MOTORES DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO
MOTORES DIESEL
Fig. 1 – Motor de ignição por compressão (ICO). Fonte: Apostila Técnica Bosch, Bomba injetora PE e PF.
Os motores de ignição por compressão (ICO), também denominados de motores diesel podem funcionar tanto com ciclos de quatro tempos quanto de dois tempos. Porém, a grande maioria opera à quatro tempos. Esses motores são conhecidos como motores diesel porque o combustível tradicionalmente usado é o óleo diesel. Porém, pode usar qualquer combustível de cadeia carbônica longa tais como os óleos vegetais ou os óleos transesterificados (biodiesel).
Os motores ICO, no tempo de admissão, aspiram apenas ar quando o êmbolo se desloca do PMS ao PMI estando a válvula de admissão aberta; vide figura 2. No tempo de compressão, o êmbolo desloca-se do PMI ao PMS, estando as válvulas fechadas, comprimindo o ar com uma taxa de compressão superior à 16:1, de forma que a temperatura do ar atinja valor bem superior à temperatura de ignição espontânea do combustível. Quando o êmbolo se aproxima do PMS, no final do curso de compressão, o combustível é injetado. O combustível espalha-se na câmara de combustão formando zonas de mistura ar-combustível muito rica, zonas de mistura estequiométrica e zona de mistura muito pobre. No local da câmara que existir uma mistura dentro do limite de inflamabilidade e com a temperatura de auto-ignição, ela entra em combustão espontânea. No fim do curso de compressão o ar atinge pressão com valor entre 30 e 55 kgf/cm2 e a temperatura do ar vai a valores entre 700 e 900 oC. A expansão da mistura gasosa realiza trabalho contra o êmbolo deslocando-o do PMS ao PMI, com as válvulas fechadas. Em seguida a válvula de escapamento é aberta e o êmbolo expulsa os gases de combustão ao se deslocar do PMI ao PMS.
Sistemas de injeção:
Fig. 3: Sistema de injeção, bomba em linha. Fonte: Apostila técnica Bosch. Bombas injetoras PE e PF.
A figura 3 apresenta o esquema de um sistema de injeção com bomba em linha. Neste sistema o óleo é aspirado do tanque de combustível pela bomba de alimentação. A bomba de alimentação pode operar manualmente através de uma manopla no seu corpo ou mecanicamente através de um êmbolo acionado por um cames no corpo da
bomba principal. O óleo passa por um pequeno filtro no corpo da bomba de alimentação e é transferido com uma pressão de aproximadamente 1 kgf/cm2, passando através de um conjunto de filtros e chegando a câmara de aspiração da bomba principal, que alimenta o conjunto de elementos bomba da bomba injetora em linha. Existe tanto elemento bomba quanto o número de cilindros do motor. Cada elemento bomba comprime o óleo diesel à uma pressão suficiente para abrir os bicos injetores que são regulados, em geral, a uma pressão entre 150 kgf/cm2 e 250 kgf/cm2, dependendo do combustível e do projeto do motor.
A pressão de 1 kgf/cm2 do circuito de alimentação é mantida por uma válvula de alívio localizada no filtro ou na galeria de alimentação dos elementos bomba. O combustível aliviado retorna para o tanque de combustível. A pressão de injeção, da ordem de 150 à 250 kgf/cm2, é mantida constante pela pressão de injeção ajustada no bico injetor. O excesso de combustível retorna ao tanque.
Tipo de injeção:
Quando o combustível é injetado diretamente na câmara de combustão, tal como na figura 4, diz-se que o motor é de injeção direta.
Fig. 4: Motor de injeção direta.
Quando o combustível é injetado numa anticâmara como a da figura 5, diz-se que o motor é de injeção indireta.
Elementos de bomba da bomba em linha:
As bombas injetoras em linha têm um eixo de comando que é acionado pelo comando de válvulas do motor ou por um sistema de transmissão tal que mantenha a injeção do combustível sincronizada com o movimento dos cilindros. Portanto, nos motores ICO de quatro tempos, o eixo da bomba injetora deve girar com a metade da rotação do girabrequim. As bombas injetoras em linha possuem elementos de bomba em número igual ao número de cilindros do motor. Cada elemento é constituído por um pistão e um cilindro, figura 6. Os pistões são acionados pelo cames do eixo de comando da bomba, através do tucho de roletes.
Fig. 6: Elementos da bomba.
Fonte: Apostila técnica Bosch. Bombas injetoras PE e PF.
Na parte superior do cilindro existe uma válvula de pressão cuja finalidade é manter pressurizada a linha da bomba ao bico injetor.
O débito de combustível em cada ciclo de injeção e em cada elemento de bomba é controlado pelo movimento rotativo do pistão que é acionado pela cremalheira que por sua vez é comandada pelo acelerador do veículo. A cremalheira aciona a manga de regulagem que desloca a asa do pistão fazendo o pistão mover-se no sentido horário e anti-horário, além do movimento alternativo do pistão. O pistão possui externamente uma ranhura
longitudinal e uma hélice (ranhura oblíqua fresada), figura 7. O cilindro do elemento bomba possui dois orifícios, um inclinado para promover a lubrificação do êmbolo, e o outro radial para alimentação e alívio do cilindro do elemento bomba.
Fig. 7: Detalhes dos elementos de bomba. Fonte: Folder Bosch.
Quando o pistão está no PMI o óleo que se encontra na câmara de aspiração, à 1 kgf/cm2, entra no cilindro do elemento bomba. Quando o cames da bomba aciona o pistão e o topo dele fecha o orifício de alimentação, a pressão no interior do cilindro aumenta até vencer a força da mola da válvula de descarga no topo do elemento bomba. O pistão continua o seu movimento ascendente aumentando a pressão do óleo até que seja suficiente para abrir o bico injetor, figura 9. O fim do débito de óleo acontece quando a ranhura a hélice do pistão coincide com o furo de alimentação.
