Motores Diesel

TÉCNICAS DE MOTOR DIESEL

SENAI-RJ • Automotiva


FIRJAN – Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro Eduardo Eugenio Gouvêa Vieira Presidente Diretoria Corporativa Operacional Augusto Cesar Franco de Alencar Diretor SENAI – Rio de Janeiro Fernando Sampaio Alves Guimarães Diretor Regional Diretoria de Educação Regina Maria de Fátima Torres Diretora


SENAI-RJ 2002

Técnicas de Motor Diesel 2002 SENAI – Rio de Janeiro Diretoria de Educação

FICHA TÉCNICA

Gerência de Educação Profissional Gerência de Produtos Automotivos Produção Editorial Pesquisa e Conteúdo de Redação Revisão Pedagógica Revisão Gramatical Revisão Editorial Revisão Técnica Projeto Gráfico Editoração Eletrônica

Luis Roberto Arruda Darci Pereira Garios Vera Regina Costa Abreu Corpo Docente da Agência de Manutenção Automotiva da Unidade Tijuca Neise Freitas da Silva Mário Élber dos Santos Cunha Rita Godoy Denver Brasil Pessôa Ramos Sílvio Romero Soares de Souza Artae Design & Criação Emerson Gonçalves Moreira

Edição revista do material Técnicas de Motor Diesel , compilação de trabalhos publicados pela FORD do Brasil. Material para fins didáticos Reprodução, total ou parcial, sob expressa autorização. autorização .

Rua Mariz e Barros, 678 – Tijuca 20270-002 – Rio de Janeiro – RJ Tel.: (0xx21) (0xx21 ) 2587-1122 Fax: (0xx21) 2254-2884 http://www.rj.senai.br

Sumário APRESENTAÇÃO .................................................................................. 11 UMA PALAVRA PALAVRA INICIAL INICIAL ...................... ................................. ...................... ...................... ....................... ................ .... 13

1

Motor de combustão interna .................................................................. 17 Objetivos dos participantes .............................................................. ............................... ............................................................... .............................................. .............. 1 9 Propósitos e funções........................................................................................................................19 O processo de combustão .............................................................................................................20 Criando movimento mecânico ............................................................. .............................. ............................................................... ......................................... ......... 2 0 O ciclo de quatro tempos...............................................................................................................21 Diâmetro, curso e cilindrada ..........................................................................................................21 Tempo de admissão ............................................................. ............................. ............................................................... ............................................................. .............................. 2 2 Tempo de compressão ............................................................ ............................ ............................................................... ........................................................ ......................... 2 3 Taxa de compressão.........................................................................................................................23 Tempo de escapamento ..................................................................................................................24 Considerações finais ............................................................ ............................ ............................................................... ............................................................. .............................. 2 5

2

Conjunto Conjunto do bloco do motor ...................... ................................. ....................... ....................... ..................... .......... 27 Objetivos dos participantes .............................................................. ............................... ............................................................... .............................................. .............. 2 9 Conjunto do bloco do motor........................................................................................................29 Componentes maiores ....................................................................................................................30 Camisa de cilindro.............................................................................................................................31

Alojamento da árvore de manivelas .......................................................................................... 32 Árvore de manivelas .............................................................. .............................. ............................................................... ........................................................ ......................... 3 3 Folga dos mancais ........................................................................................................................... 35 Mancal de encosto ......................................................................................................................... 36 Amortecedor de vibrações ......................................................................................................... 36 Biela..................................................................................................................................................... 37 Lubrificação das paredes paredes dos cilindros ............................................................ ............................. ........................................................ ......................... 3 7 Pistão.................................................................................................................................................. 38 Anéis dos pistões............................................................................................................................ 39

3

Trem de válvulas ................................................................................... 43 Objetivos dos participantes ........................................................... ............................ .............................................................. .............................................. ............... 4 5 Vista geral sobre os tipos de trem de válvul as ....... ........... ........ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ........ ....... ....... ........ ....... ... 45 Teoria e operação das válvulas no cabeçote (OHV) ............................................................ 49 Teoria e operação das árvores do comando comando de válvulas no cabeçote cabeçote (OHC) ............. 60

4

Sistema de lubrificação ......................................................................... 69 Objetivos dos participantes ........................................................... ............................ .............................................................. .............................................. ............... 7 1 Descrição e operação.................................................................................................................... 71 Óleo do motor ............................................................. .............................. ............................................................... ............................................................... ................................... .... 7 1 Pressão de lubrificação.................................................................................................................. 73 Desgastes no óleo........................................................................................................................... 74 Troca de óleo .................................................................................................................................. 74 Cárter de óleo .............................................................. ............................... ............................................................... ............................................................... ................................... .... 7 4 Peneira de óleo................................................................................................................................ 75 Bomba de óleo................................................................................................................................. 75 Tipos de bombas de óleo ............................................................... ................................ .............................................................. .............................................. ............... 7 5 Filtro de óleo.................................................................................................................................... 77 Vedadores de óleo ......................................................................................................................... 78

Vareta de medição.......................................................................................................................... 78 Indicador de pressão de óleo .............................................................................................. 79

5

Sistema de entrada de ar....................................................................... 81 Objetivos dos participantes ................................................................................................. 83 Ca mi nh os in te rn os ............... ....................... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............ .... 8 4 Sistema de indução variável ................................................................................................ 85 Si s te ma IM RC .............. ...................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ......... 8 5 Vá l vu la IM T .............. ...................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............. ...... 8 6 In du çã o fo rç ad a ............. .................... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............ .... 86 Turboalimentação..................................................................................................................... 87 S u p e r a l i m e n t a ç ã o ............... ...................... ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............. ...... 8 9

6

Sistema de escapamento ...................................................................... 91 Objetivos dos participantes ................................................................................................. 93 Desc De scri riçã ção o e prop pr opós ósit itoo .............. ...................... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............. ...... 9 3 S i l e n c i a d o r ............... ....................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............. ...... 9 4 Conv Co nv er so r ca ta lí ti co ......... ................ ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... .............. ....... 9 4

