Motores de Combustao Interna

Celso R. Rabello

Domingos Carapinha Filho

Leonardo Serfert Junior

MOTORES DE

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

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.

DESVANTAGENS:

Maior Vibração

Maior numero de peças móveis Baixo Rendimento

VANTAGENS: Custo Menor

Fácil Operação Menor Consumo

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

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 DESVANTAGENS: Pouco Operacional (para automóveis)

Não necessita de trem motriz Alto Rendimento

PEÇAS

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

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 Camisa Substituível

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

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.

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.

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

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.

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.

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 E o volume deslocado pelo pistão Superior e o Ponto Morto Inferior ao do PMS até o PMI , multiplicado longo do cilindro. pelo numero de cilindros do motor.

Vt =

πππππ

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

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

Vantagens do CICLO DIESEL

- Menor custo de fabricação - Melhor rendimento térmico

- Menor emissão de NOx e particulados - Menor consumo especifico - Melhor relação peso/potência - Maior durabilidade do motor - Maior elasticidade dinâmica - Menor emissão de CO e HC - Menor vibração - Não necessita de sistema elétrico - Menor ruído - Partida a frio mais fácil

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.

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.

2º TEMPO: COMPRESSÃO

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.

1º TEMPO: ADMISSÃO

A Válvula de Admissão abre, o pistão vai do PMS ao PMI, entrando no cilindro ar (Diesel)

ou a mistura ar-combustível (Otto).

3º TEMPO: EXPANSÃO

Próximo do final da compressão, temos o inicio da injeção de combustível (D) ou o salto da faísca

da vela (O), dando começo a combustão, empurrando o pistão do PMS ao PMI, produzindo

trabalho. As válvulas estão fechadas.

4º TEMPO: ESCAPE

Neste tempo, o pistão vai do PMI ao PMS e, com a válvula de escape aberta expulsa os gases queimados (da combustão) para fora do cilindro.

Nota-se que há um ciclo a cada 2 voltas do virabrequim.

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

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

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.

COMBUSTÃO

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

LUZ + CALOR

Componentes necessários:

COMBURENTE COMBUSTÍVEL PONTO DE IGNIÇÃO

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. Menor consumo de combustível 2. Menor consumo de lubrificante 3. Maior durabilidade

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

♦

A

AUTO-IGNIÇÃO (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 pré-ignição. 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.

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.

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:

4T 2T Motocicletas 1, 2, 4, e 6 1, 2, 3 e 4 Carros 3, 4, 5, 6, 8 ou 12 ___ Ônibus/ Caminhões 4, 6 ou 8 ___

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

♦

♦

♦

♦

♦

LINHA

♦

♦

♦

♦

♦

V

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♦

♦

♦

♦

BOXER

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♦

♦

♦

♦

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)

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 multi-válvulas normalmente tem-se 2 comandos por cabeçote, mas alguns tem apenas 1 comando e balancins. OHV: Válvulas no Cabeçote OHC: 1 Comando de válvulas DOHC: Duplo comando de

(comando no bloco) no cabeçote válvula no cabeçote

O acionamento do comando pode ser:

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... D/C = 0,89 ( 82,5 x 92,8 ) Motor Tempra Turbo... D/C = 0,93 ( 84,0 x 90,0 ) Motor Ferrari F355 ... D/C = 1,10 ( 85,0 x 77,0 ) Motor de Formula 1 (estimado)... D/C = 2

Motor MWM 6.10 (Diesel)... D/C = 0,80 (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.

Potência Torque durabil. consumo rotação especifica pot. máx.

(CV/L) (kgf.m) (Km) (Km/l) (RPM)

MOTOR VW AP 2000 (SANTANA)

55 17,8 100.000

10 5800

MOTOR FORD COSWORTH

160 45 400 2 9000

(FORMULA 3000)

MOTOR CUMMINS 6CTAA 8.3

35 121 300.000 2 2200

(VW 35.300)

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:

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♦

♦

♦

Pelo ar admitido;

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Pelo óleo lubrificante;

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Pelo combustível;

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Pela ventilação do carter;

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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 pré-filtro para serviços mais pesados.

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.

Filtros Impregnados

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.

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

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 acele-ração 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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.

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

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,

aumentando-a ou diminuindo-aumentando-a de aumentando-acordo com aumentando-a necessidaumentando-ade 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.

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.

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 Entrada de Combustível, 2 retorno de Combustível, 3 Válvula Plana, 4 Alojamento da Válvula, 5 Diafragma, 6 Mola de Compressão, 7 Conexão para Vácuo 1 Filtro 2 Solenóide 3 Núcleo do Solenóide 4 Válvula de Agulha 5 Conexão Elétrica 1 Mola 2 Chapa da mola 3 Diafragma 4 Entrada do combustível 5 Saída do 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 1 Terminal Elétrico 2 Carcaça 3 NTC (resistência inversamente proporcional à temperatura) 1 Massa sísmica 2 Carcaça 3 Cerâmica piso-elétrica 4 Contato 5 Conexão elétrica

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.

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.

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.

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

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.

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

1 Imã Permanente 2 Carcaça

3 Bloco do Motor 4 Núcleo de ferro 5 Bobina

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 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

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.

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)

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.

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.

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.

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.

ACESSÓRIOS

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

componentes internos.

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.

As emissões dos motores podem ser divididas em 4 categorias: Produtos de Combustão Completa

Produtos Indesejáveis Emissões Gasosas

Evaporação do Combustível

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.

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

CONTROLE DE EMISSÕES

O controle de emissões pode ser dividido em:

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CONTROLE INTERNO AO MOTOR

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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,

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.

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

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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:

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Filtros simples com elementos de filtragem de papel ou papelão;

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Filtros de peneiras metálicas;

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Filtros de cartuchos constituídos por elementos de feltro, diatores etc.;

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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:

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Distribuição correta na câmara de combustão (posição do jato);

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Forma correta do jato;

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Boa mistura com o ar para que as gotículas de combustível queimem no momento exato;

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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.

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.

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.

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 vice-versa.

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.

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.

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.

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.

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 porta-injetor. O curso da agulha é limitado pela superfície plana entre a haste da agulha e o pino de pressão.

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?

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