), necessária para ocorrer a pulverização adequada do combustível na câmara de combustão, pelos bicos injetores. Passaremos agora a descrever separadamente cada item do sistema de injeção.

Bomba Primária: Tem como função aspirar o combustível do reservatório (tanque) e recalcá-lo em direção à bomba injetora. É importante notar que a bomba primária deve ser sempre protegida por um pré-filtro instalado entre a bomba e o reservatório. Outra função da bomba primária é a de permitir encher e purgar as canalizações, o filtro principal e a bomba injetora, sem ter que fazer girar o motor de arranque do motor. Para isto, a bomba primária possui um sistema de alavancas que permitem seu acionamento manualmente. Podemos ter bombas primárias de membrana, de pistão (efeito simples e efeito duplo) e elétricas.

45 Circuito de Alimentação do Combustível: Deve conduzir o combustível do tanque à bomba injetora. O circuito de Alimentação é constituído de tubos de material metálico ou plásticos e não esta sujeito a altas pressões. Seu diâmetro deve ser adequado para não ocasionar excessiva perda de carga, sacrificando a bomba primária.

Filtros de Combustível: Os componentes da bomba injetora e bicos injetores são fabricados com precisão de milésimos de milímetros e utilizam o combustível para lubrificar as peças móveis. Fica clara então, a necessidade de um combustível isento de impurezas que poderiam facilmente causar danos irreparáveis ao sistema de injeção. Outro ponto a ser notado é que o combustível Diesel pode conter água em forma combinada ou não combinada (por exemplo: formação de condensação em função das variações de temperatura), ficando a função de separar esta água por conta também dos filtros de combustível, que possuem sedimentadores, onde esta é periodicamente drenada. Para se conseguir este combustível “limpo”, são utilizados filtros de combustíveis que são um dos ítens mais importantes para uma vida prolongada do sistema de injeção. Os filtros devem reter impurezas da ordem de microns. Esta necessidade impõe um material filtrante muito cerrado e uma fraca pressão de filtragem. Existem muitos tipos de filtros, os quais são caracterizados por sua constituição, seu princípio de funcionamento, pelos elementos dos quais são formados e por sua aplicação segundo as condições de utilização. Podemos classificá-los em quatro grandes categorias:

„ „ „ „

Filtros Filtros Filtros Filtros

simples com elementos de filtragem de papel ou papelão; de peneiras metálicas; de cartuchos constituídos por elementos de feltro, diatores etc.; de etapas constituídos por elementos de filtragens de papel, metálica ou feltros.

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BOMBAS INJETORAS A bomba injetora tem a função de injetar o combustível na quantidade e no momento exato para que a combustão seja o mais eficiente possível. Somente se consegue uma boa combustão se o combustível for preparado com perfeição. Cada processo de combustão exige outra preparação, sendo as condições para um bom preparo de combustível as seguintes:

„ „ „ „

Distribuição correta na câmara de combustão (posição do jato); Forma correta do jato; Boa mistura com o ar para que as gotículas de combustível queimem no momento exato; Injeção durante um intervalo de tempo exatamente definido, com início correto de injeção o qual, por sua vez, depende da rotação do motor. Podemos dividir as bombas injetoras quanto ao seu tipo de construção, em dois grupos:

1.

BOMBAS EM LINHA

2.

BOMBAS ROTATIVAS

BOMBA INJETORA EM LINHA A figura mostra uma bomba injetora Bosch PE com regulador, bomba alimentadora e avanço. A bomba alimentadora aspira o combustível do tanque, pressionando-o pelo filtro à câmara de aspiração da bomba injetora. O pistão da bomba acionado pelo eixo de comando pressiona o combustível através da válvula de pressão e pelo tubo de pressão, ao bico injetor. Depois de terminado o curso de pressão, a válvula de pressão fecha, sob ação da mola. O pistão é novamente levado à sua posição inicial pela sua mola.

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Conforme pode ser visto no desenho ao lado, quando o êmbolo alcança seu ponto morto inferior, o combustível sob baixa pressão da galeria, enche o espaço entre o êmbolo e a válvula de descarga no interior da luva do elemento. Este combustível é admitido por um orifício existente na parede da luva.

Conforme o êmbolo sobe, o orifício de carga é fechado pela sua borda, aprisionando uma certa quantidade de combustível no espaço superior da luva. Ao prosseguir seu curso ascendente, o êmbolo reduz o espaço superior da luva, criando a pressão necessária para a injeção do combustível dentro da câmara de combustão do motor. A injeção ou débito de combustível termina quando a ranhura helicoidal abre novamente o orifício, derramando de volta para a galeria o excesso de combustível admitido no espaço superior da luva. O êmbolo prossegue seu curso ascendente até alcançar seu ponto morto superior, embora o débito de combustível tenha cessado. Após alcançar o PMS, o êmbolo desce novamente por ação da mola, até alcançar o ponto morto inferior, pronto para iniciar um novo ciclo.

O colar de controle gira o êmbolo dentro da luva por ação da cremalheira, e controla a quantidade de combustível injetada no cilindro. Para um débito Zero de combustível, o êmbolo é girado dentro da luva até que a ranhura (entalhe) vertical fique alinhada com o orifício de carga. Nesta posição, nenhuma quantidade de combustível é aprisionada no espaço superior da luva quando o êmbolo sobe para seu PMS.

48 Para o débito de uma determinada quantidade de combustível que não seja o débito máximo, o êmbolo é posicionado de forma que o combustível seja aprisionado dentro do espaço da luva durante uma certa parte do curso ascendente do êmbolo, determinada pela fechamento do orifício pela borda superior do êmbolo e a abertura pela ranhura ou entalhe helicoidal. Para o débito máximo de combustível, o êmbolo é posicionado de tal forma que o combustível fica aprisionado dentro do espaço superior da luva durante o curso ascendente total do êmbolo.

BOMBA INJETORA ROTATIVA Existem dois tipos de bombas injetoras rotativas sendo bastante diferentes quanto à construção. Iremos descrever agora o funcionamento de uma bomba injetora rotativa Bosch Tipo VE. A bomba de alimentação retira o combustível do reservatório, força-o através do filtro e o envia para a bomba de transferência que fornece o combustível sob a pressão de dosagem que é controlada pela válvula reguladora. O combustível na pressão de transferência passa pela válvula de dosagem que controla a quantidade que deve passar para o elemento de bombeamento, de acordo com o regime de trabalho do motor. A quantidade de combustível é controlada pela seção do orifício da válvula dosadora cuja variação é feita pelo movimento rotativo dessa válvula, que está ligada ao acelerador do motor e ao governador de velocidade. A variação de seção útil do orifício modifica a perda de carga, promovendo variação na pressão do combustível a qual altera o fornecimento. Quanto menor for a seção de passagem do combustível na válvula de dosagem, menor será a quantidade bombeada para os injetores e menor será a potência fornecida pelo motor e viceversa. O elemento de bombeamento é constituído de dois êmbolos opostos que estão alojados em um conjunto com movimento rotativo que gira no interior de um excêntrico estacionário, que possui uma quantidade de ressaltos igual ao número de cilindros do motor. Esses êmbolos são equipados com roletes montados em sapatas que fazem os contatos com o excêntrico. Os êmbolos movem-se simultaneamente para dentro quando os roletes contatam os ressaltos diametralmente opostos do colar de excêntricos, comprimindo o combustível e, são movidos para fora pela pressão do combustível que entra na bomba injetora, quando os êmbolos estão fora dos ressaltos.