7

Sistema de arrefecimento..................................................................... 95 Objetivos dos participantes ................................................................................................. 97 Descrição e operação.............................................................................................................. 97 A r r e f e c i m e n t o .................. .......................... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ........... 9 8 Bo mb a d’ ág ua .............. ...................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ......... 99 Ter m o s t a t o .............. ...................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ........... .... 10 0 Ventilador de arrefecimento.............................................................................................102 Acio Ac iona name ment nto o do ve ntil nt il ador ad or d e ar re feci fe cime ment nto o ....... ........... ....... ....... ........ ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... .......1 ....102 02 Rese rvató rio de expansão expa nsão do líquido líq uido de arre feci mento ..... ........ .......... .......... .......... .......... .............. ..... 103 Ga r ra fa De ga s .............. ...................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... ............. ......10 10 4

Tampa de pressão .......................................................................................................................... 104 Radiador ............................................................................................................................................ 105

8

Motor

diesel ................. .................................. .................................. .................................. .................................. .............................. .............

107

Objetivos dos participantes ................................................................................................. 109 D e s c r i ç ã o .............. ...................... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ........... 109 10 9 Bloco Bl oco de cili ci lind ndro ross ........... ................... ............... .............. ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... ............... ............... ............... ............... .......... ... 110 11 0 Camisas úmidas ........................................................... ........................... ............................................................... ............................................................... ..................................... ..... 11 0 Árvore de manivelas ............................................................ ............................. ............................................................... .......................................................... .......................... 11 1 Bielas ............................................................... ................................ ............................................................... ............................................................... .................................................... ..................... 11 1 Pistões e anéis.................................................................................................................................. 111 Cabeçote........................................................................................................................................... 111 Projeto de câmara de de combustão combustão aberta ............................................................ ............................ ..................................................... ..................... 11 2 Projeto de câmara de pré-combustão...................................................................................... 112 Válvulas e assento das válvulas ............................................................... ................................ ............................................................... ..................................... ..... 11 3 Sistema de lubrificação .............................................................. .............................. ............................................................... .................................................... ..................... 11 3 Sistema de arrefecimento............................................................................................................. 114 Sistema de injeção de combustível ............................................................................................ 115

9

Processo de diagnóstico ....................................................................... 117 Objetivo dos participantes ............................................................ ............................ ............................................................... ............................................... ................ 11 9 ............................. ................... ................ ....... 11 9 O processo Sintoma para Sistema para Componente para Causa ...................

Exemplo ............................................................................................................................................ 120

Técnicas de Motor Diesel – Apresentação

Apresentação A dinâmica social dos tempos de globalização exige dos profissionais atualização constante. Mesmo as áreas tecnológicas de ponta ficam obsoletas em ciclos cada vez mais curtos, trazendo desafios renovados a cada dia, e tendo como conseqüência para a educação a necessidade de encontrar novas e rápidas respostas. Nesse cenário, impõe-se impõe-se a educação continuada, continuada, exigindo que os profissionais profissionais busquem atualização atualização constante durante toda a sua vida – e os docentes e alunos do SENAI/RJ incluem-se nessas novas demandas sociais. É preciso, pois, promover, tanto para os docentes como para os alunos da educação profissional, as condições que propiciem o desenvolvimento de novas formas de ensinar e aprender, favorecendo o trabalho de equipe, a pesquisa, a iniciativa e a criatividade, entre outros aspectos, ampliando suas possibilidad possibilidades es de atuar com autonomia, autonomia, de forma competente. competente. Este material apresenta os principais componentes dos motores automotivos e, em especial, as características do motor diesel . Lembramos a você a necessidade de estar atento às rápidas mudanças que ocorrem, pela constante evolução dos novos automóveis, utilizando para tanto outras fontes de consulta e, principalmente, os manuais de uso e reparações que acompanham cada modelo. Esperamos que os conteúdos aqui abordados sejam úteis ao seu aprendizado e atualização profissi profissional onal..

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Técnicas de Motor Diesel – Uma Palavra Inicial

Uma palavra inicial Meio ambiente... Saúde e segurança no trabalho... O que é que nós temos a ver com isso? Antes de iniciarmos o estudo deste material, há dois pontos que merecem destaque: a relação entre o processo produtivo e o meio ambiente; e a questão da saúde e segurança no trabalho. As indústrias indústrias e os negócios são a base da economia economia moderna. Produzem os bens bens e serviços necessários, e dão acesso a emprego e renda; mas, para atender a essas necessidades, precisam usar recursos e matérias-primas. Os impactos no meio ambiente muito freqüentemente decorrem do tipo de indústria existente no local, do que ela produz e, principalmente, de como produz. É preciso entender que todas as atividades humanas transformam o ambiente. Estamos sempre retirando materiais materiai s da natureza, transformando-os e depois jogando o que “sobra” de volta ao ambiente natural. Ao retirar do meio ambiente os materiais necessários para produzir bens, altera-se o equilíbrio dos ecossistemas e arrisca-se ao esgotamento de diversos recursos naturais que não são renováveis ou, quando o são, têm sua renovação prejudicada pela velocidade da extração, superior à capacidade da natureza para se recompor. É necessário fazer planos de curto e longo prazo, para diminuir os impactos que o processo produtivo causa na natureza. Além disso, as indústrias precisam se preocupar com a recomposição da paisagem e ter em mente a saúde dos seus trabalhadores e da população que vive ao seu redor. Com o crescimento da industrialização e a sua concentração em determinadas áreas, o problema da poluição aumentou e se intensificou. A questão da poluição do ar e da água é bastante complexa, pois as emissões emissões poluentes se espalham de um ponto fixo para uma grande grande região, região, dependendo dependendo dos ventos, do curso da água e das demais condições ambientais, ambienta is, tornando difícil localizar, com precisão, pre cisão, a origem do problema. No entanto, é importante repetir que quando as indústrias depositam no solo os resíduos, quando lançam efluentes sem tratamento em rios, lagoas e demais corpos hídricos, causam danos ao meio ambiente.