Fig. 8 – Detalhes do débito de combustível. Fonte: Folder Bosch.
Ao Girar o pistão no sentido horário ou anti-horário o débito de combustível é controlado pois, a ranhura helicoidal determina o fim do débito ao atingir o furo de alimentação. Quando a ranhura vertical do pistão coincide com o furo de alimentação, o débito de combustível é nulo, portanto o motor não funciona. A cremalheira de controle de débito é acionada pelo acelerador do veículo.
Bico injetor:
Fig. 9 – Bico injetor. Fonte: Folder CAV.
O combustível chega ao bico injetor atuando na base da agulha. Quando a pressão do combustível for suficiente para vencer a força da mola, a agulha se levanta debitando o combustível na câmara de combustão. A pressão de abertura do bico pode ser aumentada ou reduzida atuando-se no parafuso de regulagem sobre a mola. Na maioria dos motores fabricados antes de 2003 a pressão de injeção é regulada entre 150 e 250 kgf/cm2. Quanto maior a pressão de injeção menor será o diâmetro médio das gotas injetadas.
Regulador de rotação:
A rotação de um motor de ignição por compressão costuma variar mesmo que se mantenha fixa a posição da alavanca de comando da bomba injetora. Com a posição da alavanca de comando em marcha lenta, por exemplo, a rotação do motor pode cair até que ele pare ou pode aumentar indefinidamente. Portanto, é necessário um regulador de rotação que mantenha o motor com rotação mais estável para qualquer posição da alavanca de comando. Existem reguladores de rotação que atuam em todos os regimes de funcionamento do motor e existem reguladores que atuam em marcha lenta e em plena carga. Para uso veicular é mais comum os reguladores que atuam em marcha lenta e em plena carga, pois, nas cargas intermediária o próprio motorista faz o controle de rotação, ou velocidade, alterando a posição da alavanca de comando da bomba através do acelerador. A figura 10 apresenta o regulador centrífugo RQ da Bosch. O regulador RQ é um regulador
mecânico baseado no princípio da força centrífuga e da ação de molas para o seu desempenho. Ele é acionado pelo eixo de comando da bomba injetora. A força centrífuga desenvolvida nos “contrapesos” atua sobre o “pino de regulagem” e, através da “alavanca reguladora” atinge a “haste de regulagem”.
Fig. 10 – Regulador centrífugo RQ. Fonte: Folder Bosch.
Os movimentos do pino de regulagem são transmitidos à haste de regulagem obedecendo a uma relação de transmissão no âmbito de 1:1,35 a 1:3,23, que é variada através do deslocamento do ponto de apoio da alavanca reguladora.
No momento da partida os motores de ignição por compressão necessitam de um débito adicional para facilitar a sua entrada em operação. Para isso, o motorista deve pisar no acelerador até sua posição final de tal modo que a alavanca de comando da bomba seja acionada completamente, à esquerda da figura 11. Quando o motor entra em operação a força centrífuga dos contrapesos atua no sentido de trazer a haste de regulagem para trás, reduzindo o débito de combustível. Em seguida o motorista tira o pé do acelerador trazendo a alavanca de comando para a posição de marcha lenta, à direita da figura 11. De início, na posição de marcha lenta, a tendência do motor é de ter sua rotação reduzida, aí as molas do contrapeso atuam no sentido de empurrar a haste de regulagem no sentido de aumentar o débito de combustível.
Depois que o motor esquenta, na posição de marcha lenta, a tendência do motor é de ter a sua rotação aumentada, pois os atritos internos diminuem. Então, a força centrífuga atua no sentido de diminuir o débito de combustível.
Fig. 12 – Posições de funcionamento do regulador. Fonte: Folder Bosch. Quando o motor opera em plena carga a ação da força centrífuga nos contrapesos atua no sentido de recuar a haste de regulagem diminuindo o débito de combustível, figura 12.
Fig. 13 – Ação das molas do regulador. Fonte: Folder Bosch.
Na figura 13, a mola mais externa atua na regulagem da marcha lenta, deslocando o contrapeso em até 6 mm o que resulta no deslocamento da haste de regulagem de até 8 mm.
Durante as cargas parciais o contrapeso permanece comprimindo a mola mais externa e apenas encostado nas duas molas mais internas (molas de plena carga). Na plena carga a força centrífuga do contrapeso vence a ação de todas as molas deslocando-se mais 5 mm o que corresponde à 16 mm na haste de regulagem.
Existe diversos tipos de reguladores de rotação. Na figura 14 observa-se o regulador centrífugo variável RSV Bosch que regula a rotação em qualquer carga. Ele possui apenas uma mola reguladora, que é basculante. Ao se ajustar a rotação na alavanca de comando a posição e a tensão da mola se modificam de uma maneira tal que o torque que atua na alavanca de regulagem fica em equilíbrio com o torque produzido pelos contrapesos à rotação desejada. Na partida, a mola de partida traz a haste de regulagem para a posição de partida, ajustando o débito de combustível.
Fig. 14 – Regulador centrífugo variável RSV. Fonte: Folder Bosch.
A figuras 15 mostra a atuação da mola de regulagem basculante que age em todos os âmbitos de carga. Já a figura 16 mostra a atuação da mola de partida que atua especificamente durante a operação de partida.
Fig. 15 – Atuação da mola reguladora basculante. Fonte: Folder Bosch.
Fig. 16 – Atuação da mola de partida. Fonte: Folder Bosch.
A figura 17 mostra uma bomba injetora em linha completa, destacando-se o regulador centrífugo de rotação e o avanço de centela.
