SISTEMAS
TÉRMICOS
Retiram calor de uma fonte quente e o transferem para uma fonte fria. Quanto mais calor vira trabalho (e menos fonte fria), mais será eficiente. 1 - CONCEITO DE MÁQUINAS TÉRMICAS
Motores são MÁQUINAS TÉRMICAS, seguindo as leis termodinâmicas.
As máquinas térmicas também podem ser classificadas em:
Combustão interna : Fluído de trabalho é a mistura de gases da combustão. Ex. máquinas de combustão interna: Motores veiculares e turbinas a gás.
Combustão externa: Fluído de trabalho é separado do ar e combustível
2 – MOTORES ENDOTÉRMICOS: transformam energia química do combustível líquido ou gasoso em trabalho.
Motor a JATO
O trabalho é executado por ÓRGÃOS EM MOVIMENTO (combustão interna)
Motor ALTERNATIVO
Motor ROTATIVO
2.2 - Motor ROTATIVO Admissão Ar + Combust. Agua refrigeração “Faisca” Vela Escape 1 2 3
Classificação de motores
Os motores podem ser classificados pelo: - Número de tempos (2t e 4t)
- Combustível (Otto ou Diesel)
- Forma de combustão: Ignição por faísca – “velas” (motores a gasolina e álcool) ou Ignição espontânea (motores diesel)
- Pelo tipo de compressão (Alta ou baixa) - Pela refrigeração (Água ou ar)
- Arranjo de seu comando de válvulas, (SOHC, OHC, etc...)
- Pelo arranjo de seus cilindros (linha, 1, 2, 3, 4, v4, 6, v6, 8, v8, 10, v10, boxer, etc..)
- Alimentação ar e combustível (injeção, carburador) e (aspirado, turboalimentado) - Aplicação (Veicular, marítimo, estacionário, etc...)
- Material do bloco e cabeçote: Alumínio, Fofo, etc...
3 – Funcionamento do Motor de 4 tempos – ciclo Otto
1o tempo: admissão PMS a PMI
Pistão desce aspirando Ar + Combustível (gasolina, gás ou álcool) que entra no cilindro pela válvula de admissão (aqui os motores a diesel admitem apenas ar). Válvula de escape fica fechada.
A P máxima é menor que 1 atm, mantendo-se constante (processo isobárico) com T de 340 a 400K.
2o tempo: compressão PMI a PMS
A válvula de admissão fecha enquanto o pistão sobe, devido a inércia do virabrequim, comprimindo a mistura gasosa.
Nesse tempo a P e T aumentam (8 e 15 atm) e (600 e 750K). Processo adiabático (sem transferência de calor)
3o tempo: explosão e expansão PMS a PMI(TRABALHO)
Na máxima compressão uma centelha na vela de ignição provoca uma explosão que causa um aumento de T (2300 a 2700K) e P (30 e 50 atm) Também é um processo adiabático.
4o tempo: exaustão PMI a PMS
No final da expansão a T é de 900 a 1200 K e a P na faixa de 4 a 6 atm. A válvula de escape abre enquanto o pistão sobe e expele o sub produto da combustão do tempo anterior.
A P agora é próxima a 1 atm.
Assim se completou o ciclo, pois o volume e a pressão no interior do cilindro voltaram aos seus valores no início do 1o tempo.
Então, a válvula de admissão novamente se abre, reiniciando-se um novo ciclo.
3 – Funcionamento do Motor de 4 tempos – ciclo Otto
4 – Detalhamento do motor alternativo a combustão interna
4.1 Bloco: Abriga em seu interior o
virabrequim, bielas e pistões. É a "estrutura de suporte" do motor, na qual ficam os mancais e cilindros e/ou camisas.
O bloco de um motor é fechado por cima pelo cabeçote e por baixo pelo cárter.
4 – Detalhamento do motor alternativo a combustão interna
Exemplo de composição química de um bloco em fofo : Grafita: lamelar GL04
Dureza média 255 HB
Composição química média % C Si Mn S P Cr Sn Cu Ni Mo
Material : Ligas de FoFo Cinzento ou Al
Alusil Al Si Cu Mg Ni
% 78 17 < 3 <1 <1
Composição química média %
C Si Mn S P Cr Cu Ni Mo
35 24 9 1,5 1,2 3,5 6 2 1
Dureza média 100 HB
Exemplo de composição química de um bloco em Alusil : 4.1 Bloco:
4.2 Camisas de cilindro: Aplicadas em motores Diesel e alguns Otto, com a mesma função dos cilindros do bloco.
Se líquido do arrefecimento envolve a parte externa da camisa => “molhada”. Se não houver contato algum com liquido =>“seca”.
Camisas podem ser encaixadas, prensadas ou fundidas no bloco. Material: FoFo centrifugado ou estático e Al.
Tipo de camisa Vantagens Desvantagens Bloco sem
camisa Econômico, compacta, rígida Problema com a escolha do material e dificuldade de reparo Seca Escolha livre de material, possibilidade de troca e reparo Alto custo de fabricação, transferência de calor ruim Molhada Escolha livre de material, possibilidade de troca e reparo Problemas de cavitação e vedação
Molhada
Seca 4.2 Camisas de cilindro:
Brunimento de um cilindro ou camisa:
Usinagem / acabamento da superfície interna dos cilindros.