49 A figura mostra o colar com os excêntricos e o êmbolos opostos na posição de admissão do combustível.

Na figura “a” e “b” abaixo, estão mostradas as posições de admissão e de injeção do combustível, bem como o circuito feito pelo combustível, nos dois casos, através do cabeçote hidráulico.

50 Na região de admissão do combustível, na parte fixa do cabeçote hidráulico, tem-se uma única entrada para o combustível. No rotor existem orifícios em número igual ao dos cilindros do motor. Na região de injeção de combustível há um único orifício no rotor e tantos orifícios de saída no cabeçote hidráulico quantos forem os cilindros do motor. A ida e a volta do combustível são feitas pelo mesmo canal interno do rotor. A medida que o rotor gira, o orifício de admissão é fechado e o orifício de bombeamento do rotor, no instante da injeção, estar em contato pleno com um dos orifícios de saída para os injetores, de acordo com a ordem de injeção do motor. O governador de velocidade dessas bombas pode ser mecânico ou hidráulico. O sistema mais comum é o mecânico, que atua por força centrífuga através de contrapesos. Esse governador age em todas as faixas de rotação de operação do motor, atuando na válvula dosadora de combustível, corrigindo o fornecimento em função da variação da rpm do motor. A figura ilustra o funcionamento do governador centrífugo.

51 O instante de injeção de combustível também sofre variações de acordo com a modificação da rpm do motor e, é feita variando a posição dos excêntricos com relação aos pistões de bombeamento do combustível. O comando dessa variação é feita por variação da pressão do óleo combustível, em função da rpm do motor, atua sobre um pistão e mola. As figuras abaixo ilustram o sistema.

A figura abaixo, mostra os componentes de uma bomba injetora rotativa. Através dela, pode-se ter idéias completa dos componentes e da interligação dos mesmos.

52 Circuito de Alta Pressão Tem como finalidade conduzir o combustível a alta pressão da bomba injetora ao bico injetor. Seu comprimento e diâmetro tem grande influência na característica da injeção e por conseqüência, no funcionamento do motor e deve ser igual para todos os cilindros

Bico Injetor Tem como função, atomizar o combustível dentro da câmara de combustão no final da fase de compressão, da melhor forma possível. O bico é comandado pela pressão do combustível. A pressão produzida pela bomba injetora atua sobre o cone de pressão da agulha levantando-a de sua sede, quando a força de baixo for maior do que a contrapressão de uma resultante da mola de pressão do porta-injetor. O combustível é, então, injetado através do(s) orifício(s) do bico na câmara de combustão. A pressão de abertura é, pois, determinada pela tensão preliminar (ajustável) da mola de pressão no portainjetor. O curso da agulha é limitado pela superfície plana entre a haste da agulha e o pino de pressão.

53 Circuito de Retorno de CombustÍvel São dutos que conduzem o combustível que retorna dos bicos injetores, da bomba injetora e dos filtros, de volta ao tanque. É conveniente ressaltar que existe um retorno de combustível pois o sistema de injeção de Diesel trabalha sempre com excesso de combustível pois este serve como lubrificante da maioria, e às vezes totalidade, das peças envolvidas.

Vela Aquecedora Tem como função pré-aquecer o ar, facilitando a partida a frio nos motores Diesel. Este problema é mais sensível em motores de injeção indireta, devido à maior perda de calor na compressão para as paredes da câmara. Nestes motores, existem geralmente uma vela aquecedora por cilindro, sendo situada dentro da câmara de combustão. Nos motores de injeção direta, a partida é mais fácil sendo utilizada apenas uma vela aquecedora para todos os cilindros ou as vezes não utiliza vela aquecedora.

ARREFECIMENTO Além do calor gerado pela combustão que ‚ transferido para a parede do cilindro e para o cabeçote, o atrito fluido também produz calor, portanto, para manter a temperatura dos órgãos mecânicos dentro dos limites do material e evitar a degeneração do óleo lubrificante, temos necessidade de um sistema de arrefecimento, do contrário as partes do motor tenderiam a alcançar a mesma temperatura dos gases de escape, ou seja, aproximadamente ..........°C. Verifica-se que ...........% a ..........% do calor gerado na combustão são transferidos para o fluido de arrefecimento nos motores arrefecidos a água, e ........% a ........% nos arrefecidos a ar. Esta parcela ‚é igual a potência útil do motor. Quais são os fatores que influenciam na transmissão de calor de um motor? 1 -...................................................................

2 -.........................................................................

3 -...................................................................

4 -.........................................................................

54 MÉTODOS DE ARREFECIMENTO Refrigeração a ar É a mais simples e foi muito usada no passado. A troca de calor se dá diretamente entre as paredes do cilindro e do cabeçote com o ar. Para aumentar a área de troca de calor, são colocadas aletas no bloco e no cabeçote. Quanto ao método de circulação do ar temos dois tipos: VENTILAÇÃO NATURAL: O fluxo de ar através do motor se dá pelo deslocamento do veículo. Foi e é muito usado em motocicletas, pois estas tem o motor exposto ao fluxo de ar. Vantagens: Mais simples, mais leve e mais barato. Desvantagens: Não permite altas taxas de compressão. VENTILAÇÃO FORÇADA : O fluxo de ar ‚ provocado por um ventilador (ventoinha) acionado pelo motor. Foi muito usado no passado por ser simples e barato, mas também está sendo abandonado. Ainda é usada nos automóveis da Porsche e Volkswagen. Vantagens: Resfriamento mais homogêneo Desvantagens: Mais caro, Absorve potência

Refrigeração à água A troca de calor aqui ‚é feita entre as paredes do cilindro e o cabeçote com a água, que depois troca calor com o ambiente (ar) através do radiador. Quanto à circulação da água podemos ter dois meios: Circulação Natural ou Termo Sifão: A circulação acontece somente pela diferença de temperatura entre a água fria (no radiador) e a água quente (no motor). Este sistema foi usado no DKW. Hoje, não é mais utilizado. Vantagens: Não necessita de Radiador, ventilador, bomba d’água, etc. Desvantagens: Necessita de muito espaço, A troca de calor é limitada.

