CENTRO DE TREINAMENTO
Julho/2009 2 CENTRO DE TREINAMENTO MARCOSA S/A MÁQUINAS E
EQUIPAMENTOS
ELABORAÇÃO : Mateus Santos Oliveira
CATALOGAÇÃO NA FONTE (CT – MARCOSA SALVADOR)
CT – MARCOSA SALVADOR. CATERPILLAR ENGINES – C13, C18 e C32 : Salvador, 2009. 84f.: (REV 01)
CENTRO DE TREINAMENTO MARCOSA S/A BR Km 0 – Retiro Salvador – BA CEP 40330 – 730 Tel.: (71) 2107-7671 / 2107-7507 Fax. (71) 2107-7575 Site: www.marcosa.com.br E-mail: mateus.oliveira.@marcosa.com.br
Julho/2009 3 “Buscar a excelência na oferta de soluções em produtos e serviços, visando a satisfação e relacionamento duradouro com nossos clientes, colaboradores e
acionistas.”
“Ser reconhecida pela excelência na prestação de serviços e comercialização de máquinas e equipamentos no Nordeste brasileiro.”
Julho/2009 4
A MARCOSA
A Marcosa foi fundada em 1947, em Belém do Pará, por Mário Sarmanho Martin, pai do atual presidente, sob a denominação de Martin, Representações e Comércio S.A. - Marcosa, tendo sido pioneira, na região amazônica, na venda e distribuição de máquinas, veículos e aparelhos elétricos. Foi também uma
das primeiras empresas da região a fornecer grupos geradores para a eletrificação de inúmeras cidades e vilas da região; na área de veículos automotores, distribuiu ao longo dos anos marcas consagradas no mercado, tais, Pneus como Ford e Chevrolet Firestone, motores industriais MWM, Perkins e Scania, tendo granjeado na região excelente conceito comercial. Por conta disso, em 1948 foi escolhida pela Caterpillar Inc., dos Estados Unidos, para ser sua revenda exclusiva no Estado do Ceará e, em seguida, em diferentes épocas, teve sua área de atuação geográfica expandida aos estados do Rio Grande do Norte e Paraíba e, a partir de 1981, Pernambuco e Alagoas. Em abril de 1962, passou à denominação de Marcosa S.A.- Máquinas, Representações, Comércio e Indústria, refletindo as necessidades de adequação da empresa ao mercado da época.
A MARCOSA ATUAL
Em janeiro de 1975, a razão social foi alterada para Marcosa S.A. - Máquinas e Equipamentos, como um reflexo da definição da vocação da empresa para a área específica de equipamentos pesados, denominação essa que perdura até hoje. O controle acionário permanece ao longo dos anos com a família do Fundador, Mário Sarmanho Martin, hoje encabeçada por Carlos Turiano Meira Martin, cuja família detém 63% das ações com direito a voto e 70% do capital total. Durante seus 60 anos de atividade como revendedora Caterpillar no Nordeste, a Marcosa esteve intimamente ligada às principais grandes obras desta região, passando pela fase áurea do DNOCS-Departamento Nacional de Obras Contra as Secas, que construiu incontáveis açudes e barragens, além das estradas pioneiras através do DNER e do DAER, hoje DERT-Ce. A título de exemplos mais recentes, tivemos presença marcante no apoio ao consórcio que construiu a Hidrelétrica de Xingó, onde mantivemos filial por seis anos, na construção do Canal do Trabalhador, onde mantivemos 3 postos de atendimento ininterrupto; servimos na construção da Barragem Castanhão, Projeto de Irrigação Tabuleiros de Russas e Baixo Acaraú, Construção do novo Aeroporto Internacional de Fortaleza e Porto do Pecém, além da duplicação da BR 101 e BR232 em Pernambuco.
NOVA EXPANSÃO
A partir de fevereiro de 2003 , a Marcosa adquiriu, com o apoio da Caterpillar, o controle acionário da Bahema Equipamentos S/A, que detém a representação dos produtos Caterpillar nos estados da Bahia, Sergipe, Piauí e Maranhão. Desta forma, está sob a responsabilidade da Marcosa o atendimento aos usuários dos produtos CAT em todo o Nordeste do Brasil. Essa consolidação territorial trará as sinergias necessárias para que os serviços que temos prestado ao longo do tempo mantenham a qualidade que continue a satisfazer as expectativa s de nossos prezados clientes, razão principal da existência da Marcosa.
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1. HISTORIA DOS MOTORES CATERPILLAR ... 9
1.1ADÉCADA DE 1930 ... 9 1.2ADÉCADA DE 1940 ... 9 1.3ADÉCADA DE 1950 ... 10 1.4 ADÉCADA DE 1960 ... 10 1.5 ADÉCADA DE 1970 ... 11 1.6 ADÉCADA DE 1980 ... 12 1.7 ADÉCADA DE 1990 ... 12 1.8 CONTEMPLANDO O FUTURO ... 13
1.9FAMÍLIA DE MOTORES CATERPILLAR ... 14
2. TERMINOLOGIA DOS MOTORES CATERPILLAR ... 15
2.1TERMOS DAS LEIS DA MECÂNICA ... 15
2.1.1FRICÇÃO ... 15
2.1.2INÉRCIA ... 15
2.1.3FORÇA ... 15
2.1.4PRESSÃO ... 16
2.1.4.1 Geração da Pressão ... 16
2.2TERMOS DE POTÊNCIA DE SAÍDA ... 16
2.2.1TORQUE ... 16
2.2.2TORQUE COMO CAPACIDADE DE CARREGAR CARGA ... 17
2.2.3ACRÉSCIMO DE TORQUE ... 17 2.2.4POTÊNCIA ... 17 2.2.5CALOR... 18 2.2.6 TEMPERATURA ... 19 2.3 PROJETO DO MOTOR ... 19 2.3.1DIÂMETRO INTERNO ... 19 2.3.2 CURSO ... 19 2.3.3 CILINDRADA ... 20 2.3.4 RAZÃO DE COMPRESSÃO ... 20
3. COMPONENTES DO MOTOR CATERPILLAR ... 22
3.1 BLOCO DO MOTOR ... 22
3.1.1 BLOCO -O QUE ELE FAZ ... 24
3.2 CABEÇOTE DE CILINDRO... 25
3.2.1CABEÇOTE DE CILINDRO -O QUE ELE FAZ... 25
3.2.2 CABEÇOTE DE CILINDRO -SEDE DE VÁLVULAS ... 26
3.3 CAMISAS DE CILINDRO ... 26
3.3.1CAMISAS DE CILINDRO -ARREFECIMENTO ... 26
3.3.2 CAMISAS DE CILINDRO -CAMISAS SECAS ... 27
3.3.3 CAMISAS DE CILINDRO -BRUNIMENTO ... 27
3.4 PISTÕES ... 28
3.4.1 PARTES DE UM PISTÃO ... 29
3.4.2 PISTÃO -ÁREA SOB A COROA E GALERIA DE ARREFECIMENTO ... 30
Julho/2009 6
3.4.4 ANÉIS DE PISTÃO -O QUE ELES FAZEM ... 31
3.4.4.1 Anéis de Pistão - Ambiente de Operação ... 31
3.4.4.2 Anéis de Pistão ... 32
3.4.4.3 Tipos e Formas de Anel ... 33
3.4.4.3.1 Anéis de Compressão ... 33
3.4.4.3.2 Anel de Controle do Óleo ... 34
3.4.4.3.3 Mola Expansora... 34
3.4.4.3.4 Anel CCS ... 34
3.5 BIELA ... 35
3.5.1 BIELA -O QUE FAZ ... 35