São “riscos” em ângulo (90° a 120°). Função:
- Vedação
- Controle de consumo
- Retenção de óleo lubrificante - Dissipação de calor
Ra = altura média do perfil acima da linha media original
Brunimento de um cilindro ou camisa:
Definido pela curva de Abbott (Ra, Rp, Rv, Rz, etc...), mas comumente só “Ra” é utilizado:
Mesmos “Ra” com diferentes perfis
1 micron = 0.001 mm
Antes do amaciamento
Após amaciamento Amaciamento de um cilindro ou camisa:
Desgaste por “Scuffing”
Material arrancado do cilindro devido a amaciamento severo ou quebra no filme de óleo Mecanismos de desgaste nos cilindros
Mecanismos de desgaste nos cilindros Desgaste abrasivo:
É o esmagamento plástico da superfície que muda a forma do brunimento com a redistribuição de material pelo escoamento plástico.
Mecanismos de desgaste nos cilindros
Exemplos de reações triboquimicas combinadas - Remoção do metal por adesão . Ex: enxofre S
- Reação química ou oxidação dos metais resultando numa camada que reduz o contato metálico. Ex. H2O
Mecanismos de desgaste nos cilindros Desgaste geométrico
Perfil do movimento do pistão contra o cilindro
P = 70bar,
4.3 Pistão: Topo pode ter vários formatos para uma combustão otimizada.
Possui uma complexa geometria para comportamento idêntico com motor frio ou na temp. de trabalho (dilatado ou contraído).
Os pistões possuem ranhuras ou canaletas em sua parte superior, onde são alojados os anéis de pistão. Material: Al ou aço. Proteção partida a frio Pino pistão
Posições do pistão no cilindro:
PMS – Ponto morto superior (máxima altura possível do pistão) PMI – Ponto morto inferior (mínima altura possível do pistão)
O PMS e PMI é definido pelo raio da manivela do virabrequim. Distância entre PMS e PMI é o “Curso”.
Desgaste abrasivo em um pistão:
Pistão com riscos (utilização do motor sem filtro de ar ou presença de limalhas)
4.4 Virabrequim, Girabrequim ou Árvore de manivelas: É o eixo principal de um motor, que transforma o movimento linear do pistão em movimento circular.
Materiais: Aço forjado ou FoFo
É montado sobre os mancais inferiores do motor e transmite todo o trabalho a transmissão do veiculo.
Para Embreagem, cambio, etc
4.5 Anéis de pistão: Estão nas canaletas dos pistões (3, 4 ou + unidades).
Anel de topo, 1◦canaleta ou 1◦anel está no topo do pistão -> função de compressão e vedação de parte dos gases da combustão.
Último anel ou de óleo fica na parte inferior do pistão e controla o filme de óleo lubrificante nas paredes do cilindro.
O(s) anel(is) intermediário(s) ou de 2◦ canaleta tem um pouco destas duas funções. Os anéis trocam calor com os pistões com os cilindros.
Materiais: FoFo e Aço, com ligas de Mo, Cr, Nitretação gasosa, etc... ligas.
Gap Folga livre
Parte da Fat do motor está nos anéis.
Tendência anéis + próximos do topo do pistão e + finos (menor atrito e perda energética).
“Blow by” -> passagem dos gases da combustão pelas canaletas e “gaps” dos anéis.
Blow by alto pode aumentar a P no cárter e contaminação do óleo. Exemplos de anéis
Materiais e características das Camadas protetoras dos anéis atuais:
4.6 Mancais:
4.7 Biela: é o elo de ligação entre o pistão e o virabrequim, transformando o movimento linear em circular.
Material: Aço, FoFo ou Sinterizada
Deformação por Calço hidráulico
Deformação por Flambagem (biela na máxima inclinação) Danos a bielas
4.8 Eixo Comando de válvulas: movimenta as válvulas de admissão e escape. Acionado pelo virabrequim por correia, engrenagens ou corrente.
Os cames tocam nos sistemas das válvulas, abrindo e fechando cada uma delas conforme o sincronismo do motor.
Material: Aço forjado, FoFo ou sinterizado.
Localizado no cabeçote ou bloco, em uma ou mais unidades.
Cames
4.9 Válvulas, guias, molas, tuchos, balancins e retentores: Acionadas pelo eixo comando, permitem a abertura e fechamento de cada válvula uma conforme o tempo exato do motor.
válvulas Mola de retorno Comando Válvula VA=Válv. Admissão VE=Válv. Escape Padrões de temperatura
4.10 Cabeçote: Aloja o comando e conjunto de válvulas, montado acima do bloco.
Material: Ligas de Al e FoFo
Exemplos de cabeçotes:
8 válvulas (4 cil) 16 válvulas (4 cil) 20 válvulas (5 cil)
16 válvulas (V8)
4.11 Câmara de combustão
Câmara de combustão
Turbulências aumentam o contato entre as partículas, acelerando a reação; Fatores de Combustão:
+
Anomalias da combustão:
Detonação (“batida de pino”) - À medida que a “frente de chama” avança, a P e T aumentam bruscamente.
Surge a T de “auto-ignição” com queima espontânea de mistura e ondas de choque, (vibração das superfícies).
Fatores :
Combustível e poder antidetonante - quanto + octanas + difícil detonação; P e T admissão – quanto +, maior a probabilidade de ocorrer detonação; T fluido de arrefecimento - quanto +, maior probabilidade de detonação; Misturas pobres ou ricas longe da estequiométrica dificultam a detonação; Taxa de compressão - quanto +, maior probabilidade de detonação;
Turbulência - quanto +, menor a probabilidade de detonação (+ troca de calor); Avanço da faísca – quanto +, maior probabilidade de detonação;
T do eletrodo da vela – quanto +, maior probabilidade de detonação.