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O uso indiscriminado dos recursos naturais e a contínua acumulação de lixo mostram a falha básica de nosso sistema produtivo: ele opera em linha reta. Extraem-se as matérias-primas através de processos de produção desperdiçadores e que produzem subprodutos tóxicos. Fabricam-se produtos de utilidade limitada que, finalmente, viram lixo, o qual se acumula nos aterros. Produzir, consumir e dispensar bens desta forma, obviamente, não é sustentável. Enquanto os resíduos naturais (que não podem, propriamente, ser chamados de “lixo”) são absorvidos e reaproveitados pela natureza, a maioria dos resíduos deixados pelas indústrias não tem aproveitamento para qualquer espécie de organismo organismo vivo e, para alguns, pode até ser fatal. O meio ambiente pode absorver resíduos, redistribuí-los e transformá-los. Mas, da mesma forma que a Terra possui uma capacidade limitada de produzir recursos renováveis, sua capacidade de receber resíduos também é restrita, e a de receber resíduos tóxicos praticamente não existe. Ganha força, atualmente, a idéia de que as empresas devem ter procedimentos éticos que considerem a preservação do ambiente como uma parte de sua missão. Isto quer dizer que se devem adotar práticas voltadas para tal preocupação, preocupação, introduzindo introduzindo processos processos que reduzam reduzam o uso de matérias-primas matérias-primas e energia, diminuam os resíduos e impeçam a poluição. Cada indústria tem suas próprias características. Mas já sabemos que a conservação de recursos é importante. Deve haver crescente preocupação com a qualidade, durabilidade, possibilidade de conserto e vida útil dos produtos. As empresas precisam não só continuar reduzindo a poluição, como também buscar novas formas de economizar energia, melhorar os efluentes, reduzir a poluição, o lixo, o uso de matérias-primas. Reciclar e conservar energia são atitudes essenciais no mundo contemporâneo. É difícil ter uma visão única que seja útil para todas as empresas. Cada uma enfrenta desafios diferentes e pode se beneficiar de sua própria visão de futuro. Ao olhar para o futuro, nós (o público, as empresas, as cidades e as nações) podemos decidir quais alternativas são mais desejáveis e trabalhar com elas. Infelizmente, tanto os indivíduos quanto as instituições só mudarão as suas práticas quando acreditarem que seu novo comportamento lhes trará benefícios — sejam estes financeiros, para sua reputação ou para sua segurança. A mudança nos hábitos não é uma coisa que possa ser imposta. Deve ser uma escolha de pessoas bem-informad bem-informadas as a favor de bens e serviços sustentáveis. sustentáveis. A tarefa é criar condições condições que melhorem a capacidade de as pessoas escolherem, usarem e disporem de bens e serviços de forma sustentável. Além dos impactos causados na natureza, diversos são os malefícios à saúde humana provocados pela poluição poluição do ar, ar, dos rios e mares, mares, assim assim como como são são inerentes inerentes aos process processos os produtivos produtivos alguns riscos à saúde e segurança do trabalhador. Atualmente, acidente do trabalho é uma questão que preocupa os empregadores, empregados e governantes, e as conseqüências acabam afetando a todos. De um lado, é necessário que os trabalhadores adotem um comportamento seguro no trabalho, usando os equipamentos de proteção individual e coletiva, de outro, cabe aos empregadores prover a empresa com esses equipamentos, orientar quanto ao seu uso, fiscalizar as condições da cadeia produtiva e a adequação dos equipamentos de proteção. 14 – SENAI-RJ


A redução redução do número de acidentes só será possível à medida que cada um – trabalhador, patrão e governo – assu assuma ma,, em tod todas as as as situ situaç açõe ões, s, atit atitud udes es pre preve venti ntiva vas, s, cap capaz azes es de de resg resgua uard rdar ar a seg segur uran ança ça de de todo todos. s. Deve-se considerar, também, que cada indústria possui um sistema sistem a produtivo próprio, e, portanto, é necessário analisá-lo em sua especificidade, para determinar seu impacto sobre o meio ambiente, sobre a saúde e os riscos que o sistema oferece à segurança dos trabalhadores, propondo alternativas que possam levar à melhoria de condições de vida para todos. Da conscientização, partimos para a ação: cresce, cada vez mais, o número de países, empresas e indivíduos que, já estando conscientizados acerca dessas questões, vêm desenvolvendo ações que contribuem para proteger o meio ambiente e cuidar da nossa saúde. Mas, isso ainda não é suficiente... faz-se preciso ampliar tais ações, e a educação é um valioso recurso que pode e deve ser usado em tal direção. Assim, iniciamos iniciamos este material conversando conversando com você sobre o meio ambiente, saúde e segurança no trabalho, lembrando que, no exercício profissional diário, você deve agir de forma harmoniosa com o ambiente, zelando também pela segurança e saúde de todos no trabalho. Tente responder à pergunta que inicia este texto: Meio ambiente, a saúde e a segurança no trabalho – o que é que que eu tenho a ver com isso? Depois, é partir para a ação. Cada um de nós é responsável. Vamos fazer a nossa parte?

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Motor de combustão interna Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Propósitos e funções O processo de combustão Criando movimento mecânico O ciclo de quatro tempos Diâmetro, curso e cilindrada Tempo de admissão Tempo de compressão Taxa de compressão Tempo de escapamento Considerações finais

1

Técnicas de Motor Diesel – Motor de Combustão Interna

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a: • descrever os tipos de motor de combustão interna; • explicar o processo pelo qual o combustível queimado é transformado em movimento rotativo; • explicar o propósito de um motor; • identificar os componentes maiores e o sistema de um motor de combustão interna; • explicar o processo pelo qual o movimento rotativo é transferido do motor para as rodas de um veículo; • descrever o ciclo de quatro tempos.