3.5.2 BIELA FRATURADA ... 36 3.5.3 PARTES DA BIELA ... 37 3.6 VIRABREQUIM ... 39 3.6.1 PARTES DO VIRABREQUIM ... 40 3.6.2 MOENTE ... 40 3.6.3 FUROS DE ALIVIO ... 41 3.6.4 PASSAGENS DE ÓLEO ... 41 3.6.5 BRAÇO ... 42 3.6.6 CONTRAPESOS ... 42 3.6.7 MUNHÃO ... 43 3.6.8 CASQUILHOS OU BRONZINAS ... 43
3.6.9 MATERIAIS DOS CASQUILHOS ... 44
3.6.10 ARRUELA DE ENCOSTO ... 44
3.6.11 CASQUILHOS OU BRONZINAS DO MANCAL PRINCIPAL... 45
3.6.12 CONJUNTOS DE MANCAIS PRINCIPAIS ... 45
3.6.13 LUBRIFICAÇÃO DE MANCAL ... 45
3.6.14 FOLGA AXIAL ... 45
3.6.15 MANCAL DE ENCOSTO PRINCIPAL ... 45
3.7 CONJUNTO DO VOLANTE DO MOTOR ... 46
3.7.1 VOLANTE DO MOTOR ... 46
3.7.2 FUNÇÕES DO VOLANTE DO MOTOR ... 46
3.7.3 ENGRENAGEM ANELAR ... 47
3.8 AMORTECEDOR DE VIBRAÇÕES ... 47
3.8.1 TIPOS DE AMORTECEDORES DE VIBRAÇÃO ... 48
3.8.1.1 Amortecedores de Borracha ... 48
3.8.1.2 Amortecedores Viscosos ... 49
3.9 EIXO DE COMANDOS DE VÁLVULAS ... 50
3.9.1COMPONENTES DO EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS ... 50
3.9.2RESSALTOS DO EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS ... 50
3.9.3EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS -PARTES DE UM RESSALTO ... 51
3.9.4EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS -ELEVAÇÃO DO EXCÊNTRICO ... 51
3.9.5 EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS -FORMA DOS RESSALTOS ... 52
3.9.6 MANCAIS DO EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS ... 53
3.9.7 TUCHOS DE VÁLVULAS -SEGUIDORES DE ROLETE ... 53
3.9.8 TUCHO DE VÁLVULAS -MOVIMENTO DO SEGUIDOR DE ROLETE ... 53
3.9.9 TUCHO DE VÁLVULA -SEGUIDORES DE SAPATA ... 53
3.9.10 TUCHOS DE VÁLVULA -MOVIMENTO DOS SEGUIDORES DE SAPATA ... 54
3.10TREM DE VÁLVULAS ... 55
3.10.1 VÁLVULAS ... 56
3.10.2 VÁLVULA MOTOR C32(JRP) ... 56
3.10.3 BALANCIM ... 57
Julho/2009 7 3.10.5 PARTES DA VÁLVULA ... 58 3.10.6 GUIA DE VÁLVULAS ... 59 3.10.7 MOLA DE VÁLVULAS ... 60 3.10.8 FIXADORES DE VÁLVULAS ... 60 3.10.9 GIRADORES DE VÁLVULAS ... 60 3.10.10 FALHAS EM VÁLVULAS ... 61
4. FUNCIONAMENTO DO MOTOR CATERPILLAR ... 62
4.1 CONCEITOS BÁSICOS ... 62
4.2 APLICAÇÃO DOS MOTORES CATERPILLAR ... 63
4.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES CATERPILLAR ... 63
4.4 ACOMBUSTÃO ... 64
4.5 FATORES QUE CONTROLAM A COMBUSTÃO ... 64
4.6 CÂMARA DE COMBUSTÃO ... 65
4.7 COMPRESSÃO ... 65
4.8 TIPO DE COMBUSTÍVEL ... 65
4.9 DESENVOLVIMENTO DE COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS ... 66
4.10 QUANTIDADE DE COMBUSTÍVEL ... 66
4.11 PROCESSO DE COMBUSTÃO DOS MOTORES DIESEL ... 66
4.12PROCESSO DE COMBUSTÃO DE MOTORES A GASOLINA ... 67
4.13 TRANSMISSÃO DE ENERGIA TÉRMICA ... 67
4.14 MOVIMENTO ROTATIVO E ALTERNATIVO ... 68
4.15 OS QUATRO TEMPOS DO MOTOR CATERPILLAR ... 68
4.15.1 CURSO DE ADMISSÃO ... 68
4.15.2 CURSO DE COMPRESSÃO ... 69
4.15.3 CURSO DE POTÊNCIA ... 69
4.15.4 CURSO DE ESCAPE ... 69
4.15.5 FINAL DO CICLO DE QUATRO TEMPOS ... 70
4.16 MOTORES DIESEL NÃO NECESSITAM DE CENTELHA ... 70
4.17 PROJETO DA CÂMARA DE COMBUSTÃO DE MOTORES DIESEL ... 70
4.18 OS MOTORES DIESEL PODEM REALIZAR MAIS TRABALHO ... 71
4.19 OS MOTORES DIESEL USAM MAIS EFICIENTEMENTE O COMBUSTÍVEL ... 71
4.20 RAZÃO DE COMPRESSÃO ... 71
4.21 MOTORES COM IGNIÇÃO POR CENTELHA ... 71
4.22 MOTORES A GÁS CATERPILLAR ... 72
5. SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR E ESCAPE ... 73
5.1 COMPONENTES ... 73 5.2 FUNCIONAMENTO ... 73 6. SISTEMA DE ARREFECIMENTO ... 75 6.1COMPONENTE ... 76 6.2 FUNCIONAMENTO ... 76 6.3 AQUECIMENTO EXCESSIVO ... 77 6.4 O ELC ... 78 7. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO... 79
Julho/2009 8 7.1 COMPONENTES ... 79 7.2 FUNCIONAMENTO ... 80 8. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL ... 82 8.1 COMPONENTES ... 82 8.2 BOMBA DE TRANSFERÊNCIA ... 83 8.3 OECM ... 84
8.3.1 REGULAGEM E FORNECIMENTO DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL ... 85
8.4 SENSORES ... 85
8.5 SOLENÓIDES ... 85
8.6 FUNCIONAMENTO ... 86
8.6.1 MECANISMO DA UNIDADE INJETORA (MEUI) ... 86
8.6.2 UNIDADE INJETORA ... 87
8.6.2 UNIDADE INJETORA ... 87
8.5.2 OPERAÇÃO DA UNIDADE INJETORA ELETRÔNICA ... 87
8.6.3 PRÉ-INJEÇÃO ... 88
8.6.4 INJEÇÃO ... 89
8.6.5 FIM DE INJEÇÃO ... 90
8.6.6 ABASTECIMENTO ... 91
9. SISTEMA DE CARGA E PARTIDA ... 92
9.1 SISTEMA DE CARGA ... 92
9.1.1 COMPONENTES DO ALTERNADOR ... 92
9.1.2 FUNCIONAMENTO ... 93
9.2 SISTEMA DE PARTIDA ... 94
9.2.1 COMPONENTES DO MOTOR DE PARTIDA ... 94
9.2.2 SOLENÓIDE DE PARTIDA ... 95
9.2.3FUNCIONAMENTO ... 95
10. MOTOR C13 ... 96
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1. Historia dos Motores Caterpillar
Durante mais de 75 Anos. Os Motores Caterpillar tem fornecido potência para maquinas e sistemas que mudaram e melhoraram nosso mundo”.
1.1 A Década de 1930
O primeiro Motor Diesel Caterpillar produzido foi o D9900, fabricado em outubro de 1931.O primeiro protótipo D9900 cognominado “ Old Betsy ”, atualmente esta exposto no Smithsonian Institute’s National Museu of America History em Washington, D.C. Também durante esse periodo, a Caterpillar começou a fabricar o seu próprio sistema de combustível. A Caterpillar tornou-se o primeiro fabricante americano de motores diesel a produzir em massa equipamentos de injeção de combustível pré-calibrados.
1.2 A Década de 1940
Em 1939, a Caterpillar foi o primeiro fabricante a vender e fazer manutenção e reparos do seu próprio grupo gerador completo, com motor e gerador combinados. Alem disso, em 1939, a Caterpillar introduziu motores diesel projetados especificamente para o uso em caminhões. Durante a Segunda Guerra Mundial, a produção da companhia passou a atender demandas militares. Depois da Guerra , a Caterpillar começou a expandir a sua linha de motores diesel.
