Motores Diesel

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MOTORES DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO MOTORES DIESEL

Fig. 1 – Motor de ignição por compressão (ICO). Fonte: Apostila Técnica Bosch, Bomba injetora PE e PF. Os motores de ignição por compressão (ICO), também denominados de motores diesel podem funcionar tanto com ciclos de quatro tempos quanto de dois tempos. Porém, a grande maioria opera à quatro tempos. Esses motores são conhecidos como motores diesel porque o combustível tradicionalmente usado é o óleo diesel. Porém, pode usar qualquer combustível de cadeia carbônica longa tais como os óleos vegetais ou os óleos transesterificados (biodiesel).

Fig.2: Tempos do motor ICO. Fonte: Diesel-engine management – Bosch 1999.

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Os motores ICO, no tempo de admissão, aspiram apenas ar quando o êmbolo se desloca do PMS ao PMI estando a válvula de admissão aberta; vide figura 2. No tempo de compressão, o êmbolo desloca-se do PMI ao PMS, estando as válvulas fechadas, comprimindo o ar com uma taxa de compressão superior à 16:1, de forma que a temperatura do ar atinja valor bem superior à temperatura de ignição espontânea do combustível. Quando o êmbolo se aproxima do PMS, no final do curso de compressão, o combustível é injetado. O combustível espalha-se na câmara de combustão formando zonas de mistura ar-combustível muito rica, zonas de mistura estequiométrica e zona de mistura muito pobre. No local da câmara que existir uma mistura dentro do limite de inflamabilidade e com a temperatura de auto-ignição, ela entra em combustão espontânea. No fim do curso de compressão o ar atinge pressão com valor entre 30 e 55 kgf/cm2 e a temperatura do ar vai a valores entre 700 e 900 oC. A expansão da mistura gasosa realiza trabalho contra o êmbolo deslocando-o do PMS ao PMI, com as válvulas fechadas. Em seguida a válvula de escapamento é aberta e o êmbolo expulsa os gases de combustão ao se deslocar do PMI ao PMS. Sistemas de injeção:

Fig. 3: Sistema de injeção, bomba em linha. Fonte: Apostila técnica Bosch. Bombas injetoras PE e PF. A figura 3 apresenta o esquema de um sistema de injeção com bomba em linha. Neste sistema o óleo é aspirado do tanque de combustível pela bomba de alimentação. A bomba de alimentação pode operar manualmente através de uma manopla no seu corpo ou mecanicamente através de um êmbolo acionado por um cames no corpo da

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bomba principal. O óleo passa por um pequeno filtro no corpo da bomba de alimentação e é transferido com uma pressão de aproximadamente 1 kgf/cm2, passando através de um conjunto de filtros e chegando a câmara de aspiração da bomba principal, que alimenta o conjunto de elementos bomba da bomba injetora em linha. Existe tanto elemento bomba quanto o número de cilindros do motor. Cada elemento bomba comprime o óleo diesel à uma pressão suficiente para abrir os bicos injetores que são regulados, em geral, a uma pressão entre 150 kgf/cm2 e 250 kgf/cm2, dependendo do combustível e do projeto do motor. A pressão de 1 kgf/cm2 do circuito de alimentação é mantida por uma válvula de alívio localizada no filtro ou na galeria de alimentação dos elementos bomba. O combustível aliviado retorna para o tanque de combustível. A pressão de injeção, da ordem de 150 à 250 kgf/cm2, é mantida constante pela pressão de injeção ajustada no bico injetor. O excesso de combustível retorna ao tanque. Tipo de injeção: Quando o combustível é injetado diretamente na câmara de combustão, tal como na figura 4, diz-se que o motor é de injeção direta.

Fig. 4: Motor de injeção direta. Quando o combustível é injetado numa anticâmara como a da figura 5, diz-se que o motor é de injeção indireta.

Fig. 5: Motor de injeção indireta.