Explosão violenta quando a gasolina não apropriada origina temperaturas altas que fazem detonar parte da
Gasolina com índice de octana correto, com propagação de chama uniforme Depósitos incandecentes no pistão inflamam a gasolina antes de saltar a faísca, originando
detonação (ou ponto de ignição não
Queima espontânea do combustível.
O carvão da cabeça do pistão, quando aquecido incandesce e “adianta” o ponto de queima. Não provoca aumento de P.
Auto ignição / Pré-Ignição
A viscosidade dos lubrificantes é dividida em 2 grupos:
VERÃO (medida p/ altas temperaturas): SAE 20, SAE 30, SAE 40, SAE 50 e SAE 60
INVERNO (W winter, em inglês e medida p/ baixas temperaturas): SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W, SAE 20W e SAE 25W.
Multiviscosos: Atendem simultaneamente as duas exigências, sendo indicados tanto para T baixas como altas (desempenho maior):
- São mais "finos" (inverno) no momento da partida a frio (< Fat e > fluidez);
- São mais “grossos” (verão), com película espessa de proteção com motor a alta temp.
Ex: SAE 10W/40 :
Em baixas temperaturas se comporta como um SAE 10W e em altas se comporta como um SAE 40
Ex: Comparação entre um SAE 20W/40 e SAE 20W/50:
- A baixas temperaturas (ou na partida a frio) eles têm a mesma fluidez. - A altas temperaturas o 50 cria uma película + grossa que um 40.
Correlação entre a medida comercial W e cSt:
Otto: Nível de desempenho é a letra S ("service station" ou “spark “);
Diesel : Nível de desempenho é a letra C ( de "commercial“ ou "compression“). Qualidade classificada por ordem alfabética: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG , SH, SJ e SL. Quanto + distante da vogal “A” a segunda letra, melhor será o desempenho do óleo.
Exemplo: Um óleo para motor otto que atende ao nível SL pode ser usado no lugar de um óleo API SG, pois confere maior proteção ao motor.
Óleos MINERAIS := petróleo bruto (mistura de moléculas c/ cadeias e anéis de vários tamanhos e formas).
- Longas cadeias de C produzem um líquido espesso e viscoso (flui lentamente).
Óleos SINTÉTICOS : = fluidos de alta performance combinados com petróleo - Cadeias curtas produzem um líquido que flui mais facilmente.
- HC baixo peso molecular reagido em laboratório com materiais de maior peso e propriedades específicas
Condição severa para lubrificação: Transito das grandes cidades. Temperatura
Troca de calor
Mistura rica (combustível desce pelos cilindros)
Neste caso, troca deve ser entre 5.000 a 7.000 km percorridos.
A limpeza periódica nos sistemas de aeração do cárter (confundidos com simples sistemas de alívio, ou “respiro”) é importante para evitar a borra.
Algumas causas da borra de óleo em motores
• Óleo inferior ao recomendado (mesmo com periodo de troca reduzido pode oxidar); • Aditivos (Não há teste padrão que avalie o comportamento do óleo com misturas). Pode haver imcompatibilidade;
• Combustível adulterado (blow by atinge o carter) e forma resinas; • Longo intervalo entre trocas de óleo.
Carbonização severa
Válvulas e pistões carbonizados Cilindro riscado por
carvão nas canaletas
Prof. Dionisio Mateo Cardille
Causas da carbonização:
- Uso do veículo por curtos períodos só em fase fria;
- Intervalo de troca de óleo muito prolongado com uso em transito intenso; - Sistema de alimentação desregulado.
6 - Principais diferenças ciclos Diesel e Otto
Injetor
Vela de ignição
Diesel Otto
- Motores muito simples, otto ou diesel;
- 1 ciclo de admissão, compressão, expansão e escape a cada volta do eixo;
- Não há demarcação das etapas de funcionamento (admissão e escape juntas p. ex.); - Um tempo é percurso do PMI ao PMS (1/2 volta do virabrequim);
- Primeiro tempo: compressão + admissão;
- Segundo tempo: Escape + transferência de calor; 7 – Motores de 2 tempos
- Não usam cárter;
- Óleo lubrificante misturado ao combustível (1 : 40);
- Na combustão este deposita-se nas superfícies lubrificando os elementos conforme passa da câmara para o cárter; - Não possui válvulas, apenas 2 janelas na parede da câmara
de combustão, para comunicação com o exterior e o cárter; - Leis antipoluição: equipam motosserras, aeromodelos,
geradores, e motores diesel de grande porte (naval), como o maior motor de combustão interna do mundo, o Sulzer. 7 – Motores de 2 tempos
Características:
Janela de admissão: entrada da mistura;
A janela de transferência entre o cilindro e o cárter é chamada "transfere";
A janela de escape permite a saída dos subprodutos da combustão.
7 – Motores de 2 tempos
Desempenho:
Os 2 tempos têm + potência que os 4 tempos (1 combustão a cada volta) enquanto os 4 tempos tem 1 combustão a cada duas voltas)
Funcionamento:
Tempo 1 – PMI para PMS
Pistão sobe, obstrui as janelas e comprime a mistura gasosa na parte superior do cilindro no PMS.
Ocorre a ignição em função da faísca da vela.
Ao mesmo tempo cria-se um vácuo no cárter, que força a admissão de ar externo no interior do mesmo.