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1.3 A Década de 1950
Os Motores Caterpillar começaram a ser desenvolvidos na década de 1950. A Caterpillar criou linhas separadas para motores marítimos e grupos geradores, e desenvolveu novos acessórios. Em meados da década de 1950, a Caterpillar ofereceu o seu primeiro turboalimentador e radiador. Mais tarde, introduziu o motor de cilindros em linha D353, o primeiro de uma nova família de motores com cilindros 6,5 polegadas de diâmetro interno. Durante a década de 1950, a
Caterpillar também introduziu uma família de transmissões marítimas. Em 1959, a fábrica de Motores Industriais em Mossville, Ilinois, começou a produzir e adicionou 544.000 pés quadrados para atender as demandas de produção de motores.
1.4 A Década de 1960
No inicio da década de 1960, a Caterpillar introduziu a segunda linha de motores com cilindros de 6,25 polegadas de diâmetro interno, o V8 D379, destinado a campos petrolíferos e produzido durante mas de 30 anos. Em seguida, vieram o motor de caminhão 1673 e o motor 1676 de excêntricos duplos sobre o cabeçote. Durante a primeira metade da década, introduziu-se o motor 1693. Este motor é o predecessor do 3406. O 1674 com um excêntrico duplo sobre o cabeçote também apareceu nesta década. A família de
motores s com cilindros de 5,4 polegadas de diâmetro interno foi introduzida ao final desta década. O motor D343 com 6 cilindros em linha foi muito usado numa variedade de aplicações.
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1.5 A Década de 1970
Nos primeiros anos desta década, a Caterpillar introduziu a família de motores 3300 para as configurações industriais móvel e marítima. Um ano mais tarde, a família de motores 3400 foi introduzida. Essa família consistia em motores de 6 cilindros em linha e motores V8 e V12. Eles foram usados em aplicações de caminhões, marítimas, industriais e de grupo geradores.
Durante esta década, as instalações de fabricação expandiram-se rapidamente para atender a demanda. Novas versões de potência do motor 3208 de faixa intermediaria e do motor 3408 de serviço pesado explodiram significativamente as oportunidades de vendas em aplicações de caminhões e ônibus. A alta demanda levou a expansão e modernização da fundição de Mapleton.
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1.6 A Década de 1980
A produção da família 3600 de motores diesel começou oito anos depois de a Caterpillar decidir aceitar os riscos envolvidos no desenvolvimento de motores diesel muito grandes. A família 3600 teve os maiores motores diesel projetados na America do Norte desde a década de 1960 e os maiores que a Caterpillar produziu .
O Controle de Motor Eletrônico programável (PEEC) 3406B foi apresentado no meio da década. Este desenvolvimento teve o primeiro uso comercial de sistemas eletrônicos sofisticados na operação de motores diesel. Quase no final da década de 1980, a Caterpillar adicionou o Motor Diesel 3176 de Serviço Pesado de Caminhão. O 3176 estabeleceu novos padrões de desempenho, economia e baixas emissões.
Durante a década de 1980, também iniciou-se o desenvolvimento de uma família de motores diesel de pequena cilindrada, resultando na introdução da família de motores de 1,1 litros de 4 e 6 cilindros. Durante a década de 1980, a Caterpillar também começou a fornecer componentes de sistema de combustível á Navistar International Corporation.
1.7 A Década de 1990
Em 1992, a Divisão de Motores da Caterpillar lançou o sistema de injeção por unidade eletrônica Acionada Hidraulicamente (HEUI), até hoje o avanço mais significativo em tecnologia de sistema de combustível.
Julho/2009 13 Esse sistema trouxe reduções dramáticas em ruído e emissões, melhorou a economia de combustível e aumentou o desempenho dos motores, porque a operação do injetor independe da rotação do motor.
Em meados da década de 1990, a Caterpillar expandiu as linhas de produtos de caminhão, gerador e propulsão marítima. Em 1995, a Caterpillar apresentou a avançada família de Energia Elétrica PS2000.
As versões de propulsão marítima dos motores 3176B e 3406E, de comprovado desempenho foi lançada em 1996. Em 1997, foram introduzidos os motores C-10 e C-12 de serviço pesado para caminhões rodoviários.
Alem dos esforços internos para melhorar a seleção, qualidade e valor do produto, a Caterpillar também se associou com fontes externas. Em 1997, a Caterpillar adquiriu a MaK, um fabricante alemão, e entrou num empreendimento conjunto com a F.G. Wilson. Em 1998, a Caterpillar adquiriu a Perkins, da Inglaterra, e a kato, estabelecida em Minnesota. Juntos esses investimentos permitiram à Caterpillar produzir 60.000 grupos geradores no ano 2000, elevando para 300.000 o numero de unidades em operação no mundo inteiro. Como líder mundial no fornecimento de energia elétrica para a Internet, nós fornecemos 1.000 megawatts para centros de dados (potência suficiente para 500.000 lares americanos).
1.8 Contemplando o Futuro
Eletrônica, química, física, metalurgia e outras áreas de estudo são parte de extensa e continua pesquisa na Caterpillar. A meta da Caterpillar é a inovação continua no desenvolvimento de motores, que proporciona aos usuários desempenho, eficiência e valor inigualável. Desta forma a presença da eletrônica, por exemplo , nos motores é fundamental, os microprocessadores utilizados nos sistema eletrônicos proporcionam redução no consumo de
combustível, melhor desempenho e mais facilidade da operação e na manutenção do motor.
Julho/2009 14 Estão sendo desenvolvidos também novos materiais para tornar os motores mais leves e em paralelo estão sendo explorados combustíveis alternativos para reduzir os custos de operação e os níveis de emissão.
1.9 Família de Motores Caterpillar
A Caterpillar oferece uma das mais amplas e modernas linhas de produtos no mundo. Varias famílias de motores diesel e de motores de ignição por centelha estão disponíveis com classificação de potência que vão de 5 até 14.000 hp (15 até 7.200 KW).
A Caterpillar e o seu pessoal produzem motores que satisfazem a uma ampla diversidade de necessidades de potência do mundo, tais como: caminhões rodoviários, navios, embarcações, locomotivas e equipamentos de movimentação de terra, construção e manipulação de materiais.
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2. Terminologia dos Motores Caterpillar
Ha três categorias principais de terminologia neste tópico, termos que descrevem as leis da mecânica, termos de potência de saída e termos relativos ao motor e à eficiência térmica.
2.1 Termos das Leis da Mecânica
Descrevem o movimento de objetos e os efeitos do movimento. Eis uma breve definição de cada um dos termos.
2.1.1 Fricção
Fricção é a resistência ao movimento entre duas superfícies em contato mutuo. Por exemplo, existe fricção entre o pistão e a parede do cilindro, quando o pistão se move para cima e para baixo. A fricção produz calor, que é um dos fatores que mais causam desgaste e danos aos componentes.
2.1.2 Inércia
Inércia é a tendência de um objeto em repouso permanecer em repouso, ou de um objeto em movimento permanecer em movimento. O motor usa força para superar a inércia.
2.1.3 Força
Força é um empuxo ou uma tração que inicia, para ou muda o movimento de um objeto. Durante o curso de potência, é criada uma força pela combustão. Quanto maior for a força gerada pela combustão, maior será a potência produzida.
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2.1.4 Pressão
Pressão é uma medida da força exercida por unidade de área. Durante o ciclo de quatro tempos, uma considerável pressão é produzida na parte superior do pistão nos cursos de compressão e de potência.
2.1.4.1 Geração da Pressão
Há três modos de gerar uma pressão: • Aumentar a temperatura;
• Diminuir o Volume; • Restringir o fluxo;
Muitos sistemas e componentes dos motores de combustão interna operam sob pressões especificas. O conhecimento e a medição de pressões especificas em varias parte do motor, pode fornecer uma grande quantidade de informações sobre a saúde global do motor.
2.2 Termos de Potência de Saída
A potência do motor é descrita de acordo com a quantidade de certas características. Os termos seguintes definem essas características:
2.2.1 Torque
Torque é uma força de giro ou de torção. Um virabrequim exerce um torque para forçar o volante de um motor ou de um conversor de torque ou até mesmo outros dispositivos mecânicos.