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Elementos de bomba da bomba em linha: As bombas injetoras em linha têm um eixo de comando que é acionado pelo comando de válvulas do motor ou por um sistema de transmissão tal que mantenha a injeção do combustível sincronizada com o movimento dos cilindros. Portanto, nos motores ICO de quatro tempos, o eixo da bomba injetora deve girar com a metade da rotação do girabrequim. As bombas injetoras em linha possuem elementos de bomba em número igual ao número de cilindros do motor. Cada elemento é constituído por um pistão e um cilindro, figura 6. Os pistões são acionados pelo cames do eixo de comando da bomba, através do tucho de roletes.

Fig. 6: Elementos da bomba. Fonte: Apostila técnica Bosch. Bombas injetoras PE e PF. Na parte superior do cilindro existe uma válvula de pressão cuja finalidade é manter pressurizada a linha da bomba ao bico injetor. O débito de combustível em cada ciclo de injeção e em cada elemento de bomba é controlado pelo movimento rotativo do pistão que é acionado pela cremalheira que por sua vez é comandada pelo acelerador do veículo. A cremalheira aciona a manga de regulagem que desloca a asa do pistão fazendo o pistão mover-se no sentido horário e anti-horário, além do movimento alternativo do pistão. O pistão possui externamente uma ranhura

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longitudinal e uma hélice (ranhura oblíqua fresada), figura 7. O cilindro do elemento bomba possui dois orifícios, um inclinado para promover a lubrificação do êmbolo, e o outro radial para alimentação e alívio do cilindro do elemento bomba.

Fig. 7: Detalhes dos elementos de bomba. Fonte: Folder Bosch. Quando o pistão está no PMI o óleo que se encontra na câmara de aspiração, à 1 kgf/cm2, entra no cilindro do elemento bomba. Quando o cames da bomba aciona o pistão e o topo dele fecha o orifício de alimentação, a pressão no interior do cilindro aumenta até vencer a força da mola da válvula de descarga no topo do elemento bomba. O pistão continua o seu movimento ascendente aumentando a pressão do óleo até que seja suficiente para abrir o bico injetor, figura 9. O fim do débito de óleo acontece quando a ranhura a hélice do pistão coincide com o furo de alimentação.

Fig. 8 – Detalhes do débito de combustível.

Fonte: Folder Bosch.

Ao Girar o pistão no sentido horário ou anti-horário o débito de combustível é controlado pois, a ranhura helicoidal determina o fim do débito ao atingir o furo de alimentação. Quando a ranhura vertical do pistão coincide com o furo de alimentação, o débito de combustível é nulo, portanto o motor não funciona. A cremalheira de controle de débito é acionada pelo acelerador do veículo.

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Bico injetor:

Fig. 9 – Bico injetor.

Fonte: Folder CAV.

O combustível chega ao bico injetor atuando na base da agulha. Quando a pressão do combustível for suficiente para vencer a força da mola, a agulha se levanta debitando o combustível na câmara de combustão. A pressão de abertura do bico pode ser aumentada ou reduzida atuando-se no parafuso de regulagem sobre a mola. Na maioria dos motores fabricados antes de 2003 a pressão de injeção é regulada entre 150 e 250 kgf/cm2. Quanto maior a pressão de injeção menor será o diâmetro médio das gotas injetadas. Regulador de rotação: A rotação de um motor de ignição por compressão costuma variar mesmo que se mantenha fixa a posição da alavanca de comando da bomba injetora. Com a posição da alavanca de comando em marcha lenta, por exemplo, a rotação do motor pode cair até que ele pare ou pode aumentar indefinidamente. Portanto, é necessário um regulador de rotação que mantenha o motor com rotação mais estável para qualquer posição da alavanca de comando. Existem reguladores de rotação que atuam em todos os regimes de funcionamento do motor e existem reguladores que atuam em marcha lenta e em plena carga. Para uso veicular é mais comum os reguladores que atuam em marcha lenta e em plena carga, pois, nas cargas intermediária o próprio motorista faz o controle de rotação, ou velocidade, alterando a posição da alavanca de comando da bomba através do acelerador. A figura 10 apresenta o regulador centrífugo RQ da Bosch. O regulador RQ é um regulador

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mecânico baseado no princípio da força centrífuga e da ação de molas para o seu desempenho. Ele é acionado pelo eixo de comando da bomba injetora. A força centrífuga desenvolvida nos “contrapesos” atua sobre o “pino de regulagem” e, através da “alavanca reguladora” atinge a “haste de regulagem”.