7 – Motores de 2 tempos
Tempo 2 – PMS para PMI
Com a ignição, os gases pressionam o pistão em direção ao PMI ( Ƭ )
Nesta etapa o pistão libera a janela de escape para saída dos gases de combustão.
Próximo ao PMI, o pistão abre a janela de transferência. Ao mesmo tempo, o movimento de descida pressuriza o cárter, forçando a nova mistura a fluir pela transfere até a câmara, contribuindo na exaustão dos gases de
combustão.
Ao término desta fase o motor fica nas condições iniciais permitindo que o ciclo se repita.
8 - Classificação dimensional dos motores a combustão interna: Relação diâmetro x curso do pistão.
Quadrado: Diâmetro = curso;
Ex. Motor GM 2.0 - 86,0 mm x 86,0 mm Funcionamento suave.
Subquadrado: Diâmetro < curso;
Ex. VW AP-2000 - 82,5 mm x 92.8 mm Desempenho em baixas rotações
Combustão + completa Teórico menor consumo.
Superquadrado: Diâmetro > curso. Ex. FIAT 1.0 - 76,0 mm x 54,8 mm Motor mais baixo
Virabrequim + compacto Bielas + curtas e leves
+ espaço para as válvulas na câmara de combustão.
Máx inclinação da biela Manivela do virabrequim a 90o do eixo do cilindro. diâmetro cu rso
Exercício: Para o motor monocilíndrico, 4 tempos da figura, são dados: D = 10 cm; r = 4,5 cm; V2 = 78,5 cm3; n = 4500 rpm.
Pede-se:
a) a cilindrada (cm3); b) a taxa de compressão;
c) a velocidade média do pistão (m/s);
9 - Diagrama de blocos (entradas e saídas do motor)
10 - O Trabalho e potência no motor: 10.1 – Trabalho
Energia mecânica passageira (não pode ser armazenada).
Num corpo submetido a trabalho, resta somente o resultado deste, como Energia térmica ou potencial.
Unidade: Kilogrametros (Kgm).
Um kgm equivale a energia necessária para levantar a 1 metro de altura o peso de 1 kilo. 10.2 – Potência
Trabalho realizado em uma unidade de tempo. Unidade: kilogrametros por segundo (kgm/seg). Usualmente:
Cavalo vapor (CV) equivalente a 75 kgm/seg
11 - Ciclo teórico de um motor Otto
Na figura abaixo vemos o ciclo teórico de um motor Otto 4 tempos, em um diagrama p-v.
Admissão 0-1. Pistão desloca do PMS ao PMI (cilindro cheio de ar + combustível)
Compressão 1-2. Pistão se desloca de PMI ao PMS (comprime mistura) – Trabalho negativo Expansão 2-3. – Após a centelha, a pressão aumenta
Trabalho 3-4. O pistão desce do PMS ao PMI.(adiabática – sem troca de calor)
Escape 4-1. Esta queda de pressão ocorre quando se abre a válvula de escape (adiabática) Escape 1-0. O pistão sobe o PMI ao PMS. Pressão do cilindro = Pressão atmosférica
12 - Ciclo real de um motor do ciclo Otto
Contém muitas melhorias no ciclo real para aproxima-lo ao ciclo teórico. Seguem exemplos:
0-1 Admissão
- Adiantar da abertura da VA facilita ingresso da mistura.
- Atrasar o fechamento da VA para seguir-se admitindo a mistura. 1-2 Compressão
- Adiantar a faísca antes de chegar ao PMS.
- Como se comprime uma mistura de ar e gotas, na compressão estas evaporam. A injeção de combustível é atrasada para compensar este efeito.
4-1 Abertura Válvula de Escape
- A abertura da VE não é instantânea e os gases de escape tem que vencer o sistema de Escape. Adianta-la antes do PMI facilita a exaustão.
1-0 Escape
13 – Cálculo de Torque e Potência:
Exemplo de um gráfico rotação / potência:
Torque = Força (no eixo). Tem pico a uma rpm específica, Ex: 393 Nm de torque a 5000 rpm Se um certo motor tem "torque em baixa", significar que o torque máximo ocorre a uma rotação razoavelmente baixa, 2 mil a 3 mil rpm.
Unidade m.kgf ou Nm (1 m.kgf = 9,81N.m)
Calculo do torque em um motor:
T = 716,2 x Nn
T é torque na potência máxima em m.kgf; (metro quilograma força) N é potência máxima;
n é rotação de potência máxima.
Tmax = Torque máximo (20% superior ao T)
Resp:
T= 716,2 x 115 =15 m.kgf. 5.500
Tmáx = 15 x 1,2 = 18 m.kgf
Potência
Assim como torque, todo motor tem uma potência de pico (uma rotação onde a potência produzida pelo motor é a maior possível)
P é resultado do torque à medida em que se aumenta a rotação do motor Ex "320 cv @ 6500 rpm, " (dados do Shelby Serie 1 1999).
Exercício:
Um motor possui 115 cv a 5.500 rpm, qual será o torque máximo e o torque na potência máxima?
O torque, apesar de depender da rpm, não varia de maneira progressiva como uma linha reta num gráfico.
Ele depende de outras variáveis que não são lineares à rotação, como eficiência volumétrica, combustível, chama, etc...
Basta ver a curva de torque de um motor: ela, em geral, é côncava, tendo um pico, a partir do qual começa a cair, apesar de a rotação só aumentar.
A mesma lógica se aplica à potência.