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2.2.2 Torque como Capacidade de Carregar Carga
O torque é também uma medida da capacidade de carga do motor. A formula para o torque é:
2.2.3 Acréscimo de Torque
O acréscimo de torque é um aumento no torque, que ocorre quando um motor esta sobrecarregado e diminui sua RPM até um valor abaixo da RPM nominal. Esse aumento de torque ocorre até que uma certa rpm seja atingida, e apos isso o torque cai rapidamente. O Máximo torque atingido é denominado torque Máximo. Quando um motor começa a sobrecarregar-se e a RPM diminui, o torque ou a potência aumenta, de modo que o motor possa manter a sua rotação. Legenda: TR = Acréscimo de Torque HP + T = Potência e Torque TC = Curva de Torque HC = Curva de Potência PT = Torque Máximo RT = Torque Nominal
2.2.4 Potência
Potência é uma classificação dada ao motor que descreve a quantidade de trabalho de saída num período de tempo, ou a velocidade de produção de trabalho.
Julho/2009 18 As duas especificações mais comuns de potência do motor são a potência liquida e a potência no freio ou no volante no motor. A potência liquida é medida no pistão, antes de ser usada para mover peças como o virabrequim e o turboalimentador.
A potência no freio é a potência utilizável, disponível para realizar trabalho no volante do motor. A potência no freio é a menor que a potência verdadeira, porque alguma energia é usada para mover os próprios componentes do motor.
A formula para a potência é:
São fatores que influenciam da potência do motor: • Temperatura do ar
• Temperatura do combustível • Pressão Barométrica
• Umidade
• Índice de Calor do combustível
A potencia total atualmente desenvolvida sobre os pistões é maior do que a medida no volante do motor. Esta diferença é devido ao fato de parte da
potência do motor ser utilizada para superar a fricção nos mancais, pistões, anéis, etc. bem como também, acionar os sistemas satélites do motor tais como: sistema de combustível, sistema de lubrificação e a bomba d'água. Esta diferença entre as potências medidas no pistão e no volante do motor são determinadas em testes de laboratório.
2.2.5 Calor
Calor é uma forma de energia produzida pela combustão do combustível. A energia térmica é convertida em energia mecânica pelo pistão e outros componentes do motor, para produzir potência adequada para trabalho.
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2.2.6 Temperatura
Temperatura é uma medida do estado relativo de frio ou calor de um objeto. Ela é geralmente medida na escala Fahrenheit ou na escala Celsius.
2.3 Projeto do Motor
O projeto do motor afeta o desempenho do motor e a eficiência de varias maneiras.
2.3.1 Diâmetro Interno
Diâmetro interno é o diâmetro interior do cilindro, medido em polegadas ou em milímetros. O diâmetro interno do cilindro determina o volume de ar disponível para combustão. Mantendo-se constantes os demais fatores, quanto maior o diâmetro interno, maior a potência do motor.
2.3.2 Curso
Curso é a distancia que o pistão percorre no cilindro a partir do seu ponto mais alto, o ponto morto superior (TDC), até o ponto mais baixo, o ponto morto inferior (BDC).O comprimento do curso é determinado pelo projeto do virabrequim. Um curso mais longo aspira mais ar para o cilindro, gerando mais potência durante a combustão.
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2.3.3 Cilindrada
Cilindrada é o volume total de ar que o pistão desloca quando se move do Ponto Morto Inferior (BDC) para o Ponto Morto Superior (TDC). Isso determina a quantidade de ar e combustível que o motor pode queimar. Quanto maior a cilindrada, mais potente é o motor.
2.3.4 Razão de Compressão
Razão de Compressão expressa o quanto de ar esta sendo comprimido. A razão de compressão de um motor é uma comparação do volume total da câmara de combustão, quando o pistão esta na parte mais baixa do seu curso, com o volume quando o pistão esta no ponto mais alto do seu curso. A razão de compressão é um numero determinado.
Contudo, a compressão é a força ou a pressão no cilindro. A compressão pode mudar, pois qualquer vazamento de ar que ocorrer na câmara de combustão, tais como: escapamento por guias de válvula desgastadas ou por anéis de pistão desgastados, diminuirá a compressão no cilindro.
Julho/2009 21 O combustível diesel entra em ignição devido ao calor gerado pela compressão. Se o motor diesel não tiver a compressão adequada, devido a anéis ou guias de válvula desgastados, o combustível não se queimará completamente, resultando numa perda de eficiência. Uma compressão inadequada também torna difícil dar partida no motor. Uma razão de compressão típica de um motor diesel é 16:1.
Por exemplo se o volume máximo do cilindro for 160 pol3 e o volume mínimo do cilindro for 10 pol3, então de acordo com a formula:
160/10 = 16 A razão de compressão é 16:1 (16 para 1)
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3. Componentes do Motor Caterpillar
O motor Caterpillar possui diversas peças, cada peça possui uma função que é particular do sistema que ela faz parte. Podemos classificá-las como: partes moveis, partes fixas e acessórios. São exemplo de partes moveis: bloco de cilindros, cabeçote e Carter. São exemplos de peças moveis: pistão, biela e virabrequim. São exemplos de acessórios: mangueiras, suportes, tubos etc.
3.1 Bloco do Motor
O bloco do motor é uma estrutura que apóia todos os componentes de um motor Caterpillar. Ele suporta o virabrequim, os pistões, as bielas e outros componentes em um preciso alinhamento.
Julho/2009 23 O bloco também contém o liquido arrefecedor e o óleo para o motor, e fornece um lugar para fixar componentes externos, como a bomba d'água e o filtro de óleo. Os blocos de cilindro Caterpillar são de ferro fundido cinzento para suportar tensões, calor e vibração.
1 SEAL-LINER 2 SEAL-LINER 3 CYLINDER BLOCK AS 4 LINER-CYLINDER 5 BAND-FILLER (130.2-MM ID) 1 CYLINDER BLOCK AS 2 LINER-CYLINDER 3 BAND-FILLER (130.2-MM ID) 4 SEAL-LINER 5 SEAL-LINER 6 SEAL-LINER
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3.1.1 Bloco - O que Ele faz
O bloco tem quatro funções principais:
1) Arrefecimento - Passagens de água dentro do bloco fornecem um fluxo de liquido arrefecedor em torno de cada furo de cilindro, através da face voltada para a chama e para dentro do cabeçote de cilindro.
2) Lubrificação - Passagens de óleo perfuradas através de todo o bloco fornecem óleo para lubrificar todas as peças do motor.
3) Suporte – É justamente no bloco onde esta a maior parte das peças que compõem o motor diesel, ele suporta todas elas de forma organizada. 4) Estabilidade - Os blocos mantém sua forma e tamanho sob uma
variedade de temperaturas e cargas.
1 PLUG-CUP 2 SEAL-LINER 3 LINER-CYLINDER 4 CYLINDER BLOCK AS
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3.2 Cabeçote de Cilindro
Em motores com um projeto de cilindros em linha, o cabeçote de cilindro é uma peça única, que se fixa no topo do bloco de cilindros. Motores em "V" e alguns motores em linha maiores usam dois cabeçotes de cilindro ou múltiplos cabeçotes de cilindro.
Por exemplo, os motores Caterpillar das series 3500 e 3600 tem um cabeçote por cilindro.
O cabeçote de cilindro realiza as seguintes funções:
- Forma a superfície superior de vedação da câmara de combustão.
- Dissipa o calor quando o liquido arrefecedor flui através das passagens internas de água.
- Dirige o ar de entrada e os gases de escape para dentro e para fora da câmara de combustão, respectivamente.
- Apóia as válvulas e os injetores
3.2.1 Cabeçote de Cilindro - O que Ele faz
O Cabeçote controla:
• Os gases da combustão e o fluxo de gás dentro do motor. • O fornecimento de combustível
Julho/2009 26 O cabeçote tem que ser suficientemente rígido para vedar o bloco no cabeçote, mediante a aplicação de pressão na junta do cabeçote. O cabeçote também sustenta as válvulas e o trem de válvulas, assegurando que operem coerentemente e confiavelmente.
3.2.2 Cabeçote de Cilindro - Sede de Válvulas
Em muitos Cabeçotes de cilindro, a sede da válvula é reforçada por uma inserção.
A inserção é freqüentemente um encaixe por contração no cabeçote e é muito difícil de desgastar-se.
3.3 Camisas de Cilindro
Camisas formam as paredes da câmara de combustão. O cabeçote de cilindro e as válvulas formam a parte superior da superfície da câmara, e o pistão e os anéis formam a parte inferior da superfície.