Propósitos e funções Num veículo, veículo, um motor de de combustão combustão interna interna proporciona proporciona a força para acionar acionar as rodas e mover o veículo. Um motor de combustão interna típico pode ser projetado para consumir gasolina ou diesel . Os combustíveis usados nos motores a gasolina e a diesel são são diferentes um do outro por causa do método empregado para queimar o combustível. No entanto, a operação mecânica de cada motor é quase idêntica. Um motor pode ter somente um cilindro. Entretanto, quase todos os veículos atualmente usam motores de cilindros múltiplos. Num motor, o combustível é queimado, para criar movimento mecânico. Este movimento é transferido para as rodas do veículo. Os maiores componentes do motor de combustão interna são: • conjunto do bloco de cilindros e cabeçote; • trem de válvulas; • sistema de admissão; • sistema de escapamento; • sistema de lubrificação; • sistema de arrefecimento.

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O processo de combustão A combustão precisa ocorrer para que o motor funcione. A combustão é o processo químico da ignição de uma mistura de ar e combustível. No processo de combustão, o combustível e o ar são misturados no motor. A mistura é levada para dentro do cilindro e comprimida pelo movimento do pistão. A mistura mistura comprimid comprimidaa é queimada, queimada, a fim de criar energia energia para moviment movimentar ar o veículo. veículo.

1 2

1. combustão 2. pistão 3. cilindro

3 4

4. biela 5. árvore de manivelas

5

Fig. 1 1 – Desenvolvimento da força

Criando movimento mecânico Quando a mistura de ar/combustível é comprimida dentro da câmara de combustão pelo pistão, uma centelha proveniente da vela de ignição incendeia a mistura. Ao ocorrer a combustão, os gases da queima de ar/combustível expandem-se no cilindro com uma pressão muito alta, a qual empurra o pistão para baixo no cilindro. O pistão está conectado a uma biela que, por sua vez, se conecta à árvore de manivelas. Desta forma, a árvore de manivelas começa a girar com o movimento do pistão. A biela e a árvore de manivelas convertem o movimento de sobe e desce do pistão em movimento rotativo. Como a combustão ocorre em cada cilindro no intervalo apropriado, os pulsos de energia são transferidos dos pistões à árvore de manivelas. O volante, pesada roda de metal fixada a uma extremidade da árvore de manivelas, ajuda a suavizar os pulsos de força e mantém a árvore de manivelas girando suavemente. O movimento giratório proveniente do motor é necessário para acionar as rodas de tração do veículo. Esta força é transferida através da transmissão e do trem de acionamento.

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1. pistão 1

2. volante

3

3. árvore de manivelas

2 Fig. 2

O ciclo de quatro tempos Quase todos os veículos modernos possuem motores com ciclo de quatro tempos, o que significa que o pistão se move no comprimento do cilindro quatro vezes, para completar um ciclo de combustão. O processo de combustão, num motor de combustão interna, requer quatro tempos: • tempo de admissão; • tempo de compressão; • tempo de explosão; • tempo de escapamento.

Diâmetro, curso e cilindrada Diâmetro do cilindro Em terminologia de motores automotivos, diâmetro refere-se ao diâmetro do cilindro, onde o instrumento mostra a medição. O termo também pode ser usado como referência ao próprio cilindro.

1

1. bloco de cilindros 2. cilindro 2

3. ferramenta de medição que mostra o interior do cilindro

3 Fig. 3 - Diâmetro do cilindro SENAI-RJ – 21


Curso Em terminologia de motores automotivos, curso refere-se ao curso do pistão, uma medida de distância em linha reta do deslocamento do pistão no cilindro durante a rotação da árvore de manivelas. O curso é igual à distância que o pistão percorre no cilindro do seu ponto mais baixo até o ponto mais alto. O ponto mais alto do pistão no cilindro é chamado de ponto morto superior ou PMS. O ponto mais baixo do pistão pistão no cilindro cilindro denomina-s denomina-see ponto morto inferior inferior ou PMI. O curso de um pistão pistão correspon corresponde de a meia volta na árvore de manivelas ou 180 graus de rotação.

1

1. ponto ponto morto morto superior superior (PMS) (PMS)

2 3 180º

2. um curso rso 3. ponto ponto mort mortoo inferio inferiorr (PMI) (PMI)

Fig. 4

Cilindrada O termo cilindrada refere-se a dois conceitos relativos. Cilindrada é a quantidade de ar movida ou deslocada pelo pistão, quando se move do ponto morto superior ao ponto morto inferior no cilindro. A cilindrada é expressa como o volume em litros (l), centímetros cúbicos (cc) ou polegadas cúbicas (ci). A cilindrada de um motor é igual à cilindrada ci lindrada de um pistão multiplicada pelo número total tota l de pistões num motor.

Tempo de admissão O tempo de admissão é considerado o primeiro dos quatro quatro tempos. tempos. O giro da árvore de manivelas puxa o pistão para baixo do PMS em direção ao PMI. A válvula de escapamento fica fechada, e a válvula de admissão, aberta. Como o pistão se move baixo, um vácuo é criado, direcionando a mistura ar/combustível através da válvula de admissão para dentro do cilindro.

ar

180º Fig. 5 – Tempo de admissão

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Tempo de compressão Quando o pistão alcança o PMI, o tempo de admissão encerra-se, e o tempo de compressão começa. A válvula de admissão fecha-se, e a de escapamento continua fechada. O movimento da árvore de manivelas envia o pistão de volta para cima, cim a, em direção ao PMS. A mistura ar/combustível é reduzida no cilindro, sendo comprimida entre o pistão e o cabeçote. A compressão da mistura ar/combustível é muito importante para o desenvolvimento da força. Quanto maior a compressão, mais força a mistura cria durante a combustão. A compressão também “preaquece” a mistura, o que auxilia a combustão.