55 Circulação Forçada Aqui a circulação ‚é feita por uma bomba acionada pelo motor. É o sistema mais usado atualmente.

1 - Radiador. 2 - Saída do líquido refrigerante a baixa temperatura. 3 - Bomba de água. 4 - Termo resistência para o indicador de temperatura. 5 - Entrada no radiador de líquido refrigerante a alta temperatura.

No sistema de refrigeração à água a diferença de temperatura da água, na entrada e na saída do radiador está na faixa de ........... a ...........°C. A temperatura da água se mantém da faixa de .......... a .......... °C e a vazão de água‚ da ordem de ..........à ...........l/min.

Refrigeração ruído potência específica custo manutenção

ar maior menor menor menor

água menor maior maior maior

56

RADIADOR O sistema também prevê um reservatório, onde a água troca calor com o ar: O RADIADOR. Para se obter a maior superfície possível de contato com o ar de resfriamento, a água passa através de certo número de tubos providos de aletas para aumentar a dissipação de calor.

A tampa do radiador eleva a pressão, elevando assim o ponto de ebulição da água para aproximadamente 120 °C. Uma válvula permite a entrada de ar ou água proveniente do depósito de expansão. O tipo e o material do radiador influem na eficiência e no rendimento do sistema. Atualmente os materiais mais usados são ALUMÍNIO E COBRE por terem alto coeficiente de transmissão de calor.

57 TIPOS DE COLMÉIA DE RADIADOR

TERMOSTATO É uma válvula que permite ao motor atingir a temperatura de trabalho mais rápido e mantém esta temperatura na faixa recomendável. Funcionamento: O termostato se mantém fechado até que a temperatura atinja o valor de trabalho, quando então, ele se abre e a água circula no radiador para ser refrigerada. Alguns tipos de termostato permitem a recirculação da água dentro do motor mesmo estando aberto.

VENTILADOR O radiador é provido de um ventilador para que o ar circule através dele em qualquer circunstância. O formato das pás do ventilador é de grande importância para se determinar a velocidade do ar através do radiador. Atualmente os materiais empregados são plástico, alumínio ou chapa de aço.

58 Quanto ao acionamento podemos ter 3 tipos: Acionamento direto: a polia do ventilador está permanentemente ligada ao motor. Desvantagens: perda de potência quando o veículo está em movimento e baixa eficiência em baixas rotações. Acionamento hidráulico: Um acoplamento hidráulico é fixado na hélice e no eixo motriz, mas controla a rotação da hélice em função da temperatura do ar do radiador. A variação é conseguida através do fluxo de silicone nas câmaras internas da peça. É muito utilizado em veículos pesados Acionamento elétrico: É feito por um motor elétrico acoplado diretamente no ventilador, sendo o sistema mais utilizado atualmente nos veículos de passeio

Alguns modelos de altos préstimos e turboalimentação, como é o caso do SAAB 9000, podem conter até quatro intertransformadores de calor para diferentes aplicações e dois ou mais eletroventiladores. 1. Refrigerador de óleo; 2. Radiador normal do sistema de refrigeração do motor; 3. Eletroventilador; 4. "Intercooler", ou refrigerador de ar da admissão do turbo; 5. Condensador do sistema de ar acondicionado; 6. Eletroventilador dos sistema de ar acondicionado. O Óleo Lubrificante também tem a função de arrefecer o motor. Outro recurso usado para arrefecer o motor é usar uma mistura rica; o próprio combustível refrigera o motor. A Ferrari experimentou um sistema de injeção de água para refrigeração do motor de Fórmula 1. Outro elemento do motor que pode ter refrigeração é o PISTÃO. Em motores de maior rendimento onde a solicitação térmica é maior, os pistões são refrigerados por jatos de óleo. Líquidos especiais: Para satisfazer determinadas condições somente água não é suficiente, portanto, é necessário acrescentar um líquido que:

„ „ „

Aumente o ponto de ebulição Abaixe o ponto de congelamento Evite corrosão

Este líquido é geralmente o etileno-glicol, mas também são usados óleos solúveis. REFRIGERAÇÃO MISTA Neste sistema o motor ‚ refrigerado por dois fluídos diferentes. O Bloco, com aletas, é refrigerado à ar e o cabeçote‚ refrigerado por um líquido, que pode ser água ou óleo lubrificante. Exemplos: MODELO PORSCHE 959 MOTOS SUZUKI

SISTEMA AR - ÁGUA AR - ÓLEO

59

LUBRIFICAÇÃO Dentro de um motor, existem várias peças móveis interligadas cujas superfícies estão em contato e se acham animadas de movimento relativo. É sabido que uma superfície, por mais polida que seja, nunca é perfeitamente lisa, sendo constituída de picos e vales o que pode facilmente ser observado ao ampliarmos esta superfície. Ao animarmos duas superfícies em contato o que acontece é que, nas zonas de picos existe uma forte pressão e um aumento da temperatura o que acaba provocando a fusão do material nesta região. Ao se prosseguir o movimento, existe um arrancamento de material que estava provocando desgaste das peças.

Para evitar que isto aconteça, uma solução é colocar entre as superfícies uma camada de fluido, impedindo o contato direto do material, diminuindo-se com isto o atrito e o desgaste.

Quando o motor está em funcionamento, onde existir movimento relativo de duas peças em contato, existirá um suprimento de óleo para que este lubrifique o motor em todas as partes onde exista necessidade. Um exemplo do que foi explicado acima pode ser verificado em um mancal de deslizamento como munhão do virabrequim e bronzinas do bloco.

60 Quando o eixo se encontra em repouso, a camada fluida não se encontra entre o eixo e o mancal, havendo aí, um contato direto entre os dois materiais. No entanto, quando há um início de rotação, a tendência é que o eixo suba o mancal, o que não acontece pois este encontra a camada fluida que se adere tanto ao eixo quanto ao mancal. Ao se prosseguir a rotação, a tendência é que o óleo levante o eixo devido a formação de uma pressão hidrodinâmica mancal/eixo como pode ser visto na figura abaixo.