O pistão e os anéis deslizam para cima e para baixo na parede do cilindro, sobre uma fina película de óleo. A vedação firme entre o anel de pistão e a parede do cilindro isola a câmara de combustão da parte inferior do motor.
3.3.1 Camisas de Cilindro - Arrefecimento
As camisas de Cilindro são arrefecidas por contato direto com o liquido arrefecedor que flui em torno da superfície externa. Elas são mantidas no bloco pelo flange superior (ou apoiadas no meio) e pela área do anel retentor inferior.
Julho/2009 27 Como as camisas não são apoiadas pelo bloco ao longo de todo o seu comprimento, elas tem paredes grossas para resistirem as forças da combustão.
Em motores sem camisas, os furos de cilindro são arrefecidos pelo liquido arrefecedor que flui através das passagens internas no bloco em torno dos furos de cilindro.
3.3.2 Camisas de Cilindro - Camisas Secas
Para recuperar motores sem camisa, usam-se camisas secas quando o motor é recondicionado. Durante a revisão, o diâmetro interno do cilindro é usinado , com uma medida ligeiramente maior que a camisa seca. Depois a camisa seca é colocada sob pressão no interior do cilindro.
Elas são denominadas "camisas secas" porque o arrefecimento ocorre indiretamente: o liquido arrefecedor não entra diretamente em contato com a superfície da camisa.
3.3.3 Camisas de Cilindro - Brunimento
As camisas devem possuir um Brunimento hachurado uniforme com o objetivo de assegurar uma distribuição correta do óleo sobre a superfície interna da camisa, para um adequado assentamento e lubrificação dos anéis, a fim de evitar o roçamento do anel da camisa.
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3.4 Pistões
A função principal do pistão é transferir a energia da combustão ao virabrequim na forma de potência mecânica. Ele também age como uma bomba no cursos de admissão e de escape, para aspirar ar para a câmara de combustão e expelir os gases de escape.
O pistão se ajusta dentro de cada camisa de cilindro e move-se para cima e para baixo durante a combustão. A parte superior do pistão forma a parte inferior da câmara de combustão.
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3.4.1 Partes de um Pistão
O pistão é feito de muitas partes, são elas:
• A coroa (ou primeiro ressalto) é a parte superior do pistão onde a combustão ocorre.
• O Bujão Térmico (encontrado em motores mais antigos), dissipa o calor proveniente da coroa e protege a coroa de alumínio do calor da combustão.
• As canaletas dos anéis retém os anéis de compressão e controle de óleo.
• O furo do pino contem um pino que conecta o pistão a biela.
• O anel de retenção mantém o pino do pistão dentro do furo do pino. • A saia (também conhecida como sai do pistão) contem o furo para o pino
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3.4.2 Pistão - Área sob a Coroa e galeria de Arrefecimento
Há uma área sob a coroa(1) no lado interno do pistão.
Alguns pistões contem galerias de arrefecimento de óleo(2) dentro da coroa do pistão que não podem ser vistas.
3.4.3 Tipos de Pistão
Os pistões Caterpillar são construídos usando-se uma variedade de métodos.
• Coroa de Alumínio fundida com uma saía de de alumínio forjada, soldada por feixe de elétrons.
• Composta: uma coroa de aço com e uma saia de alumínio forjada, parafusadas uma na outra.
• Articulada: coroa de aço forjada com furos de pino e buchas, e uma saia separada de alumínio fundida. As duas partes são mantidas juntas por um pino de pistão. Esse pistão de duas partes é necessário em motores com alta potência de saída e cilindros de alta pressão.
• Pistão de alumínio fundido inteiriço: uma cinta de ferro carrega os anéis do pistão.
Os pistões devem ser fortes, leves e bons condutores de calor. Os pistões Caterpillar são usinados precisamente em forma oval. Durante a operação do motor, o calor faz o pistão expandir-se da forma oval para uma forma circular, para haver um bom contato concêntrico dos anéis do pistão com a superfície da camisa do cilindro.
Esse projeto proporciona excelente controle do óleo e combustão eficiente. Os pistões Caterpillar tem um relevo especial usinado no
lado, na área do furo do pino, onde as tensões se concentram. Isso permite uma folga para o pino do pistão fletir-se sob cargas altas sem prender-se no furo.
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3.4.4 Anéis de Pistão - O que eles fazem
Os anéis de pistão realizam duas funções:
A primeira função é a de prover um retentor de gases entre o pistão e o diâmetro interno do cilindro. Criando um retentor de gases, os anéis de pistão asseguram que a razão de compressão ótima seja conseguida e que toda a potência criada pela combustão seja transferida ao virabrequim.
A segunda função dos anéis do pistão é controlar o fluxo de óleo. O conjunto de anéis deve permitir que o óleo atinja o anel superior que arrasta o óleo para baixo, afim de lubrificar os outros anéis. Os anéis também evitam que o óleo passe para dentro da câmara de combustão.
3.4.4.1 Anéis de Pistão - Ambiente de
Operação
Em um motor diesel moderno, as pressões podem atingir 2.000 psi numa temperatura continua de 300 graus Celsius ( 572 Fahrenheit ).
Os anéis do pistão tem que controlar a espessura da película de óleo no diâmetro interno do cilindro num valor menor que 0,002 mm.
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3.4.4.2 Anéis de Pistão
Todos os pistões Caterpillar tem três anéis de pistão, exceto alguns pistões da serie 3200, que tem somente dois.
Os anéis superiores são os anéis de compressão. Eles vedam os gases da combustão na câmara de combustão.
O anel inferior é o anel de controle do óleo. Ele controla a quantidade e a espessura de óleo na superfície da camisa do cilindro.
Todos os anéis de pistão ficam localizados acima do furo do pino do pistão. O óleo retorna ao Carter do motor através dos furos na ranhura do anel de óleo.
Os anéis do pistão Caterpillar são feitos de um ferro dúctil, forte mas flexível, e são tratados termicamente para terem maior resistência.
Alem disso, os anéis do pistão Caterpillar são revestidos com cromo ou plasma como material de desgaste, o que esta muito acima do padrão da indústria e provê vida útil excepcionalmente longa sob desgaste.
Os motores da serie 3400 usam anéis revestidos por plasma, que resistem ao roçamento mesmo que a potência do motor seja aumentada.
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3.4.4.3 Tipos e Formas de Anel
Há dois tipos de anéis de pistão: • Anéis de compressão; • Anéis de óleo ;
Os anéis do pistão são de seção trapezoidal ou retangular, com uma faze de contato cilíndrica, cônica ou chata que é revestida com um material duro, resistente ao desgaste. Os anéis superiores tem um revestimento duro de cromo ou molibdênio, enquanto os anéis intermediários são geralmente revestidos com cromo.
A maioria dos anéis intermediários tem um degrau cortado no lado interno, gerando um anel raiado. (O termo "anel intermediário" se refere simplesmente aos anéis de pistão que estão entre os anéis superiores e inferiores).
3.4.4.3.1 Anéis de Compressão
Os anéis de compressão vedam a parte inferior da câmara de combustão, para evitar que os gases da combustão escapem pelos pistões.
Os anéis de compressão Caterpillar (os superiores e os do meio) tem uma marca de testemunho (que se parece com uma linha) na face de desgaste. A marca de testemunho é o resultado
Julho/2009 34 de um teste de qualidade realizado em cada anel de pistão Caterpillar. Ela prova que o anel esta perfeitamente circular e que fará uma vedação correta e um controle correto e constante do óleo.
3.4.4.3.2 Anel de Controle do Óleo
Há geralmente um anel de controle do óleo abaixo dos anéis de compressão. Os anéis de controle do óleo lubrificam as paredes da camisa do cilindro quando o pistão se move para cima e para baixo. A película de óleo reduz o desgaste na camisa do cilindro e no pistão.
3.4.4.3.3 Mola Expansora
Atrás do anel de controle de óleo esta uma mola expansora que ajuda a manter uma película uniforme de óleo na parede do cilindro.