360º

Fig. 6 – Tempo – Tempo de compressão

Taxa de compressão Indica a relação entre o volume à disposição dos gases, no interior do cilindro, com o êmbolo no P.M.I., e o volume que os gases podem ocupar quando o êmbolo se encontra no P.M.S. (fig. 7) Quanto maior a taxa de compressão, melhor será o rendimento térmico do motor. Para cada motor a cilclo Otto, existe uma taxa de compressão limite, acima da qual poderão ocorrer detonações. Nos motores motores de cilclo diesel , esse problema não existe. Adotam-se taxas de compressão bem elevadas, para elevar o ar a altíssimas temperaturas e, assim, obter uma rápida vaporização do combustível, e uma eficiente combustão

Cálculo: Rc =

PMS

V+v v

Onde:

PMI

Rc - relação de compressão V - cilindrada v - volume de câmara de combustão

Fig. 7

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Tempo de combustão Um pouco antes de o pistão alcançar o PMS, uma centelha proveniente da vela de ignição incendeia a mistura ar/combustível, e o tempo de combustão começa. Os gases queimando expandem-se rapidamente, criando uma pressão muito alta no topo do pistão, até que este alcance alcance o PMS e se mova mova para baixo, em direção ao PMI. As válvulas de admissão e de escapamento permanecem fechadas, de maneira que toda força é usada, a fim de empurrar o pistão para baixo, fazendo a biela girar a árvore de manivelas. 540º

Fig. 8

Tempo de escapamento Quando o pistão se aproxima do PMI no tempo de combustão, a válvula de escapamento começa a se abrir. Assim que o pistão passa pelo PMI, o giro da árvore de manivelas empurra o pistão de volta para cima em direção ao PMS, e a válvula de escapamento fica totalmente aberta. O pistão empurra os gases, queimados para fora pela válvula de escapamento, através da porta de escapamento do cabeçote, e para o sistema de escapamento. Assim que o pistão passa pelo PMS, o ciclo de quatro tempos começa novamente com o tempo de admissão. A válvula de escapamento perman per manece ece momen mo mentan taneam eament entee aberta abe rta no começo do tempo de admissão, permitindo um momento para que os gases esvaziem completamente o cilindro.

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gases

720º

Fig. 9


Considerações finais Ilustramos o ciclo de quatro tempos somente em um cilindro. Lembre-se de que os quatro tempos são continuamente repetidos em todos os cilindros num padrão alternado. Os quatro tempos do ciclo – admissão, admissão, compressão, compressão, combustão combustão e escapamento escapamento – requerem duas rotações completas da árvore de manivelas. Entretanto, o pistão recebe pressão de combustão direta somente durante o tempo de combustão ou cerca de um quarto de ciclo. Quando você percebe que nenhuma força está sendo gerada durante três dos quatro tempos, você então pode ver por que o volante é tão importante. O volante “armazena” a energia gerada, usando esta energia armazenada para manter a árvore de manivelas girando suavemente. Quando o motor está funcionando, os quatro tempos são repetidos muito rapidamente. A árvore de manivelas pode girar aproximadamente de 650 rotações por minuto (ou RPM) até cerca de 6.000 RPM. Nesta velocidade do motor, cada ciclo é completado 25 vezes por segundo.

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Conjunto do bloco do motor Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Conjunto do bloco do motor Componentes maiores Camisa de cilindro Alojamento da árvore de manivelas Árvore de manivelas Folga dos mancais Mancal de encosto Amortecedor de vibrações Biela Lubrificação das paredes dos cilindros Pistão Anéis dos pistões

2

Técnicas de Motor Diesel – Conjunto do Bloco do Motor

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a: • descrever os diferentes tipos de conjunto do bloco do motor; • identificar os componentes maiores do conjunto do bloco do motor; • explicar a teoria e operação do bloco do motor.

Conjunto do bloco do motor O bloco do motor é o membro principal de suporte do motor. Quase todos os componentes ou são conectados ou suportados pelo bloco. Os pistões, as bielas e a árvore de manivelas trabalham dentro do bloco do motor. Este bloco pode ser, ainda, em linha contraposta em V, dependendo do arranjo individual dos seus cilindros no bloco. O bloco do motor contém os cilindros, passagens internas para o líquido de arrefecimento e óleo, bem como superfí superfícies cies de montagem montagem para para a fixação dos dos acessório acessórioss do motor, motor, como o filtro filtro de óleo e a bomba d’água. O cabeçote é montado na parte superior do bloco de cilindros, cilindros, e o cárter do óleo, na parte inferio inferior. r.

1

1. bloco do motor 2

2. pistão 3. árvore de manivelas 4. biela

4

3

Fig. 1 – Conjunto do bloco do motor

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Componentes maiores Projeto do bloco do motor em linha Os motores em linha comumente possuem três, quatro, cinco ou seis cilindros. Os motores com a configuração em V comumente têm seis, oito e, ocasionalmente, doze cilindros. A maioria dos motores de quatro cilindros é construída com os cilindros em linha. 1

1. cili cilind ndro ross

Fig. 2 – Bloco – Bloco do motor com quatro cilindros em linha típica

Projeto do bloco do motor em V O projeto de motor do tipo em V possui duas bancadas com número igual de cilindros arranjados num padrão em V, mesmo estando todos os cilindros em duas manivelas comuns. Por exemplo, um motor V8 possui duas bancadas, cada uma com quatro cilindros. Já um V12 possui duas bancadas, cada qual com seis cilindros.

1

1. cili cilind ndro ross

Fig. 3 – Bloco do motor V6 típico

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Camisa de cilindro Uma camisa de cilindro é um cilindro de ferro endurecido, inserido dentro do bloco do motor. O bloco do motor motor pode pode ser ser feito feito de ferro fundido fundido ou liga de de alumínio. alumínio. A camisa camisa não não é requer requerida ida em todos os blocos de motor. As camisas são feitas de material duro, para conter a combustão dentro dos cilindros e desgastar-se com o movimento dos pistões e anéis. Há dois tipos de camisa de cilindro, as camisas secas e as camisas úmidas. 1

1. camisa camisa de cilind cilindro ro

Fig. 4 – Camisas do cilindro

Camisas úmidas As camisas úmidas recebem este nome, porque têm contato direto com o líquido de arrefecimento do motor do bloco. São usadas vedações, para evitar que o líquido de arrefecimento do motor alcance a árvore de manivelas. Camisas úmidas são fáceis de reparar, pois podem ser facilmente substituídas, o que torna desnecessário retificar o cilindro e elimina a necessidade de pistões sobremedida. Além disso, possuem maior chance de corrosão por causa do seu projeto. O uso de camisas úmidas também reduz a rigidez do bloco do motor. 1

1. camisa 4

2. vedação 3. líquido de arrefecimento 4. bloco do motor

3

2 Fig. 5 – Camisas – Camisas úmidas

Camisas secas As camisas secas não têm contato direto com o líquido de arrefecimento do motor, sendo instaladas num bloco de motor por pressão e contração.