„

Mas o lubrificante não tem por finalidade apenas se interpor entre duas superfícies em contato, cabendo a ele outras funções como: „ Reduzir o atrito e o desgaste; „ Dissipar grande parte do calor gerado; „ Remover partículas provenientes do desgaste ou da utilização originária da própria operação mecânica, bem como a remoção de outros materiais estranhos que se introduzem entre as partes atritantes. „ Servir como meio hidráulico para acionamento mecânico (por exemplo: tuchos de válvulas, transmissão hidramática) „ Servir como meio de vedação (anéis, gaxetas) Como já foi mencionado, dever existir um fornecimento contínuo de óleo onde haja necessidade, sendo o sistema de lubrificação o responsável para que isto ocorra. Iremos descrever a seguir, os componentes do sistema de lubrificação, cada um com sua função específica. Cárter É um recipiente situado no fundo do bloco e tem por finalidade armazenar o óleo lubrificante e também impurezas indesejáveis do óleo por decantação. Uma outra função do cárter é funcionar como um trocador de calor refrigerando o óleo do motor antes que este volte ao circuito de lubrificação. Pescador É uma espécie de filtro para impurezas maiores que fica imerso no óleo do cárter antes da bomba de óleo. Bomba de óleo Elemento mecânico situado dentro ou fora do cárter, geralmente acionado por engrenagens, que tem por finalidade succionar o óleo do cárter e envia-lo sob pressão para o circuito de lubrificação que abastece todas as partes móveis do motor.

61 Os principais tipos são de: ♦ Engrenagens ♦ Rotores ♦ Palhetas Rotores

Engrenagens

Palhetas

Válvula Reguladora de Pressão ou Válvula de Alívio Por ser a bomba de óleo, uma bomba de deslocamento positivo, isto é, não permite circulação interna, existe a necessidade de uma válvula de alívio no circuito de óleo para que esta controle a pressão de trabalho reduzindo-a quando necessário.

Filtro de Óleo Lubrificante O óleo impulsionado pela bomba, antes de ser dirigido aos pontos a lubrificar no motor, passa através de um filtro no qual se depositam as impurezas de carvão, limaduras metálicas, etc., que possa levar em suspensão. Este filtro costuma ser de papel pregueado, muito parecido com os de ar para o motor, porém apresentados em forma de cartuchos metálicos de fácil troca.

Canalizações de Lubrificação A distribuição se efetua através de uma série de canalizações que percorrem o bloco de cilindros, o virabrequim e demais elementos do motor. O mais usual, em motores modernos é dispor de um canal central de lubrificação que recebe o óleo diretamente do filtro e o distribui entre os diversos apoios do virabrequim e das árvores de comando para, a partir daí, passar a lubrificar os colos de biela e os pistões por um lado, e os balancins, molas e válvulas do cabeçote, por outro. Para os demais órgãos, como correntes de distribuição, acionamento da bomba etc., existem pequenos condutos (orifícios para irrigação) adicionais ou se utiliza o sistema de lubrificação por batimento. Nos últimos dois casos se distribui uma quantidade bem menor de óleo.

62 A figura abaixo mostra o funcionamento esquemático de um sistema de lubrificação de um motor de combustão interna.

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LUBRIFICANTES 1. DEFINIÇÃO Lubrificante é um produto que interposto entre duas superfícies sólidas, com movimentos entre si, tende a diminuir o atrito, o desgaste e a temperatura.

2. CLASSIFICAÇÃO De acordo com seu estado, o lubrificante pode ser classificado como: „ sólido: de fina granulação sendo o grafite e bissulfeto de molibdênio os mais utilizados „ líquido: óleos lubrificantes automotivos e industriais „ pastoso: graxas automotivas e industriais

3. LUBRIFICANTES LÍQUIDOS Os lubrificantes líquidos (básicos) podem ser de origem: „ animal: baleia, gordura de boi, lanolina, etc. „ vegetal: rícino, colza, amêndoa, etc. „ mineral: derivados de petróleo „ sintético: químico (ésteres, glicóis, P.A Q.) Composição

ÓLEO BÁSICO E/OU BASE SINTÉTICA

ÓLEO

ADITIVOS +

=

LUBRIFICANTE

De acordo com sua composição, o óleo lubrificante pode ser classificado como: mineral, sintético ou semisintético. „ mineral: quando as bases são obtidas através da destilação do petróleo. „ sintético: quando as bases são derivadas da química e petroquímica; podem ser hidrocraqueados, PAQ e ésteres. „ semi-sintético: mistura balanceada de base mineral e sintética. Aditivos são produtos que adicionados às bases, proporcionam um aumento ou reforço na qualidade do lubrificante. Os aditivos, podem modificar ou incrementar as características do lubrificante. Os aditivos utilizados na formulação de um óleo de motor são: anti-oxidante, detergente, dispersante, anticorrosivo, anti-espumante, anti-desgaste, melhorador do índice de viscosidade e abaixador do ponto de fluidez.

Funções dos óleos lubrificantes Para assegurar um perfeito funcionamento de um veículo, o óleo lubrificante deve cumprir várias funções como: „ redução do atrito e desgaste „ proteção contra ferrugem e corrosão „ resistência a altas temperaturas „ refrigeração „ vedação

Características dos óleos lubrificantes Um óleo lubrificante é identificado através de sua característica física e nível de qualidade (performance).

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Características Físicas As características físicas de um óleo lubrificante são determinadas através de: Viscosidade: é a propriedade do óleo que indica a resistência do mesmo ao escoamento a uma determinada temperatura. Quanto mais viscoso é o óleo, mais tempo este leva para escoar; o lubrificante escoa mais facilmente em altas temperaturas. A classificação de viscosidade para óleos de motor e transmissão utilizada em todo o mundo é a SAE (Socite of Automotive Engineers). Esta medida é obtida através de um aparelho chamado viscosímetro. Classificação de viscosidade para óleos de motor

Classificação de viscosidade para óleos de transmissão

Graus para baixas temperaturas, variam de 0W a 25W (para motor), 75W a 85W (para transmissão), conferindo ao lubrificante fluidez a baixas temperaturas, ou seja, quanto menos for seu grau, maior sua fluidez. Graus para altas temperaturas, variam de 20 a 60 (para óleos de motor), de 90 a 250 (para óleos de transmissão): quanto maior for seu grau, maior será a viscosidade do óleo. Lubrificante monoviscoso ou monograu, é quando sua viscosidade corresponde a um único grau de classificação SAE. Ex.: SAE 10W, SAE 20, SAE 90.