3.4.4.3.4 Anel CCS
Este é um anel feito com varias camadas de revestimento duro de cromo, o qual tem partículas de cerâmica incrustadas nas micro-tricas do cromo. Quando os anéis CCS de pistão são usados, o desgaste normal do cromo expõe novas partículas de cerâmica. Os anéis CCS proporcionam melhores propriedades de resistência á fadiga térmica, ao
roçamento e a desprender lascas do que os anéis de cromo duro convencionais.
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3.5 Biela
3.5.1 Biela - O que faz
A biela fixa o pistão no virabrequim. Ela transforma o movimento do pistão para cima e para baixo no movimento rotativo do virabrequim.
Uma mancal (ou bucha) ajustada sob pressão é usada na extremidade do furo do pino do pistão, de modo que a biela possa girar livremente em torno do pino do pistão.
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3.5.2 Biela Fraturada
A superfície da biela fraturada é irregular desta forma ajuda a localizar a extremidade e a capa da biela, eliminando a necessidade de um pino guia de localização. Esta biela é capaz de aceitar cargas mais altas, devido a superfície de contato esta perfeitamente ajustada.
A extremidade da Biela que conecta ao Virabrequim consistem em duas peças: biela e a capa parafusada da biela. Os mancais são usados aqui para fornecerem uma boa superfície de desgaste entre a biela e o virabrequim.
As bielas Caterpillar são forjadas para terem alta resistência e resiliência. Elas são endurecidas e usinadas com tolerâncias severas para assegurar retidão, peso correto, alinhamento e para manterem os mancais firmemente no lugar durante a operação.
Durante a montagem do motor, é gravado um numero na extremidade da biela e de sua respectiva capa, para mostrar que essas duas peças formam um par e que foram usinadas juntas.
Durante a revisão do motor, essas peças sempre devem ser usadas juntas como um par.
A biela tem uma conicidade na extremidade do furo do pino. Isso dá a biela mais uma resistência nas áreas mais carregadas.
Dois parafusos retém a capa da biela na biela. Esse projeto minimiza a largura da biela, de modo que ela possa ser removida através do cilindro para facilitar a manutenção.
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3.5.3 Partes da Biela
As bielas conectam o pistão ao virabrequim. Pode-se ouvir o termo "haste de ocular", que se refere á forma cônica da extremidade do furo do pino de uma biela Caterpillar. Como discutido anteriormente, essa conicidade dá a biela e ao pistão mais resistência nas áreas mais carregadas.
Há varias partes numa biela: 1) Olhal da Biela
2) Bucha do Pino do pistão 3) Haste
4) Capa 5) Parafusos
6) Mancais da Biela
O olhal da biela contém a bucha do pino do pistão. A bucha do pino do pistão esta dentro do olhal da biela. As buchas são um tipo de mancal que distribui a carga e podem ser substituídas quando se desgastam.
A haste aumenta o comprimento da biela. Ela tem uma forma de viga em I para possuir resistência e rigidez.
Julho/2009 38 O furo do virabrequim e a capa estão na
extremidade grande da biela. Eles cercam o munhão do mancal do virabrequim e fixam a biela no moente do virabrequim.
O parafuso e a porca da biela prendem a biela e a capa no virabrequim. Esta parte da biela é chamada de extremidade de manivela da biela ou extremidade grande da biela.
Os mancais da biela estão na extremidade de manivela da biela. O virbrequim gira dentro dos mancais da biela que sustentam a carga.
A metade superior do mancal da biela ajusta-se na parte superior da biela. A outra metade ajusta-se na capa e é chamada de meia capa inferior. Geralmente, a meia capa superior sustenta mais carga.
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3.6 Virabrequim
O pistão e a biela acionam o virabrequim, que por sua vez aciona o volante do motor e outros componentes.
Em outras palavras, o virabrequim transforma as forças de combustão no cilindro em torque utilizável de rotação, o qual dá potência ao equipamento.
O virabrequim esta apoiado no bloco do motor através de mancais principais. Esses mancais e os mancais de biela são lubrificados por óleo que flui através de passagens perfuradas no bloco e no virabrequim.
Um mancal de encosto evita um movimento excessivo de extremidade para extremidade do virabrequim.
Os virabrequins devem ser extremamente fortes e balanceados. As superfícies dos moentes precisam ser tratadas termicamente para aumentar a dureza da superfície e devem ser usinadas muito lisas para proporcionarem longa vida e reutilização sob desgaste.
Os moentes em virabrequins Caterpillar são endurecidos acima de Rv 40 e polidos com um acabamento de 5 micropolegadas.
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3.6.1 Partes do Virabrequim
O virabrequim transfere o movimento alternativo do pistão num movimento rotativo que é usado para realizar trabalho.
Há muitas partes no virabrequim, são elas: 1. Moente
2. Contrapesos 3. Munhão
4. Braço de Manivela (Braço).
Os virabrequins de motores em linha geralmente tem somente um moente para cada cilindro, enquanto que nos motores em "V" dois cilindros compartilham um único moente.
3.6.2 Moente
Os moentes determinam a posição dos pistões. Quando os moentes estão para cima, os pistões estão no ponto motor superior.
Julho/2009 41 Quando os moentes estão para baixo, os pistões estão no ponto morto inferior. A ordem de queima do motor determina quando cada moente chega ao ponto morto superior.
3.6.3 Furos de Alivio
Alguns moentes e braços tem furos de alivio para reduzir o peso do virabrequim e ajudar a balanceá-lo.
3.6.4 Passagens de óleo
O virabrequim tem furos de óleo para levar o óleo dos mancais principais para os moentes.
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3.6.5 Braço
Os munhões (1) e os moentes(2) são mantidos juntos por braços (3). O raio entre o braço e moente é denominado raio de concordância (4) ou filete.
3.6.6 Contrapesos
Alguns braços tem
contrapesos para ajudar a balancear o virabrequim. Esse contrapesos podem ser parte do forjamento do virabrequim ou, em alguns casos parafusados.
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3.6.7 Munhão
Os virabrequins devem ser extremamente fortes e balanceados. Os virabrequins possuem munhões que através dos mancais principais do bloco são apoiados no bloco.
3.6.8 Casquilhos ou Bronzinas
Os casquilhos,ou bronzinas afetam as emissões e o desempenho do motor. A Caterpillar oferece casquilhos, ou bronzinas, projetados para requisitos específicos do motor. Os casquilhos Caterpillar tem uma espessura de parede uniforme e uma altura de esmagamento precisa para assegurar adequada folga e adequado fluxo de óleo.
Espessuras de parede subdimencionadas podem criar pressões de operações de óleo mais baixas, podendo resultar num maior risco de contato de metal com metal.
Julho/2009 44
3.6.9 Materiais dos Casquilhos
Alguns Casquilhos são feitos de varias camadas de material, incluindo: • O suporte de aço, que constitui aproximadamente 90% da espessura do
mancal e dá resistência ao mancal. Outras camadas incluem:
• Materiais de alumínio ou de liga cobre/chumbo.
• Camada de união de cobre, usada para unir as camadas de chumbo-estanho e alumínio.
• Revestimentos de chumbo-estanho com uma metalização de estanho, que protege a camada de alumínio do mancal, incrustando pequenas partículas e proporcionando uma superfície escorregadia durante períodos de lubrificação mínima.
3.6.10 Arruela de Encosto
Este é um munhão principal.. Este possui paredes laterais retificadas, que funcionam como um encosto. Este encosto trabalha tem a função de limitar o movimento para frente e para trás do virabrequim, denominado jogo axial.
O Virabrequim gira dentro dos mancais principais que são fixados firmemente nos furos localizados na parte inferior do bloco.
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3.6.11 Casquilhos ou Bronzinas do Mancal Principal
Há duas metades para cada mancal principal, denominadas casquilhos (ou bronzinas). O casquilho inferior se encaixa na capa do mancal principal e o casquilho superior se ajusta no mancal principal no bloco. Geralmente, o casquilho inferior suporta mas carga.
3.6.12 Conjuntos de Mancais principais
Os mancais principais consistem nos furos de mancal principal no bloco do motor, nas capas de mancais principais que são fixadas com parafusos prisioneiros e nos próprios mancais principais.
3.6.13 Lubrificação de Mancal
Os casquilhos superiores tem um furo de óleo e geralmente uma ranhura, de modo que o óleo lubrificante seja introduzido continuamente no munhão principal.