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O processo de contração usa a propriedade dos metais que lhes permite contrair-se, quando frios, e expandir-se, quando quentes. A camisa seca é esfriada, e o bloco do motor aquecido; a seguir, a camisa é inserida dentro do bloco, o que facilita pressioná-la dentro do bloco do motor. As camisas secas não podem ser removidas intactas do bloco do motor. 1

2

1. camisa 2. líquido de arrefecimento 3. bloco do motor 3

Fig. 6 – 6 – Camisas secas 1

Alojame Alojamento nto da árvore árvore de manivelas O alojamento da árvore de manivelas contém e suporta a árvore de manivelas e os mancais principais. principais. O fundo do bloco bloco do motor forma forma a parte superior do alojamento da árvore de manivelas. O cárter de óleo, fixado ao fundo do bloco do motor, forma a parte inferior do alojamento da árvore de manivelas, o qual possui várias superfícies de apoio para ela. O número de apoios varia conforme o comprimento da árvore de manivelas e a disposição dos cilindros. Por exemplo, um motor de quatro cilindros tem, usualmente, cinco destas superfícies de apoio. A árvore de manivelas é montada sobre casquilhos inseridos, instalados nas superfícies de apoio e fixados com capas de mancais. Os apoios possuem possuem passagens de óleo que lubrificam lubrificam a árvore de manivelas, à medida que ela gira contra os casquilhos. Estas passagens alinham-se com furos para óleo nos casquilhos. O bloco do motor inclui uma ranhura para o vedador traseiro principal princi pal de óleo, que impede o vazamento do óleo na traseira da árvore de manivelas. Em vocabulário técnico automotivo, o termo principal refere-se a rolamentos, vedadores e outras montagens para a própria árvore de manivelas. Principalmente, distingue estas montagens das outras peças de montagem que se conectam à árvore de manivelas, como os casquilhos das bielas. 32 – SENAI-RJ

6 2 3

4 5

1. bloc blocoo do do mot motor or 2. casqu casquilh ilhos os de enco encost stoo 3. árvo árvore re de de mani manive velas las 4. capas capas ddos os casquilhos casquilhos principais principais 5. parafuso parafusoss de de montagem montagem das capas dos casquilhos principais 6. casqui casquilho lhoss princi principai paiss Fig. 7 – 7 – Capas dos d os casquilhos casqui lhos principais princi pais


Árvor Árvoree de ma maniv nivela elass A árvore de manivelas altera o movimento para cima e para baixo dos pistões no movimento rotativo necessário para acionar as rodas do veículo. A árvore de manivelas é montada no bloco do motor, em suportes em forma de U, fundidos dentro do conjunto do bloco do motor. As capas dos mancais principais são aparafusadas nos suportes, para fixar a árvore de manivelas no bloco. Entre as superfícies de montagem, há casquilhos nos quais a árvore de manivelas é apoiada e gira. Quando o bloco é fabricado, as superfícies superfícies para os casquilhos são usinadas, usinadas, a fim de serem serem exatamente exatamente paralelas paralelas à árvore de manivelas. Por esta razão, as a s capas dos mancais principais nunca devem ser intercambiadas. int ercambiadas. 3

2

4

1

5

1. extre extremid midade ade diant dianteir eiraa

4. extre extremid midade ade do do volant volantee

2. pass passag agem em de de óleo óleo

5. mancal mancal do casqu casquilho ilho principal principal

3. manc mancal al da da biel bielaa Fig. 8 – 8 – Mancais

A árvore de manivelas resiste às tremendas forças dos tempos de trabalho dos pistões, sendo usualmente feita de ferro fundido pesado de alta resistência. Árvores de manivelas destinadas a alto desempenho ou aplicações pesadas usualmente são fabricadas de aço forjado. Algumas possuem contrapesos fundidos opostos aos furos, os quais ajudam a equilibrar o balanceamento da árvore de manivelas e evitam vibrações durante rotações a altas velocidades. Os mancais dos casquilhos principais numa árvore de manivelas são altamente polidos e fabricados com a circunferência exata, para que possam girar adequadamente nos casquilhos inseridos. As passagens passagens de óleo furadas dentro dos casquilhos casquilhos principais recebem o fluxo de óleo dos apoios do bloco do motor. motor. Passagens Passagens de de óleo inclinadas inclinadas são são furadas dos mancais mancais principais principais para os os mancais das bielas, bielas, a fim de lubrificar lubrificar os casquilho casquilhoss das bielas. bielas. Além disso, disso, um dos mancais mancais principai principaiss – norma normalmen lmente te o do meio – é usinado com uma superfície de apoio, a qual gira contra um casquilho especial de encosto, visando a limitar o movimento para a frente e para trás da árvore de manivelas. SENAI-RJ – 33


1

1. contrapesos da árvore de manivelas 2. mancais dos casquilhos principais

Fig. 9 – 9 – Contrapesos da árvore de manivelas

2

Mancais da árvore de manivelas Os mancais, numa árvore de manivelas, são as áreas que servem como superfícies de rolamento para ela própria ou ou bielas fixadas à árvore de manivelas. manivelas. Os mancais para para os rolamentos rolamentos são referidos referidos como mancais principais ou munhões dos casquilhos; os casquilhos para as bielas, como mancais das bielas ou moentes. Um projeto comum para um motor de quatro cilindros ci lindros em linha possui cinco mancais principais dos casquilhos e quatro mancais das bielas. Um pistão é conectado a cada mancal, usando uma biela. O projeto para para um motor de cinco cilindros cilindros possui possui duas bielas bielas para cada mancal mancal de biela. 1