65 Lubrificante multiviscoso ou multigrau, é quando sua viscosidade corresponde a combinação de graus de classificação SAE para altas e baixas temperaturas. Ex.: SAE 10W50, SAE 20W50, SAE 75W90, SAE 80W90. “O lubrificante multiviscoso é suficientemente fluido a baixas temperaturas e suficientemente viscoso para um bom comportamento do óleo a altas temperaturas”. Ponto de fluidez: é a mínima temperatura que o lubrificante consegue escoar. Esta característica permite saber que com uma determinada temperatura (baixa) o óleo lubrificante circulará, imediatamente por exemplo, do cárter às partes a sem lubrificadas. Ponto de fulgor: é a mínima temperatura na qual o vapor do lubrificante vai pegar fogo, por alguns segundos, em presença de uma chama. Normalmente os lubrificantes, apresentam ponto de fulgor entre 200º C e 220º C. Número de neutralização: os lubrificantes apresentam características alcalinas ou ácidas, dependendo da origem, aditivação ou nível de contaminação. As características e quantidades ácidas dos lubrificantes são medidas pelo TAN (número de acidez total) que aumentam em proporção a oxidação do óleo, o que é um indicativo de sua vida útil. Quando um lubrificante contém aditivos de basicidade em sua composição, é possível neutralizar os compostos ácidos provenientes da combustão. A alcalinidade ou basicidade é determinada através do TBN, ou seja, número de basicidade total. Cor: Os lubrificantes apresentam grande variação de cor de acordo com a procedência e tipo de petróleo. A cor clara ou escura de um óleo, não indica sua viscosidade ou qualidade; a cor do lubrificante, pode ser alterada utilizando-se corantes ou aditivos.

Qualidade dos lubrificantes Os maiores fabricantes de veículos, formam associações que determinam critérios que os lubrificantes devem atender, ou sejam, normas, que em sua maioria constam nos manuais dos lubrificantes. Os fabricantes de veículos utilizam-se das normas API e ACEA (ex-CCMC) para qualificarem e recomendarem os lubrificantes. API - Instituto Americano de Petróleo Determina as normas de qualidade para lubrificantes desde 1950. Por ser uma das mais antigas e conhecidas associações, é a mais utilizada pêlos fabricantes de lubrificantes. Classificação para Motores a Gasolina

66 Classificação para Motores a Diesel

Classificação para Transmissões Manuais e Eixos Traseiros

CCMC - Comitê dos Construtores de Veículos do Mercado Comum Europeu (extinta) Comitê formado por fabricantes europeus de veículos, dissolvida em 1991 e substituída pela ACEA.

67 Classificação para Motores a Gasolina

Classificação para Veículos Diesel Leve (High Speed Engine)

Classificação para Motores a Diesel

68 ACEA - Associação de Fabricantes de Veículos Europeus As normas ACEA que substituem as normas CCMC, para motores a gasolina, são: A1: é a categoria “energy conserving” com os respectivos limites para testes de motores. A2: é a categoria “normal” que suplanta a CCMC G4. A3: é a categoria “alta performance” que suplanta a CCMC G5. As normas ACEA que substituem as normas CCMC, para motores a Diesel em carros de passeio, são: B1: é a categoria “energy conserving” e está em desenvolvimento. B2: é a categoria “normal”. B3: é a categoria “alta performance”. As normas ACEA que substituem as normas CCMC, para motores a Diesel em veículos comerciais, são: E1: está de acordo com a norma Mercedes Benz 221.1. E2: está de acordo com a norma Mercedes Benz 228.1 e CCMC D4. E3: está de acordo com a norma Mercedes Benz 228.3 e CCMC D5.

MANUTENÇÃO Para o bom funcionamento do veículo, além da utilização do óleo lubrificante, de acordo com a recomendação do fabricante do veículo, deve-se atentar para algumas outras regras: Utilizar sempre óleo lubrificante com classificação SAE e API e/ou ACEA (ex-CCMC), conforme manual do veículo. Verifique se as embalagens do óleo não estão adulteradas ou danificadas. Troque o lubrificante, nos períodos recomendados ou reduza este período quando a condição de serviço for severa. Observar, periodicamente, o nível do óleo do motor, com o carro nivelado horizontalmente e de preferência com o motor frio. Manter o volume do lubrificante, sempre entre os níveis Max. e Min, da vareta de medição. Para limpeza da vareta de medição ou do bujão, utilizar sempre pano ou papel absorvente e nunca estopa.

SISTEMA DE IGNIÇÃO 1) COMO SE PRODUZ A FAÍSCA: Da combustão de uma mistura de ar e gasolina nos cilindros de um motor do ciclo Otto resulta a energia necessária para mover um automóvel. O sistema de ignição produz a faísca elétrica que inflama a mistura. Cada cilindro possui uma vela provida de dois elementos metálicos (os eletrodos) que penetram na câmara de combustão. Quando a corrente elétrica é fornecida às velas a uma voltagem suficientemente elevada, a corrente salta através do intervalo entre os eletrodos sob a forma de uma faísca. Não é fácil a produção da faísca entre os eletrodos de uma vela. Quanto maior for o intervalo entre os eletrodos, maior deverá ser a voltagem. Esse intervalo é normalmente de 0.6 mm. A corrente que chega às velas deve ser de alta tensão (pelo menos 14000 V). Porém para compensar as quedas de tensão no sistema, poderá ser necessário elevar esse número para 30000 V. Como a energia fornecida pela bateria de um automóvel é normalmente de 12 V a bobina terá de elevar milhares de vezes esta tensão que deverá ser fornecida a cada vela no preciso momento do ciclo de 4 tempos. O distribuidor como seu nome indica, distribui a eletricidade a cada um dos cilindros segundo a sua ordem de inflamação. Os platinados contribuem, juntamente com a bobina, para obtenção da alta voltagem necessária.

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A bateria fornece a eletricidade ao sistema de ignição, ao motor de arranque, às luzes, aos indicadores e equipamentos elétricos do veículo. A bateria é composta pôr um certo número de elementos (cada um dos quais fornece voltagem ligeiramente superior a 2 V) ligados pôr barras metálicas. Geralmente as baterias dos automóveis são constituídas pôr seis elementos. Cada elemento é composto pôr dois conjuntos de placas (eletrodos) introduzidos numa solução de ácido sulfúrico diluído (eletrólito). Um dos eletrodos é constituído pôr placas revestidas de peróxido de chumbo e o outro pôr placas revestidas de chumbo esponjoso. Quando um elemento está em funcionamento, o ácido reage com as placas, convertendo energia química em energia elétrica. Cria-se assim uma carga positiva no eletrodo de peróxido de chumbo e uma carga negativa no eletrodo de chumbo esponjoso.

70 A corrente elétrica, medida em ampères (A), passa de um dos pólos da bateria através do circuito do automóvel e entra na bateria pelo outro pólo, fechando-se o circuito pôr meio do eletrólito. Como a reação química se mantém, forma-se sulfato de chumbo na superfície de ambas as placas e, no eletrólito, a concentração de ácido sulfúrico diminui. Quando as superfícies das duas placas ficam completamente cobertas com sulfato de chumbo, a bateria está descarregada. Se a bateria for carregada novamente, pôr meio de uma corrente elétrica apropriada, os eletrodos voltarão ao seu estado original e o ácido sulfúrico é regenerado. A bateria é um elemento essencial para o armazenamento da energia necessária para o arranque do motor e o funcionamento das luzes, quando aquele está parado. A sua capacidade é medida em ampères/hora. Uma bateria de 56 A/h, poderá fornecer uma corrente 1 A durante cinqüenta e seis horas, 2 A durante vinte e oito horas, etc. O arranque do motor exige à bateria a sua potência máxima. Podem ser necessários 300 a 400 A para pôr em funcionamento um motor, enquanto uma lanterna pode exigir apenas 0.5 A.