3.6.14 Folga Axial
O mancal de encosto (arruela de encosto) minimiza o movimento para frente e para traz do virabrequim dentro do bloco. Essa movimento da origem a folga axial, que é especificada pela Caterpillar em seus Manuais de Serviço.
3.6.15 Mancal de encosto principal
Existem dois tipos de mancais de encosto principais.1.Mancais embutidos de duas partes. 2.Mancais de encosto flangeados inteiriços.
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3.7 Conjunto do Volante do Motor
O conjunto do volante do motor consiste em 1. Volante do motor
2. Engrenagem anelar (cremalheira) 3. Alojamento do volante do motor
3.7.1 Volante do Motor
O Volante do motor é parafusado na parte traseira do virabrequim, no alojamento do volante do motor. O virabrequim gira o volante do motor no tempo de combustão e o momento angular do volante do motor mantém o virabrequim girando suavemente durante os cursos de admissão, compressão e escape.
3.7.2 Funções do Volante do Motor
• Armazena energia para o momento angular entre os cursos que produzem potência.
• Uniformiza a rotação do virabrequim. • Transmite potência a uma máquina, a
um conversor de torque ou a outras cargas.
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3.7.3 Engrenagem Anelar
A engrenagem anelar, que esta localizada em torno do volante do motor, é usada para dar partida no motor, é nela que o pinhão do motor de partida é acoplado quando é dado a partida.
3.8 Amortecedor de Vibrações
A força proveniente da combustão no cilindro fará o virabrequim se torcer. Isso denomina-se vibração torcional. Se a vibração for demasiadamente intensa, o virabrequim será danificado.
O amortecedor de vibrações limita as vibrações torcionais a um valor aceitável, para evitar danos ao virabrequim. O amortecedor parece uma miniatura do volante do motor que é colocada sob pressão ou parafusada na frente do virabrequim.
Danos e falhas no amortecedor de vibrações aumentarão as vibrações e resultarão em danos ao virabrequim. Um amortecedor de vibrações deteriorado causará ruído excessivo do trem de engrenagens em pontos variáveis da faixa de rotações.
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3.8.1 Tipos de Amortecedores de Vibração
Os amortecedores de vibrações estão disponíveis em dois projetos básicos:
3.8.1.1 Amortecedores de Borracha
O amortecedor de vibrações de borracha é instalado na frente do virabrequim. O cubo e o anel são isolados por um anel de borracha. Este tipo possui marcas de alinhamento no cubo e no anel.
As marcas indicam o estado do amortecedor de vibrações. Substitua o amortecedor de vibrações se:
• Estiver encurvado ou danificado;
• A borracha estiver deteriorada, rachada ou tiver-se movido de posição original;
• Os furos dos parafusos estiverem superdimensionados e os parafusos estiverem frouxos;
• Houver falha do virabrequim devido a forças de torção.
No amortecedor de vibrações de borracha existem marcas de alinhamento no cubo e no anel. Essas marcas indicam o estado do amortecedor de vibrações de borracha.
Julho/2009 49 Se as marcas de alinhamento não estiverem alinhadas, a parte de borracha se separou do cubo e/ou do anel. Quando estas marcas não estiverem alinhadas substitua o amortecedor de vibrações de borracha.
3.8.1.2 Amortecedores Viscosos
O amortecedor de vibrações viscoso também esta instalado na frente do virabrequim. Este tipo de amortecedor é simplesmente um peso dentro de um alojamento ou caixa de metal. O espaço entre o peso e o alojamento fica cheio com um fluido viscoso (muito espesso ou pegajoso).
Quando o peso se move através do fluido, ele amortece e absorve o choque e a vibração de torção do virabrequim. Substitua o amortecedor viscoso se:
• Ele mostrar sinais de vazamento • Estiver encurvado ou danificado
• Os furos de parafuso estiverem superdimensionados e os parafusos estiverem frouxos.
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3.9 Eixo de Comandos de Válvulas
3.9.1 Componentes do Eixo de Comando de válvulas
A finalidade do eixo de comando de válvulas é controlar a operação das válvulas de admissão e de escape. Em alguns modelos de motores Caterpillar o eixo de comando de válvulas aciona também as unidades injetoras.
Todos os eixos de comando de válvulas tem (1) munhões e (2) ressaltos.
3.9.2 Ressaltos do Eixo de Comando de Válvulas
Ressaltos separados operam as (1) válvulas de admissão e (2) de escape de cada cilindro. Alguns excêntricos tem (3) ressaltos de injeção de combustível que operam unidades injetoras. Eles controlam quando o combustível é injetado no cilindro.
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3.9.3 Eixo de Comando de Válvulas - Partes de um Ressalto
Cada ressalto é constituído de três partes principal: • Circulo Básico
• Rampas • Nariz
O eixo de comando de válvulas é acionado por uma engrenagem no virabrequim. Os componentes do trem de válvulas ligados ao eixo de comando de válvulas seguem o movimento, movendo-se para cima e para baixo.
Quando o nariz do ressalto esta voltado para cima, a válvulas esta totalmente aberta. O eixo de comando de válvulas gira na metade da velocidade do virabrequim, de modo que as válvulas se abrem e fecham nos instantes corretos durante o ciclo de quatro tempos.
3.9.4 Eixo de Comando de Válvulas - Elevação do Excêntrico
A distancia do diâmetro do circulo básico até a parte superior do nariz é denominada elevação. A elevação do excêntrico determina até onde as válvulas são abertas.
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3.9.5 Eixo de Comando de Válvulas - Forma dos ressaltos
A forma das rampas de abertura e fechamento determinam quão rapidamente as válvulas se abrem e fecham.
A forma do nariz determina durante quanto tempo as válvulas estão totalmente abertas.
1. Abertura rápida;
2. Período longo de abertura; 3. Fechamento rápido; 4. Fechamento lento.
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3.9.6 Mancais do Eixo de Comando de Válvulas
Os munhões do eixo de comando de válvulas giram nos mancais do eixo de comando de válvulas. Os mancais do comando de válvulas são ajustados sob pressão nos furos do bloco do motor. Eles contém um furo de óleo que se alinha com uma passagem de óleo no bloco.
3.9.7 Tuchos de Válvulas - Seguidores de Rolete
Os seguidores de rolete tem um rolete de aço endurecido que rola no ressalto do eixo de comando de válvulas.
3.9.8 Tucho de Válvulas - Movimento do
seguidor de rolete
Os seguidores de rolete deslizam para cima e para baixo nos furos do bloco do motor e são mantidos alinhados por grampos.
3.9.9 Tucho de Válvula - Seguidores de
Sapata
Os seguidores de sapata são geralmente fundidos inteiriços com uma face de desgaste que fica em contato com o ressalto do comando de válvulas.
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3.9.10 Tuchos de Válvula - Movimento dos Seguidores de Sapata
Os seguidores de sapata deslizam para cima e para baixo nos furos no bloco do motor ,girando lentamente enquanto o motor esta operando.
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3.10 Trem de Válvulas
Os componentes do trem de válvulas controlam o fluxo de ar para dentro e para fora dos cilindros durante a operação do motor. Em alguns motores o mecanismo de valvula também opera o injetor de combustível.
O comando de válvulas deve estar sincronizado com o virabrequim para que haja uma correta relação de giro entre o movimento do pistão e das válvulas.
O trem de válvulas é composto por muitas peças são elas: • 19 - Balancim • 20 - Ponte • 21 - Haste • 22 - Mola da Valvula • 23 - Valvula • 24 - Tucho .
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3.10.1 Válvulas
As válvulas controlam o fluxo de ar e os gases de escape através da câmara de combustão. Quando a válvula de admissão esta aberta, o ar pode entrar na câmara de combustão. Quando a valvula de escape esta aberta, os gases de escape saem da câmara de combustão.