Fig. 10 – Regulador centrífugo RQ.

Fonte: Folder Bosch.

Os movimentos do pino de regulagem são transmitidos à haste de regulagem obedecendo a uma relação de transmissão no âmbito de 1:1,35 a 1:3,23, que é variada através do deslocamento do ponto de apoio da alavanca reguladora.

Fig. 11 – Posições de funcionamento do Regulador.

Fonte: Folder Bosch.

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No momento da partida os motores de ignição por compressão necessitam de um débito adicional para facilitar a sua entrada em operação. Para isso, o motorista deve pisar no acelerador até sua posição final de tal modo que a alavanca de comando da bomba seja acionada completamente, à esquerda da figura 11. Quando o motor entra em operação a força centrífuga dos contrapesos atua no sentido de trazer a haste de regulagem para trás, reduzindo o débito de combustível. Em seguida o motorista tira o pé do acelerador trazendo a alavanca de comando para a posição de marcha lenta, à direita da figura 11. De início, na posição de marcha lenta, a tendência do motor é de ter sua rotação reduzida, aí as molas do contrapeso atuam no sentido de empurrar a haste de regulagem no sentido de aumentar o débito de combustível. Depois que o motor esquenta, na posição de marcha lenta, a tendência do motor é de ter a sua rotação aumentada, pois os atritos internos diminuem. Então, a força centrífuga atua no sentido de diminuir o débito de combustível.

Fig. 12 – Posições de funcionamento do regulador.

Fonte: Folder Bosch.

Quando o motor opera em plena carga a ação da força centrífuga nos contrapesos atua no sentido de recuar a haste de regulagem diminuindo o débito de combustível, figura 12.

Fig. 13 – Ação das molas do regulador.

Fonte: Folder Bosch.

Na figura 13, a mola mais externa atua na regulagem da marcha lenta, deslocando o contrapeso em até 6 mm o que resulta no deslocamento da haste de regulagem de até 8 mm.

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Durante as cargas parciais o contrapeso permanece comprimindo a mola mais externa e apenas encostado nas duas molas mais internas (molas de plena carga). Na plena carga a força centrífuga do contrapeso vence a ação de todas as molas deslocando-se mais 5 mm o que corresponde à 16 mm na haste de regulagem. Existe diversos tipos de reguladores de rotação. Na figura 14 observa-se o regulador centrífugo variável RSV Bosch que regula a rotação em qualquer carga. Ele possui apenas uma mola reguladora, que é basculante. Ao se ajustar a rotação na alavanca de comando a posição e a tensão da mola se modificam de uma maneira tal que o torque que atua na alavanca de regulagem fica em equilíbrio com o torque produzido pelos contrapesos à rotação desejada. Na partida, a mola de partida traz a haste de regulagem para a posição de partida, ajustando o débito de combustível.

Fig. 14 – Regulador centrífugo variável RSV.

Fonte: Folder Bosch.

A figuras 15 mostra a atuação da mola de regulagem basculante que age em todos os âmbitos de carga. Já a figura 16 mostra a atuação da mola de partida que atua especificamente durante a operação de partida.

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Fig. 15 – Atuação da mola reguladora basculante.

Fig. 16 – Atuação da mola de partida.

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Fonte: Folder Bosch.

Fonte: Folder Bosch.

A figura 17 mostra uma bomba injetora em linha completa, destacando-se o regulador centrífugo de rotação e o avanço de centela.

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Fig. 17 – Bomba injetora com regulador centrífugo e Avanço de centelha. Folder Bosch.