Em resumo:
14 – Estequiometria e combustíveis
Estequiometria é a quantidade de ar teórica para uma combustão nos motores : GASOLINA:
Mistura de vários HC, cuja reação de combustão é: C8H18+12,5O2 +12,5*3,76N2 -> 8CO2 + 9H20 + 47N2
Massa de ar (O2 + N2): 12,5*32 + 12,5*3,76*28 = 1716 kg de ar Massa de combustível : 8*12+18 = 114kg de combustível.
A razão ar e combustível (AC) da gasolina é 1716/114 = 15
(P/ a combustão ocorrer em 1 kg de gasolina é necessário15kg de ar atmosférico Mistura estequiométrica (15:1)
ETANOL:
Substância pura, cuja reação de combustão é :
C2H5OH + 3O2 + 3*3,76N2-> 3H20+2CO2+11,28N2 Massa de ar (O2 + N2): 3*32+3*3,76*28 = 411Kg de ar Massa de combustível: 2*12+6+16=46kg de combustível A razão AC do etanol é 411/46=9
(P/ combustão ocorrer em 1 kg de etanol é necessário 9kg de ar atmosférico Mistura estequiométrica (9:1)
Para motores flex com por ex. gasolina com 20% de álcool: 12,5:1.
Prof. Dionisio Mateo Cardille
Mistura estequiométrica - Relação Ar e Combustível (“AC”) p/ combustão completa.
Na pratica “AC” é menor que a estequiométrica (excesso de comb. p/ anular a evaporação e gases da combustão do ciclo anterior ).
Em velocidades constantes (estrada) a razão AC é maior que o estequiométrico (+ ar). Em congestionamentos a razão AC é menor que o estequiométrico (+ combustível).
A razão AC oscila em torno do valor estequiométrico, dependendo do regime de utilização. RAZÃO LÂMBDA
Relação entre a mistura ar e combustível real e a mistura ar e combustível estequiométrica.
ƛ = AC real AC esteq. 14 – Estequiometria e combustíveis
Mistura rica:
Quando a relação ar e combustível REAL é INFERIOR a relação ar e combustível ESTEQUIOMÉTRICA.
Portanto, ƛ < 1
Em máxima potência (ƛ = 0,86)
Mistura pobre:
Quando a relação ar e combustível REAL é SUPERIOR a relação ar e combustível ESTEQUIOMÉTRICA.
Portanto, ƛ > 1
Em velocidade de cruzeiro (ƛ = 1,1)
Misturas levemente ricas -> maior velocidade de propagação da chama
Prof. Dionisio Mateo Cardille
14.1 - Octanagem É o índice de resistência à detonação de combustíveis Uma gasolina de octanagem 87 tem:
Resistência à detonação equivalente de 87% de isoctano e 13% de n-heptano.
Isoctano: HC saturado, é considerado o melhor exemplar da substância gasolina, por entrar em combustão completa, estando em presença de atmosfera rica em oxigênio.
Determinação da octanagem:
Método MON (Motor Octane Number) avalia a resistência da gasolina à detonação, com motor em plena carga e alta rotação.
Método RON (Research Octane Number) avalia a resistência da gasolina à detonação, com motor a plena carga e baixa rotação (até 3000 rpm).
Índice de Octanagem IAD (Índice Antidetonante) = (MON + RON)/2.
Prof. Dionisio Mateo Cardille
O álcool etílico aumenta a octanagem da gasolina pelo seu baixo poder calórico
Etanol é derivado de amidos como cana, sorgo, cevada e milho, com octanagem de 113 (versus 107 para metanol ).
Possui queima limpa em função da alta octanagem
Etanol hidratado = Etanol vendido nos postos (95% etanol) Etanol anidro = misturado à gasolina (99% etanol)
14.2 - Perdas
14.3 - Emissões
Emissões de poluentes de um veículo:
- Gases refrigerantes emitidos do ar condicionado por vazamentos, perdas durante a recarga, com adição de CO2 ou no sucateamento.
- Poluentes emitidos pelo motor (NOX, CO e compostos orgânicos voláteis – COV’s) sofrem reação fotoquímica e forma na atmosfera indiretamente o ozônio (outro gás de efeito estufa).
Dióxido de Carbono (CO2)
Quanto + novo o veículo, + eficiente é a combustão, com menos gases derivados da combustão incompleta e, portanto + CO2. (Efeito estufa)
Óxido Nitroso (N2O)
Gás do efeito estufa extremamente influente,
14.3 - Emissões
As emissões de NOx atingem seu máximo nível quando o motor funciona com misturas levemente pobres
O controle preciso da mistura não resolve o problema desta emissão. A solução é recircular os gases de escape + pós-tratamento de catalisador de 3 vias
NOx – óxido de nitrogênio
"EGR" - Exhaust Gás Recirculation
Controla a T da câmara de combustão reduzindo os Nox
14.3 - Emissões Metano (CH4)
Gás incolor que se adicionado ao ar vira inflamável (é o + simples dos HC) Catalisadores reduzem o CH4 .
Monóxido de carbono (CO)
Produto da combustão incompleta, depende da estequiometria.
Concentração alta durante a combustão (uma porção dele é oxidada e forma CO2). Em mistura pobre sua emissão é baixa.
14.3 - Emissões
15 - Turbocompressores
Turbo convencional:
Inconveniente: Em baixas rpm o eixo é impulsionado só pelo escape (motor se comporta como Atm).
Se usar um turbo pequeno para baixas , em altas rpm o turbo não tem capacidade de comprimir todo o ar que necessita o motor.
Para corrigir este inconveniente : turbo de geometria variável.