A função da bobina é basicamente elevar a tensão da bateria para níveis onde possa ser produzida faísca nas velas. A bobina funciona segundo o princípio de que, quando a corrente elétrica passa num enrolamento de fio, gerase um campo magnético e inversamente, quando se interrompe m campo magnético, gera-se eletricidade em qualquer enrolamento de fio dentro das linhas de força do campo magnético. A voltagem original será aumentada se houver dois enrolamentos de fio possuindo um deles muito mais espiras do que o outro. Os dois enrolamentos da bobina rodeiam um núcleo de ferro macio que concentra o campo magnético. O enrolamento primário é constituído de algumas centenas de espiras de fio relativamente grosso. Este enrolamento constitui a parte de baixa voltagem e recebe corrente vinda da bateria. O enrolamento secundário é constituído pôr milhares de espiras de fio fino (cerca de 2000 m). Este enrolamento constitui a parte de alta voltagem e fornece corrente às velas. Quando se roda a chave de ignição, a corrente elétrica vinda da bateria

71 atinge os terminais da bobina, atravessa o enrolamento primário e sai pelo outro terminal do mesmo enrolamento para os platinados ou transistor quando a ignição for transistorizada. Se os platinados estiverem fechados, a corrente passará pôr eles, transformando o enrolamento primário e o núcleo num eletroimã que, como tal, gerará um campo magnético. Neste caso, a corrente completa o seu circuito através da carroçaria do automóvel, voltando à bateria. Ao abrirem-se os platinados, a corrente deixa de passar par a o primário da bobina e interrompe-se o campo magnético que atravessa os milhares de espiras do enrolamento secundário. Gera-se então uma corrente de alta tensão que passa do enrolamento secundário para as velas através do distribuidor e retorna das velas para a bobina através da carroçaria.

72 4 - DISTRIBUIDOR: O distribuidor consiste na ligação mecânica móvel entre os componentes do sistema de ignição e o motor. Desliga e liga a corrente do enrolamento primário da bobina pôr meio dos platinados ou do transistor e distribui às velas, segundo a sua ordem de ignição através de um rotor. O rotor está ligado ao eixo do distribuidor e à medida que roda, liga o terminal central da tampa, que está ligado à bobina, aos cabos das velas, de acordo com a ordem de ignição. Como a ordem de ignição nos cilindros determina a seqüência segundo a qual a corrente chega às velas, cada cabo de vela deve encontrar-se ligado à vela correspondente. O eixo do distribuidor é normalmente acionado pela árvore de comando, pôr meio de uma engrenagem helicoidal que faz girar os dois eixos à mesma velocidade. Em alguns motores, o eixo do distribuidor é acionado diretamente pela árvore de manivelas, pôr meio de um conjunto de engrenagens que reduz para a metade o número de rotações do distribuidor.

Ignição Antecipada: A medida que a velocidade do motor aumenta, reduz-se o intervalo de tempo entre a subida e a descida do embolo, onde a ignição tem que ser antecipada. Conseguese este efeito pôr meio de um mecanismo centrífugo de regulagem do avanço, que pode ser completado pôr um dispositivo de avanço pôr vácuo onde se altera o instante da faísca em função da condição de carga do motor. Nos sistemas mais modernos o instante da faísca é controlado pela ECU do sistema de injeção eletrônica. Os mapas de funcionamento do motor estão armazenados nas memórias da ECU, que pode tomar a decisão do instante ideal da faísca na vela para a condição de funcionamento do motor naquele instante.

73 IGNIÇÃO TRANSISTORIZADA: Com a faísca na vela, a corrente no enrolamento primário da bobina cai e deve ser recuperada para a próxima faísca. Esta recuperação demanda uma certa quantidade de tempo que diminui com o aumento da rotação. Nota-se portanto que a corrente no primário pode não crescer o suficiente para garantir a faísca principalmente nos regimes de alta rotação para motores com grande número de cilindros. Uma solução seria aumentar a corrente em altas rotações, o que no entanto, causaria uma corrente muito alta nas baixas rotações, com prejuízo da durabilidade do platinado. Pelo exposto, nota-se que o problema do sistema é o platinado, cuja durabilidade fica comprometida com correntes muito altas. A solução é substituí-lo pôr um interruptor eletrônico, isto é, um transistor.

IGNIÇÃO TRANSISTORIZADA COM PLATINADO: Neste tipo de ignição, usa-se um transistor como interruptor e um platinado como sensor para o comando do transistor.

Quando o platinado fecha, por ele passa uma pequena corrente que comanda o transistor, como condutor da corrente do primário. Ao abrir o platinado, o transistor interrompe a passagem da corrente, provocando o colapso do campo magnético e consequentemente os fenômenos descritos para a ignição convencional. Como o grosso da corrente passa pelo transistor, terse-á apenas limitações térmicas, de forma que a corrente no primário pode ser aumentada consideravelmente sem problemas de durabilidade.

74 IGNIÇÃO TRANSISTORIZADA SEM PLATINADO: Neste tipo de ignição, elimina-se o platinado definitivamente e o comando do transistor é provocado por impulsos gerados pela rotação de uma roda que tem uma ponta para cada cilindro, num campo magnético.

IGNIÇÃO ELETRÔNICA MAPEADA: Neste sistema incorpora-se um mapa eletrônico do melhor instante da ignição em função da carga e da rotação do motor. O microcomputador do módulo eletrônico recebe os sinais de rotação e carga. A rotação pode ser obtida em diversos pontos, por exemplo no distribuidor. A carga é obtida pela medida da depressão após a borboleta do acelerador. Estes valores são fornecidos ao microcomputador que determina o melhor avanço no mapa de ignição. Este sistema pode ser incrementado instalando-se um sensor de detonação no motor. Se houver sinal deste sensor, o sistema pode atrasar a faísca individualmente do cilindro anômalo, mantendo os outros com avanço otimizado.

A figura acima mostra o primeiro mapa de um sistema mecânico centrífugo a vácuo e o segundo mapa de um sistema eletrônico. Podemos notar que o sistema eletrônico possibilita muito mais recurso para a otimização do sistema.