2

3

1. mancal da árvore de manivelas 2. braço da manivela 3. mancal principal 4. peso de equilíbrio Fig. 10 – 10 – Árvore de manivelas manivelas

6

5

4

5. furo de equilíbrio 6. furo de óleo

Mancais principais Os mancais principais suportam a árvore de manivelas dentro dos casquilhos de rolamento e as capas dos casquilhos principais. Os mancais principais da árvore de manivelas são divididos em partes circulares que o envolvem. A metade superior do casquilho possui um ou mais furos de óleo que permitem ao lubrificante lubrificante cobrir a superfície superfície interna do mancal. O casquilho casquilho superior superior ajusta-se dentro dentro do suporte principal no fundo do bloco do motor. A metade inferior do casquilho ajusta-se dentro da capa do casquilho. As superfícies de desgaste são feitas de material mais macio do que o da árvore de manivelas, o qual reduz o atrito e tende a amoldar-se por si mesmo em torno de qualquer irregularidade no mancal principal. Além disso, se ocorrer um desgaste, isso afetará o casquilho, mais barato de substituir do que a árvore de manivelas. 34 – SENAI-RJ


1

1. casquilho casquilho ou bronzina bronzina principal principal superior 2

2. furo fuross de de óle óleoo 3. casquilho casquilho ou bronzina bronzina inferior inferior principal da árvore de manivelas

3

Fig. 11 – Mancais principais da árvore de manivelas

Lubrificação dos mancais Na maioria maioria dos motores, motores, as metades superiores superiores e inferiores inferiores dos casquilhos casquilhos não não são são intercambi intercambiáveis. áveis. A parte superior possui, usualmente, uma passagem passage m de óleo, o que permite que ele flua fl ua para a superfície do mancal principal. Como o diâmetro do mancal principal da árvore de manivelas é alguns centésimos de milímetro menor do que o diâmetro interno criado pelos casquilhos, o óleo pode formar uma cobertura na superfície completa do mancal. 1

1. pass passag agem em de óle óleoo

2

6

2. casqu casquilh ilhoo principa principall superior superior 3

3. film filmee de de óle óleoo 4. casquilh casquilhoo principal principal inferior inferior 5

4

5. mancal mancal princip principal al da árvor árvoree de manive manivelas las 6. folg folgaa do do man manca call

Fig. 12 – 12 – Lubrificação e folga do mancal

Folga dos mancais O espaço entre os casquilhos e o mancal da árvore de manivelas é chamado de folga radial do mancal. A folga é uma das mais fundamentais medições em um motor. O óleo que lubrifica os casquilhos não faz um filme permanente. Assim que a árvore de manivelas gira, o óleo funciona em seu caminho para as bordas externas dos casquilhos, casquilhos, onde é direcionado direcionado novamente novamente para dentro do cárter. Um novo óleo constantemente flui através do furo de óleo, para substituir o que saiu. O fluxo constante de óleo sobre os casquilhos ajuda a esfriar e a levar para fora cavacos e sujeiras provenientes das superfícies dos mancais. Se a folga for demasiadamente pequena, não será suficiente para o óleo lubrificar os componentes. O atrito resultante desgastará os casquilhos rapidamente.

SENAI-RJ – 35


Sendo a folga muito grande, o óleo em excesso fluirá através dos casquilhos. A pressão do óleo cairá, e o mancal da árvore de manivelas poderá começar a bater contra o casquilho em vez de girar dentro dele. Para evitar danos aos casquilhos e à árvore de manivelas, as folgas dos mancais deverão ser ajustadas precisamente, se os casquilhos ou a árvore de manivelas forem reparadas.

Mancal de encosto Além de girar, a árvore de manivelas tende a mover-se para trás e para a frente, folga chamada de axial. Como este tipo de movimento possui um efeito negativo na árvore de manivelas associado aos componentes, foram tomadas medidas para limitar o movimento de vaivém. Um dos mancais principais da árvore de manivelas é usinado para aceitar um mancal de encosto, o qual mantém a árvore de manivelas sem o movimento de vaivém. As partes superior e inferior do mancal de encosto possuem ranhuras de óleo que permitem a ele fluir ao redor do mancal. 1 2

1. mancal superior de encosto 2. ranhuras de óleo 3

3. mancal inferior de encosto

Fig. 13 – Mancal de encosto

Amorte Amortece cedor dor de vibraç vibraçõe õess Mesmo sendo muito forte, a árvore de manivelas possui certa flexibilidade. Durante o tempo de trabalho, ela de fato torce levemente e retorna. Em rotação normal de marcha lenta, estas torção e distorção podem repetir-se cinco vezes por segundo. Quando em aceleração sob carga, o ciclo pode ocorrer 25 ou 30 vezes por segundo. A torção e distorção causam vibrações, usualmente, na extremidade dianteira da árvore de manivelas e trabalham amortecedores de vibrações para minimizá-las. 1 2

1. borr borraacha cha 2. polia polia da corre correia ia de distribuição 3. árvo árvore re de de maniv manivel elas as 4. amor amorte tece cedo dorr de vibrações

3

4 Fig. 14 – Amortecedor de vibrações 36 – SENAI-RJ


Biela A biela transfere o movimento do pistão para o mancal da biela na árvore de manivelas. Um pino de pistão de aço conecta o pistão à biela. Este pino permite ao pistão pivotar na extremidade extremidade menor da biela. A extremidade maior da biela (cabeça) é conectada à árvore de manivelas com a capa do mancal da biela. A capa é muito parecida em projeto e função à dos mancais principais. Os casquilhos da biela são similares aos casquilhos principais da árvore de manivelas. 2 1

1. pé da biela (furo para pino do pistão) 9

2. pino do pistão

3

3. corpo da biela 4. capa do mancal da biela 4

5. casquilho superior da biela

5

6. casquilho inferior da biela 7. furos de óleo 7

8. porca da capa do mancal 9. parafuso da capa do mancal Fig. 15 – 15 – Biela

6

8

Lubrificação das paredes dos cilindros Um jato de óleo na biela esfria o topo do pistão. As passagens de óleo na árvore de manivelas fornecem óleo aos mancais da biela. O óleo pressurizado jorra através de um jato de óleo. 2