15.1 – Turbo com geometria variável
Baixas r.p.m :fecham as aletas (diminui a secção entre elas e aumenta a V dos gases de escape que incidem com mais força sobre as pás)
menor secção = maior velocidade.
Altas r.p.m : + P no coletor de adm., a válvula pneumática empurra o sistema de comando das aletas. Estas se movem para posição de abertura que diminui a V dos gases de
- O turbo trabalha a altas temperaturas
- Lubrificação dos suportes e eixos é comprometida
- Risco de película e carvão nos assentos do eixo (gera vibrações com ≠ frequências - Após uso severo do motor em percursos longos, não desliga-lo imediatamente. Aguardar 30 seg. (óleo a 221oC pode carbonizar)
- Após a partida a frio o óleo demora a lubrificar o eixo. 15.2 – Falhas em Turbinas
Insuficiência de óleo:
15.2 – Falhas em Turbinas Óleo contaminado
Impurezas do óleo entopem as câmaras de lubrificação da carcaça central e os canais de lubrificação do mancal radial e do colar.
15.2 – Falhas em Turbinas
Quando houver alguma manutenção nos coletores é importante verificar se não sobrou nenhum resíduo de junta, arruela, parafuso ou qualquer outro metal.
Ingestão de objeto estranho
A válvula wastegate é a válvula de alívio para a turbina. Em determinada P lida na saída do turbo, ela se abre e libera o gás em excesso.
Sai de fabrica com marcações no atuador, que são seus limites de trabalho.
Se a mesma for “aberta” para maior desempenho, a garantia é perdida, com risco de Turbo violado
Consumo de óleo por obstrução no duto de retorno de óleo Efeitos:
- Fumaça azul;
- Perda de potência;
- O óleo lubrificante é forçado para dentro da turbina e do compressor;
- Contaminação no intercooler;
- Óleo do motor detectado no intercooler.
Causas:
- Duto de retorno do óleo tensionado ou curvado; - Uso de compostos de vedação em vez do jogo de juntas;
- Troca do duto de retorno sem a substituição da conexão do motor.
15.2 – Falhas em Turbinas
16 - Sistema de Ignição
Função: Faísca dentro da câmara de combustão no momento exato. Distribuidor: Envia corrente ao cilindro
que fará a explosão (sincronizado com o motor) Conectado ao comando de
válvulas ou virabrequim;
Cabos: Conduzem a tensão da bobina até as velas;
Bobina: Por indução eleva a tensão para vencer a resistência (p.ex. 50k V);
Condensador/Capacitor: Minimiza o faiscamento em seus contatos;
Nos últimos 20 anos o sistema de ignição foi incorporado à central de injeção eletrônica.
Se a centelha ocorrer quando o pistão atinge o PMS, este já vai ter se movido um
pouco para baixo no tempo 3 antes que os gases no cilindro atinjam o pico de pressão. Assim a centelha deve ocorrer antes que o pistão atinja o PMS.
O momento da ignição pode ser adiantado ou atrasado, dependendo das condições.
Avanço:
Tempo de queima da mistura e percurso da energia pelos cabos é constante. A velocidade dos pistões é proporcional à rotação.
Quanto maior rpm, mais cedo deve ocorrer a centelha.
Para minimizar as emissões, quando não é necessária P máxima, atrasa-se a
ignição (centelha p/ mais perto do fim do curso de compressão)
Sistemas modernos tem um sensor de rotação para determinar
o funcionamento da bobina (transformador de ignição ) e avanço de ignição eletronicamente.
Motores modernos podem ter 1 bobina por cilindro, acoplada na vela (elimina o cabo). A UCE gerencia cada cilindro independente e corrige o ponto a cada ciclo.
Sistema de ignição com centelha perdida:
Quando os gêmeos aproximam do PMS, duas centelhas são geradas ao mesmo tempo, o cilindro que estiver em compressão inicia o processo de combustão.
No outro cilindro a centelha salta sem função. Vantagens:
· Sistema de Bobinas mais simples (não necessário 1 por cilindro); · Menos módulos de ignição;
· A centelha no escape ajuda na limpeza dos resíduos de sub-produtos da combustão (melhora do acionamento da turbina, quando o caso).
· É possível utilizar uma bobina por cilindro, porém acionadas duas a duas.
As velas “falam”:
17 - Alimentação 17.1 - Carburador
Função: Fornecer ao motor a mistura ar/combustível pulverizada em proporção exata em todos os regimes de aceleração e carga.
Borboleta quase fechada - velocidade do ar reduzida e fornecimento de combustível insuficiente.
A mistura fornecida é rica.
Posição intermediária da borboleta - depressão no difusor é suficiente. A mistura fornecida torna-se normal.
Borboleta totalmente aberta - velocidade do ar é máxima. A mistura fornecida torna-se muito pobre.
Substitui o carburador dos 90 anos anteriores.
Um bico injetor faz a injeção do combustível no inicio do coletor de admissão
O combustível era pulverizado de uma vez para todos os cilindros (muito desperdício) No Brasil : Gol GTI, Linha Monza e Kadett e Fiat 1.3L e 1,5L, entre outros nos anos 90
17.2 – Injeção Eletrônica
Sistema Monoponto
Um injetor para cada cilindro (+ próximo da câmara) Sistema Multiponto
Sistema Multiponto
Sensores e atuadores do sistema de injeção
Sensores:
Instalados em vários pontos do motor enviam informações à Central (sinais de entrada). Atuadores:
Recebem informações da Central e atuam no
sistema de injeção, variando o volume de combustível, corrigindo o ponto de ignição, marcha lenta, etc.