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5 - VELAS: As velas produzem as faíscas elétricas que inflamam a mistura de gasolina e ar nos cilindros do motor. Uma vela é constituída pôr um eletrodo metálico que atravessa a parte central de um isolador de porcelana. À volta da parte inferior do isolador existe um corpo metálico que se enrosca na cabeça dos cilindros. Soldado à parte inferior deste corpo e dessa maneira ligado à massa através da cabeça dos cilindros, encontra-se outro eletrodo (o polo da massa). Uma pequena folga separa este eletrodo da extremidade do eletrodo central. A corrente de alta tensão, proveniente do distribuidor, passa pelo eletrodo central e transpõe essa folga sob a forma de uma faísca. Para obter um bom rendimento do motor, a faísca deverá ser suficientemente intensa para inflamar eficazmente a mistura de gasolina e ar, o que significa que a folga deve ser relativamente grande. Porém, quanto maior for

76 esta folga, maior será também a voltagem para fazer saltar a faísca. As folgas recomendadas para as velas dos automóveis modernos oscilam entre 0.5 mm e 0.8 mm. A folga deve ser verificada periodicamente, já que os eletrodos desgastam-se lentamente com o uso e podem ficar cobertos de resíduos. Uma folga de dimensões incorretas não constitui o único fator responsável pôr uma faísca fraca ou irregular. Uma ruptura no isolador ou uma película de óleo ou de água na sua superfície exterior poderão provocar fugas de eletricidade e dar origem a uma faísca fraca ou mesmo impedir que esta salte entre os eletrodos, sob a pressão de compressão existente dentro de cada cilindro. Entre a vela e a cabeça dos cilindros existe uma junta para assegurar vedação dos gases. Algumas velas apresentam, uma base cônica que se aloja na cabeça dos cilindros.

SUPRESSORES: Quando salta a faísca, esta atua como um transmissor de rádio em miniatura e causa interferências na recepção dos aparelhos de rádio e de televisão existentes nas proximidades. Em conseqüência, todos os automóveis devem possuir, de acordo com a lei, supressores (resistências) que limitam essas interferências. Antigamente usava-se incluir o supressor no cabo de alta tensão ou na ligação à vela. Nos automóveis atuais, os cabos constituem pôr si só supressores, já que são fabricados com um material impregnado de grafite, altamente resistentes. O tipo de vela a utilizar num determinado tipo de motor depende das condições de carga e da velocidade a que este deve funcionar, da forma da câmara de combustão, da riqueza da mistura, da taxa de compressão e das temperaturas de funcionamento.

VELAS QUENTES E FRIAS: As velas são classificadas de acordo com a sua capacidade de transmitir o calor da extremidade do eletrodo central e de dissipa-lo no sistema de resfriamento do motor. Numa vela determinada “fria” é menor a distância a percorrer pelo calor, visto o isolador ser, neste caso, mais curto. Este tipo de vela transmite rapidamente o calor, sendo portanto, utilizado em motores de elevado rendimento e de funcionamento contínuo a altas velocidades. Uma vela “quente” possui um isolador longo, o qual dissipa o calor mais lentamente. Funciona a temperaturas mais elevadas para compensar o trabalho do motor a altas temperaturas. Entre as velas “frias” e as velas “quentes” existe uma ampla gama de velas a fim de permitir obter o máximo rendimento de qualquer motor.

77 VELAS COM CANHÃO COMPRIDO OU CURTO: O comprimento da parte roscada de uma vela (o canhão) varia de acordo com a espessura do cabeçote. Nunca se deve montar uma vela de canhão longo num cabeçote de pequena espessura, pois a parte saliente do canhão poderá danificar uma válvula ou um êmbolo. Uma vela de canhão curto, fixada num cabeçote de grande espessura, poderá expor à combustão a rosca existente na cabeça do cilindro, dificultando a montagem posterior de uma vela apropriada além de denegrir o processo de combustão do motor pois a faísca está acontecendo em um ponto acima do que foi projetado para o motor.

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CURVAS CARACTERÍSTICAS 1 - Cálculo da Potência Iremos iniciar este assunto fazendo uma pequena revisão para entendermos melhor o capítulo. Vamos começar com a fórmula do trabalho: T=Fxd

onde:

T = trabalho, F = força, d = deslocamento

Para a potência temos: P = T/tempo

Então podemos dizer que:

P = (Fxd)/tempo

Nos motores de combustão interna, o que se tem disponível no eixo do virabrequim é um momento torçor a uma determinada rotação. Podemos associar este momento como uma força ou um binário e a rotação como um deslocamento de uma volta ou uma rotação no tempo (rotações por minuto). Temos então a fórmula da potência para motores que produzem torque em um eixo a uma determinada rotação: P = torque x rotação São necessárias agora, as introduções de algumas constantes de transformação de unidades para que possamos calcular de forma correta a potência de um motor. A potência dos motores pode ser expressa em qualquer uma das unidades conhecidas para potência. No entanto o que se encontra na pratica são potências expressas em cavalos (cv) e quilowatt (kw). Se quisermos obter a potência em cavalos e temos o torque em kgf.m e a rotação em rpm teremos: P (cv) = ( torque (kgf.m) x rotação (rpm) )/ 716.19

2- Rendimentos Podemos dividir o RENDIMENTO GLOBAL (ηe) de um motor em dois rendimentos apresentados a seguir: Rendimento Indicado (ηi ): é a relação entre o trabalho indicado do ciclo de alta pressão no diagrama PV real do motor e o trabalho equivalente do combustível fornecido ao motor. Este rendimento expressa basicamente a eficiência da combustão e do ciclo de compressão do motor. ηi = Wi / Wb onde:

Wi = trabalho indicado no diagrama PV real do motor. Wb = trabalho equivalente do combustível fornecido ao motor.

Rendimento Mecânico (ηm): Expressa as perdas mecânicas do motor como perdas por atrito nos pistões e mancais, potência despendida para acionamento de bombas de água e de óleo, etc. ηm = We / Wi

onde:

We = potência efetiva disponível no eixo do virabrequim. O RENDIMENTO GLOBAL do motor é calculado então da seguinte forma: η e = ηi x ηm

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3- Dinamômetro Um dinamômetro é nada mais que um instrumento para medir força. No caso de um pescador, o dínamo metro é utilizado para medir a força peso do peixe pescado. Já no caso de um motor, o dinamômetro é utilizado para medição do torque disponível no eixo do motor a uma determinada rotação. o dinamômetro para motores, também conhecido como freio dinamométrico funciona da seguinte forma: Como o próprio nome diz, o ‘freio dinamométrico’ é um freio que é acoplado ao eixo de saída do motor. Este freio possui um braço que é acoplado a uma balança ou um dinamômetro. Com o motor em funcionamento, conforme o freio dinamometrico é acionado, este tende a girar no sentido da rotação do motor, o que não acontece por causa do braço acoplado a balança. A força registrada na balança, multiplicada pela distancia da balança à linha de centro do eixo do freio, é o torque que o motor esta produzindo.