3.10.2 Válvula Motor C32(JRP)
1. LOCK-RETAINER 2. WASHER-SPECIAL 3. VALVE-INLET 4. VALVE-EXHAUST 5. SPRING-VALVE (INNER) 6. SPRING-VALVE (OUTER) 7. CYLINDER HEAD AS 8. SEAL-VALVE STEM 9. ROTOCOIL ASJulho/2009 57
3.10.3 Balancim
Um balancim consiste em:
1. Um parafuso de ajuste, que ajusta a folga da valvula
2. Contra porca, que trava o parafuso no lugar e mantém a folga da valvula
3. Assento de desgaste, que é uma inserção endurecida para evitar o desgaste do balancim
4. Bucha do eixo do balancim, que é um mancal entre o balancim e o eixo.
3.10.4 Balancins C32(JRP)
1 BUTTON 2 BUTTON 3 SCREW-ARM ADJUSTMENT 4 NUT-JAM (9/16-18-THD)5 SHAFT AS-ROCKER ARM (ROCKER ARM) 6 SCREW-ARM ADJUSTMENT (3/8-24X1.20-IN)
7 ROCKER ARM AS (VALVE) 8 NUT (3/8-24-THD)
9 ROCKER ARM AS (UNIT INJECTOR) 10 SEAL-O-RING 11 SEAL-O-RING 12 ROCKER ARM AS
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3.10.5 Partes da Válvula
Os componentes de valvula incluem:
• Ranhuras Retentoras, que seguram a haste da valvula e mantêm a mola no lugar.
• Haste da valvula, que prolonga o comprimento da valvula e se move na guia de valvula.
• Filete da valvula, que une a cabeça da valvula á haste.
• Sede da valvula, que tem um revestimento duro que reduz o desgaste e veda a câmara de combustão.
• Face da valvula, que é a parte chata da valvula.
Para vedar completamente a câmara de combustão, cada valvula tem uma inserção localizada no cabeçote do cilindro. Quando a valvula se fecha, sede da valvula entra em contato com inserção da valvula, vedando a câmara de combustão. Na maioria dos motores, as sedes de valvula são inserções substituíveis.
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3.10.6 Guia de Válvulas
As válvulas se movem para cima e para baixo dentro das guias de valvula que são montadas no cabeçote de cilindro.
As guias de válvula mantêm as válvulas deslocando-se numa linha reta. A haste da válvula se estende para fora da guia na parte superior do cabeçote de cilindro.
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3.10.7 Mola de Válvulas
As molas da valvula mantém as válvulas fechadas. As molas de valvula se ajustam sobre as válvulas, são mantidas em posição por uma combinação de peças retentoras(1) e por um fixador (2) ou girador.
3.10.8 Fixadores de Válvulas
Os fixadores se ajustam sobre a extremidade da haste da valvula. Os fixadores travam as peças retentoras em ranhuras na valvula e fornecem um assento contra o qual a mola da valvula é pressionada
3.10.9 Giradores de Válvulas
Os giradores da valvula giram a valvula, para evitar desgaste excessivo num local.
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3.10.10 Falhas em Válvulas
A característica mais importante das válvulas Caterpillar é que elas tem até mais de 150% de revestimento na área crítica da face do que as dos padrões da industria. As válvulas de escape por exemplo tem mais material de revestimento do que as válvulas de admissão, pois estas opera em temperaturas mais altas. O beneficio principal de uma espessura maior do material de revestimento é a capacidade de reutilizar as válvulas. As válvulas Caterpillar são feitas para serem reutilizadas varias vezes mediante retificação da superfície critica. Desta forma existe uma redução de custo com a manutenção e operação.
Entre as causas mais comuns de falha das válvulas incluem-se:
• Seleção incorreta da valvula: Quando se substitui uma valvula um ponto critico é a seleção da valvula correta. Portanto o numero de serie do motor é essencial para selecionar as válvulas corretas.
• Inserções de sede frouxas podem resultar em desgaste prematuro da face da valvula ou causar danos ao motor.
• Molas de válvulas quebradas impedem a operação correta das válvulas do motor.
• Uma folga excessiva das válvulas do motor.
• Uma folga excessiva da valvula resultara diretamente em desgaste prematuro e possível falha das guias e sedes da valvula.
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4. Funcionamento do Motor Caterpillar
4.1 Conceitos Básicos
Pense num motor como se ele fosse um relógio. Tudo funciona sincronizadamente. Num motor diesel, todos os componentes trabalham juntos para converter energia térmica em energia mecânica.
O motor de combustão interna produz energia linear e rotacional. Um exemplo de energia linear é o próprio movimento do pistão, que é em apenas uma direção. E a Energia rotacional é obtida através da combinação da biela com o virabrequim.
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4.2 Aplicação dos Motores Caterpillar
Os motores de combustão interna Caterpillar podem estar aplicados em diversos tipos de máquinas e equipamentos. Estão listados abaixo algumas aplicações dos motores Caterpillar:
• Industrial • Locomotiva • Máquinas • Marítimo
• Geração de Energia
Para cada tipo de aplicação existe um arranjo diferente. O arranjo para cada tipo de aplicação dos motores Caterpillar é determinado dos alguns fatores, este determinam a seleção de um motor para uma determinada aplicação, são eles:
• Velocidade de operação requerida • Níveis de emissões
• Consumo de combustível • Custo inicial
• Custo de manutenção
4.3 Classificação dos Motores Caterpillar
Os motores de combustão interna podem ser classificados quanto ao:
• Tipo de ignição • Arranjo dos cilindros • Aspiração
• Sistema de arrefecimento • Tempo
• Localização do comando de válvulas • Faixa de velocidade de operação • Tipo de Injeção
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4.4 A Combustão
Aquecendo-se ar e combustível juntos, produz-se combustão, criando-se a força necessária para o motor funcionar. O ar, que contem oxigênio, é necessário para queimar o combustível. O combustível produz a força.
Quando atomizado, o combustível diesel entra em ignição facilmente e queima eficientemente.
A combustão ocorre quando a mistura de ar e combustível se aquece suficientemente para entrar em ignição. Ela deve queimar-se rapidamente e de um modo controlado para produzir a maior quantidade possível de energia térmica.
Ar + Combustível + Calor = Combustão
4.5 Fatores que Controlam a Combustão
A combustão é controlada por três fatores: 1. O Volume de ar Comprimido
2. O Tipo de Combustível
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4.6 Câmara de Combustão
A câmara de combustão é formada por: 1, Camisa do Cilindro 2. Pistão 3. Válvula de Admissão 4. Válvula de Escape 5. Cabeçote do Cilindro
4.7 Compressão
Quanto mais se comprime o ar, mais quente ele fica. Se for comprimido suficientemente, ele produz temperaturas acima da temperatura de ignição do combustível.
4.8 Tipo de Combustível
O tipo de combustível usado no motor afeta a combustão, porque diferentes combustíveis se queimam em diferentes temperaturas e porque alguns se queimam mais completamente.
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4.9 Desenvolvimento de Combustíveis Alternativos
O combustível diesel continuará a ser nosso combustível principal durante um tempo considerável, porque é a fonte de potência mais econômica e termicamente eficiente. Temos experiência com cada um dos combustíveis relacionados aqui e continuamos a pesquisá-los e desenvolve-los. O desenvolvimento de combustíveis alternativos não apenas proporciona redução nas emissões de gases, mas também fornece alternativas a combustíveis fósseis renováveis.
4.10 Quantidade de Combustível
A quantidade de combustível também é importante, porque mais combustível produz mais força. Quando injetada numa área fechada contendo ar suficiente, uma pequena quantidade de combustível produz grandes quantidades de calor e força.
Mais Combustível = Mais Força.
4.11 Processo de Combustão dos Motores Diesel
Num motor diesel, o ar é comprimido dentro da câmara de combustão até que esteja suficientemente quente para fazer o combustível entrar em ignição. Em seguida, o combustível é injetado na câmara quente e ocorre a combustão. Isso denomina-se Ignição por Compressão.
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4.12 Processo de Combustão de Motores a Gasolina
Em um motor a gasolina, o ar comprimido não oferece calor suficiente para iniciar a combustão. Uma vela de ignição causa a ignição da mistura, gerando a combustão. Isso denomina-se combustão com Ignição por centelha.
4.13 Transmissão de Energia Térmica
Em ambos os tipos de motor, a combustão produz energia térmica que faz os gases aprisionados na câmara de combustão se expandirem, empurrando o pistão para baixo.
Quando o pistão se move para baixo, ele movimenta outros componentes mecânicos que realizam trabalho.