Central eletrônica
A ECU usa dados dos sensores p/ controlar variáveis em um motor, através dos atuadores.
Funções básicas:
- Controlar a mistura ar-combustível. - Controlar a marcha lenta
- Controlar o tempo de ignição ( e até comando de válvulas)
- Sistemas complexos como controle de tração, estabilidade, alarmes, ABS, etc... Se o coração do carro é o motor, o cérebro é a ECU / Central Eletrônica / Módulo
Através de sistemas como o SFS, as características da combustão são identificadas por meio de sinais da Sonda Lambda, monitorando o λ (altera tempo e ponto de ignição)
Sensor de posição da borboleta (ou potênciomentro):
Informa a Central o ângulo de abertura (o quanto o motorista está acelerando ) e o utiliza para calcular instantaneamente a quantidade de combustível pulverizado.
Sensor de temperatura do ar
Informa para a Central qual a temperatura do ar admitido
Sensor de temperatura da água
Informa para a Central qual a temperatura da água do motor.
Sensor de oxigênio (sonda lambda):
Informa a Central como está a queima do combustível (rica ou pobre) . Assim a Central controla a quantidade de combustível a ser injetado.
Sensor MAP (Coletor):
Informação a pressão absoluta para calcular a massa do ar admitido e o avanço da ignição. Quando se liga a ignição sem funcionar o motor, fornece a P barométrica do local (variação de altitude).
Sensor MAF (Coletor):
Atuador de Marcha Lenta:
Garante uma marcha lenta estável, com compensações durante o funcionamento (rpm maior no aquecimento, ar condicionado, etc...)
Sensor de Detonação:
No bloco do motor, converte as vibrações do motor em sinais elétricos. Ao recebê-los, a Central faz com que o motor funcione com o ponto de ignição o mais adiantado possível.
Sensor de Rotação:
Informa a Central, por uma roda dentada magnética com marcas de referência,
qual a posição do virabrequim e rpm (originando o momento certo da faísca e injeção). O Hall tem função semelhante.
Este sensor possibilitou:
- O uso de bobinas diretas (coil-on-plug) sem cabos de vela, reduzindo a 0 o ruído eletromagnético da ignição.
- Acabamento estético melhor sem cabos de vela (com redução de custos) - Com o motor funcionando, a passagem dos ressaltos da roda fônica frente ao
sensor gera variação no campo magnético do sensor, gerando uma tensão que é enviada a ECU.
Sensor de fase:
Informa a posição do eixo comando de válvulas e fase de cada cilindro (admissão, expansão, compressão ou escape)
Sensor de Fase – Tipo efeito Hall:
Equipou os motores que usaram a
Ignição Dinâmica.
Fica no distribuidor, usando um rotor de 4 janelas, (3 iguais e 1 maior). Em giro, quando a janela está entre o sensor e o imã, o fluxo de campo é máximo por um período de tempo. Quando a janela maior está entre o sensor e o imã, o fluxo é máximo por um período de tempo maior.
Bomba de combustível
Filtro
Flauta Bicos injetores
Regulador de pressão Caminho do combustível:
Ranger não apresenta o funcionamento da bomba de gasolina
Analisar quanto a falta de alimentação no conector da bomba. Verifique a localização do interruptor inercial, sua função é de interromper o funcionamento da bomba de combustível no caso de colisão. Ocasionalmente o interruptor é acionado através dos buracos na rua.
Fiesta 1.4 16v tem o motor com funcionamento irregular em baixa rotação
Verificar quanto ao aquecimento e a limpeza do fio do sensor de massa de ar MAF. Se algum tipo de sujeira ou papel se prender no fio, a informação para a UCE será totalmente falsa.
Escort Zetec apresenta o motor morrendo em desacelerações e em marcha lenta
Verificar quanto ao aquecimento da sonda de oxigênio e/ou circuito do motor de passo. A falta de alimentação ou falha destes componentes são possíveis causadores dessas falhas.
Motor do Ka 1.0 Endura não entra em funcionamento
Analisar quanto ao sinal de tensão para as válvulas injetoras e bobinas. Posteriormente verificar a resistência da bobina e do sensor de rotação.
Focus 1.8 que apresenta cheiro forte no catalisador e alto consumo de combustível
Verificar a vazão e estanqueidade das válvulas injetoras. Caso esteja muito acima do normal, uma limpeza de ser efetuada. Após a limpeza, analisar através de um novo teste os valores. Caso permaneçam acima do normal, as válvulas deverão ser substituídas.
Celta 1.0 com motor falhando em baixa rotação Verificar a mangueira de saída do filtro para a admissão. Esta costuma rachar e dar entrada de ar falso.
Celta 1.0 com motor falhando em todas as rotações.
Verificar as bobinas de ignição, que costumam rachar em sua base e apresentar fuga de corrente Agile 1.4 com a luz de injeção acesa constantemente.
É comum o sistema de injeção Multec reconhecer o combustível erroneamente (entender ser etanol e o veículo estar com gasolina). Assim deve-se reprogramar a central de injeção para correta identificação do combustível.
Cruze 1.8 com pane na bomba de combustível.
Podem ser veículos que ficam muito tempo em estoque com etanol de baixa qualidade no tanque (para redução de custos). Assim criam-se borras e resíduos que atacam os materiais da bomba de combustível. Monza MPFI 2.0 com a luz da injeção acesa constantemente.