4- Consumo de Combustível Para que seja feito o desenvolvimento de um motor em um banco de provas, várias variáveis do motor precisam ser medidas. Uma delas e sem duvida uma das mais importantes é o consumo de combustível. Esta medição pode ser feita de várias formas e consiste apenas e se medir a vazão de combustível que o motor está consumindo em um determinado instante, em volume ou em massa. Uma das formas mais baratas é se acoplar uma bureta com um volume conhecido ao sistema de alimentação de combustível. Quando se deseja medir o consumo do motor, fecha-se a alimentação do tanque de combustível e abre-se a alimentação pela bureta. Mede-se então o tempo necessário para que o motor consuma toda a bureta. Como o volume da bureta é conhecido, tem-se então a vazão em volume que o motor está consumindo.

5- Consumo Específico de Combustível Um dos maiores indicativos de um motor é o consumo especifico de combustível. Ele expressa o rendimento global do motor ou seja, quanto combustível se queima para obtenção de potência. É claro então que quanto menor o consumo especifico de combustível, maior é o rendimento do motor e é o que se procura nos atuais desenvolvimentos. o calculo do consumo especifico é feito da seguinte forma: CE (g/cvh) = vazio de comb. (g/h) / P (cv)

6- Torque Máximo Como o próprio nome diz, é o máximo valor de torque que o motor pode produzir no eixo. Não só o valor em si é importante, mas também a rotação em que ele ocorre é de grande importância. Quanto mais baixa a rotação em que o torque máximo ocorre, melhor é a dirigibilidade do veiculo e em algumas aplicações como a agrícola isto é extremamente importante.

7- Potência Máxima Como o torque máximo, é o máximo valor de potência que o motor pode produzir no eixo. A potência máxima normalmente ocorre nos limites superiores de rotação do motor. Quanto major a potência de um veiculo, melhor é seu desempenho principalmente quanto a velocidade máxima.

8- Motor e aplicação Os motores de combustão interna são desenvolvidos para atenderem Os objetivos das mais variadas aplicações. Dentre elas podemos citar: Marítima - Agrícola - Industrial - Veicular - Competição - Aeronáutica

80 Devemos entender portanto que o projeto do motor deve ter como objetivo, atender às necessidades a que o motor irá se destinar. Não obteremos bons resultados se instalarmos um motor de Fórmula 1 em um caminhão Scania, mesmo tendo este motor 800 cv de potência. As diferenças entre motores para aplicações distintas podem ser bem observadas nas curvas de potência destes motores. Estas curvas nos trazem as informações do que o motor é capaz de fornecer e se isso satisfaz as exigências da aplicação a que o motor se destina. No desenvolvimento de um motor, são feitas várias alterações a fim de se chegar na curva de potência final e deve-se ter em mente que as variáveis são interdependentes, por exemplo: - Quando se busca mais potência em altas rotações para melhoria do desempenho de um veículo, através de alterações no comando de válvulas, perde-se torque em baixas rotações, piorando a dirigibilidade do veiculo - Quando se aumenta a rotação de um motor para se conseguir maior potência, a durabilidade diminui devido aos maiores atritos causados por esta maior rotação Nota-se portanto a grande importância das curvas de performance onde elas nos mostram a “personalidade' de um motor. Todos os desenvolvimentos são feitos procurando-se chegar a uma curva de performance objetiva que atenda às necessidades da aplicação a que a motor se destinará.

81 MOTORES DE ALTO RENDIMENTO Existem basicamente dois tipos de motores de alto rendimento: • •

OS MOTORES DE SÉRIE PREPARADOS OS MOTORES ESPECÍFICOS PARA COMPETIÇÃO

Nos motores preparados, existem algumas coisas que podemos fazer, como por exemplo: 1. 2. 3.

Aumentar a cilindrada Aumentar a pressão média efetiva (pme) Aliviar o peso das peças.

O aumento de cilindrada é um trabalho difícil e limitado fisicamente, por isso não iremos nos aprofundar; já para aumentar a pme, podemos fazer várias modificações no motor. A primeira delas é o aumento da taxa de compressão que melhora a rendimento mas é limitada pelo combustível que tende a detonação. Consegue-se aumentar a taxa através da usinagem do cabeçote (diminui a câmara de combustão), usando pistões com cabeça maior, ou usinando o bloco (não e muito usado). Outra coisa que podemos fazer, é aumentar o rendimento volumétrico que é conseguido através de: • • •

troca do comando de válvulas retrabalho das válvulas realinhamento do comando através de uma polia regulável

Todo este trabalho é acompanhado de outras modificações, tais como: • mudança combustível • mudança • mudança • mudança

no módulo de injeção eletrônica (ou no carburador) para maior vazão de no sistema de ignição (incluindo as velas) no sistema de refrigeração no sistema de lubrificação

Com o uso do turbo-compressor também aumentamos o rendimento volumétrico e a pme. Alguns tipos de preparação requerem ainda o retrabalho nos dutos de admissão, a equalização do fluxo de gazes no cabeçote e a troca do coletor de escape, que normalmente é de ferro fundido por um dimensionado feito de tubos e com os ramos do mesmo tamanho, para diminuição da perda de carga e assim diminuir a interferência dos fluxos. O alívio de peso também é necessário para facilitar a aceleração do motor e possibilitar o alcance de altas rotações. As pecas que costumam ser aliviadas no peso são: 1. 2. 3. 4.

PISTÃO: nas saias, diminuindo a altura ou furando-as BIELAS: trabalho de alívio geral e polimento de superfície para aumentar a resistência VOLANTE: facilita a subida de giros do motor VIRABREQUIM.

Todas as peças devem ter seus pesos equalizados e as peças com movimento rotativo devem ser balanceadas.

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83 MOTORES ESPECÍFICOS DE COMPETIÇÃO Estes motores de alto rendimento (Formula I e Formula Indy) são motores especiais onde todas as suas peças são construídas para resistir a esforços muito maiores que os normais. Eles devem ter algumas características especiais como por exemplo: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Baixo peso Alta resistência a torção Consumo baixo Potência e torque altos e disponíveis numa ampla gama de rotações Eficiente troca de calor. Resistência

Para se conseguir todas estas características, usam-se materiais especiais e extremamente caros. Todas as peças são calculadas no computador para ter maior resistência com menor peso. Ele também deve ser compacto para caber no carro. Os fabricante destes motores estão sempre pesquisando todos Os sistemas do motor para conseguirem cada vez mais rendimento, por exemplo: • Acústica do motor: Estuda-se a forma, o comprimento, e as ondas de pressão dentro dos coletores de admissão e escape • Materiais: Os engenheiros tentam achar ligas metálicas que possibilitem a construção de peças cada vez mais leves e resistentes. O panorama atual das competições exige um grande esforço e investimento dos construtores, porem Os resultados (quando positivos) são instrumento altamente positivo de marketing.

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