Após diagnostico de scanner no sensor map (pressão do coletor), verificou-se que havia problemas na tomada de vácuo do coletor (ligação errada)
Prof. Dionisio Mateo Cardille
Mille Fire com alto consumo e baixa potência.
Verificar se a correia dentada foi substituída. Quando se troca a correia dentada sem a utilização de um gabarito, o comando pode ficar fora de sincronismo provocando problemas como alto consumo e
perda de potência. Isso ocorre devido os motores modernos descartarem a utilização da chaveta que existia nas engrenagens do comando de válvulas.
Palio 1.0 apresentando estouros na admissão.
Após análise do sistema de alimentação e injeção eletrônica, verifique as válvulas do cabeçote quanto a carbonização. O mau assentamento podem provocar o retorno no coletor de admissão.
Marea 2.4 20v apresentando consumo elevado de combustível e baixa potência na estrada
Analisar se a temperatura está normal no trânsito e muito baixa na estrada. Verifique se o veículo possui válvula termostática ou se a mesma está com defeito.
Palio 1.5 reprovado nos testes de gases da inspeção veicular
Verificar caso o software da UCE sofreu alterações (utilização de chip ). Para melhorar a potência de alguns veículos, os condutores utilizam este tipo de recurso. Consequentemente através da queima enriquecida da mistura ar/combustível, prejudicam a atmosfera através da emissão de poluentes. A solução encontrada é a substituição do módulo de injeção.
Tempra 16v falhando após a lavagem
Analisar quanto a entrada de água nas cavidades das velas. Após a secagem, verifique o funcionamento do motor se está normal.
Gol 1.0 Mi apresentando marcha lenta irregular e/ou morrendo constantemente
A região ao redor da borboleta de aceleração pode estar impregnada com restos de óleo vindos da ventilação do cárter. Essa incrutação de resíduos altera a passagem de ar pela borboleta e ultrapassa a faixa de
adaptação da UCE. Deve-ser limpar o corpo de borboleta e verificar o sensor de temperatura, finalizando com um ajuste básico.
Santana MI 2.0 apresenta temperatura elevada, porem o medidor de temperatura informa que está normal Verificar o acionamento da ventoinha e posteriormente a pressão da válvula da tampa do radiador. Se a
pressão do sistema estiver baixa, o líquido entra em ebulição na temperatura abaixo do normal. A solução é a substituição da tampa.
Golf GLX 1.8 com desempenho ruim na estrada
Verificar através do teste de pressão e vazão da bomba de combustível se o fluxo de combustível é suficiente. (no transito da cidade não há inconveniente algum, mas em estradas o veiculo chega a parar por um tempo depois volta a funcionar).
A solução é a troca da bomba de combustível. Kombi com marcha lenta acima do normal
Após analisar a alimentação e ignição, verificar o conector do atuador da marcha lenta, o conector do atuador e o da válvula de purga do canister podem estar invertidos.
Passat 1.8 turbo falhando somente em um cilindro
Analisar quanto ao pulso nas bobinas individuais de ignição. O defeito poderá ser o módulo amplificador de sinal que fica junto do filtro de ar. Após a substituição do módulo, verificar o desempenho do motor.
Prof. Dionisio Mateo Cardille
FIT 2008 O motor aos 5000 rpm começa a “cortar”, oscilando desde os 4800rpm. Em movimento, acima de 2000 rpm o motor apresenta “engasgos”
Verificar as velas, principalmente as de acesso mais difícil, que raramente são trocadas (utiliza-se 8 velas neste veículo).
Clio RN 1.0 2001 motor morre e não funciona mais (intermitente): Após verificação com scanner, a luz de injeção não acendia (suspeita de problema de alimentação na ECU) . Ao verificar todos os contatos, notou-se que o
problema estava no conector que liga os reles de comando à central e bomba ao resto do chicote. Os contatos estavam oxidados.
Hilux 3.0 diesel D4D perdendo aceleração em retomadas.
Scanner acusava falha válvula de controle de ar, assim retirou-se o coletor e constatou-se excesso de borra (adv indo de ar mal filtrado);
Hilux 3.0 diesel D4D apresenta luz de injeção acesa com motor frio com perda de potência. Com o motor quente o defeito cessa. Verificar bicos injetores e bomba, que tiveram recall neste modelo.
Corolla apresenta falhas no motor em todos os regimes. Após o diagnóstico, foi comprovado que um dos quatro bicos injetores estava ‘travado’. Após a limpeza com ultrasom em máquina apropriada, o bico voltou a funcionar perfeitamente
Corolla com falhas intermitentes na aceleração: a sonda costuma apresentar baixa vida útil (< 60 mil km) gerando baixa velocidade de resposta, até chegar ao ponto de a ECU ignorar os parâmetros gerados pela peça.
Peugeot 206 não liga: Não é incomum um defeito no sensor de rotação ou no seu conector que faz o motor não ligar. Pode-se tentar uma limpeza antes de partir para a troca da peça.
Peugeot 206 com motor falhando: Verificar a bobina de ignição e os cabos
Peugeot 206 com luz de injeção acesa e falhas: Verificar corpo de borboletas (limpeza ou substituição). Clio 1.6 16V motor morreu e não pegou mais: Não houve falha nenhuma no cilindro. Verificado P e Vazão da bomba, sensor de rotação, sincronismo de correia, rastreamento e nada foi detectado. Notou-se que o sinal + dos bicos, após a partida, era interrompido, e também o relé principal não funcionava. Pelo histórico de queima de bobina neste veículo, a peça foi substituída e o motor voltou a funcionar perfeitamente.