1

1. furos de óleo

4

2. biela 5

3

3. jato de óleo (jet cooler) 4. casquilho superior da biela 5. casquilho inferior da biela

Fig. 16 – 16 – Jato de óleo da biela

SENAI-RJ – 37


Pistão O pistão forma o fundo da câmara de combustão no cilindro. Ele transfere a força criada pela queima da mistura ar/combustível à árvore de manivelas. A superfície superior do pistão, chamada de cabeça ou coroa, contém várias ranhuras, onde os anéis de compressão e de óleo são instalados. A parte inferior do pistão, abaixo dos anéis, é chamada de saia. As superfícies de encosto na saia guiam o pistão no furo do cilindro e evitam que o pistão pi stão se choque para a frente e para trás no cilindro. A maioria dos pistões possui uma marca que identifica o lado do pistão que fica voltado para a frente do motor. O pino do pistão é inserido através do furo desse pino, para conectar a biela. Em alguns projetos de pistão, pistão, o furo do pino é ligeirament ligeiramentee deslocado deslocado do centro centro do pistão. pistão. Este deslocamen deslocamento to ajuda a estabiliza estabilizar r o pistão, assim que se move para cima e para baixo no cilindro. 2

1

1. cabeça 2. furo do pino do pistão 3

3. ranhuras dos anéis do pistão 4. superfície de encosto 5. marca frente

9

F

8 Fig. 17 – 17 – Pistão Pist ão

7

4

6. centro do pistão 7. centro do furo do pino do pistão

5

8. deslocamento 6

9. saia

Folga dos pistões Embora o pistão se encaixe justamente no furo do cilindro, ele não veda completamente a câmara de combustão por si mesmo. A vedação é executada pelos anéis do pistão instalados nas ranhuras perto do topo do pistão. Para permitir espaço aos anéis do pistão e óleo de lubrificação, lubrificação, uma folga precisa ser mantida mantida entre a borda externa externa do pistão e as paredes paredes do cilindro, permitindo permitindo lubrificar lubrificar até a parte superior do cilindro. A folga também evita que o motor se prenda, se um dos pistões se expandir demais com superaquecimento. Para manter folga consistente do topo até o fundo do cilindro, o pistão normalmente possui forma ligeiramente cônica. O diâmetro do topo do pistão é um tanto menor que o do fundo, quando o pistão está frio. Quando o motor está funcionando, o topo do pistão fica mais quente que o fundo, e a expansão no topo aumenta seu diâmetro. 38 – SENAI-RJ


1

1. diâmetro do topo (menor) 2. diâmetro do fundo (maior)

2 Fig. 18 – 18 – Folga do pistão pis tão

Outra técnica usada para fazer o pistão encaixar-se melhor no cilindro e controlar a expansão de calor é chamada de retífica de ovalização. Pistões ovalizados são fabricados de modo a ter uma forma levemente oval. O pistão é projetado para expandir-se e xpandir-se na direção do menor diâmetro, quando aquecido, o que faz o pistão mais redondo, sem aumentar substancialmente o diâmetro geral. Se a folga do pistão ficar muito grande, ele poderá bater nas paredes do cilindro tão forte que pode ser ouvido. Esta condição é chamada de batida do pistão e normalmente ocorre em motores velhos, com alta quilometragem e cilindros gastos.

1

2

1. furo do pino do pistão 2. diâmetro maior 3. diâmetro menor

3 Fig. 19 – Pistão Pi stão retificado r etificado oval

Anéis Anéis dos pistões pistões Os anéis dos pistões vedam a câmara de combustão onde a mistura ar/combustível é incendiada. Além de vedá-la, os anéis raspam o óleo das paredes do cilindro e o enviam de volta ao cárter. Esses anéis também ajudam a transferir o calor do pistão às paredes do cilindro. Os dois anéis do topo são chamados anéis de compressão, sendo normalmente feitos de ferro fundido com cobertura de cromo na superfície de contato com a parede do cilindro. Esses anéis são disponíveis com formas de bordas diferentes. O anel do fundo é chamado de anel de óleo, normalmente feito de várias peças montadas numa ordem específica na mesma ranhura do pistão. Um anel de óleo típico é composto de dois anéis raspadores separados por um expansor. SENAI-RJ – 39


1

1. anel de compressão do topo 2

2. segundo anel de compressão

3

3. expansor do anel de óleo

4

4. anéis raspadores no anel de óleo

Fig. 20 – 20 – Anéis de pistão

Anéis de compressão Os anéis de compressão vedam a câmara de combustão, raspam as paredes do cilindro, deixandoas limpas, e transferem o calor do pistão para as paredes do cilindro. Eles são projetados para se torcerem levemente, quando não estiverem sob pressão. A borda superior do anel é torcida para afastá-la da parede do cilindro, enquanto a borda inferior é pressionada contra a parede. Quando o pistão é movido para baixo no cilindro, cilindro, durante o tempo de admissão, a borda inferior dos anéis de compressão raspa qualquer óleo que não tenha sido recolhido pelo anel de óleo. Nos tempos de compressão e escapamento, a torção faz os anéis de compressão passarem sobre o filtro de óleo sem empurrá-lo para dentro da câmara de combustão. 1. tempos tempos de admiss admissão ão ou combustão 4

2

1

3

2. anéis anéis de compre compressã ssãoo raspam as paredes dos cilindros 3. temp tempos os de compressão ou escapamento

Figs. 21 e 22 – 22 – Anéis de compressão comp ressão

4. anéis anéis de compre compressã ssãoo passam sobre o filme de óleo

Anéis de óleo Os anéis de óleo controlam a lubrificação das paredes do cilindro e direcionam o óleo de volta ao cárter. O óleo é constantemente espirrado ou espalhado nas paredes dos cilindros, para fornecer a lubrificação entre o pistão e as paredes dos cilindros. A quantidade de óleo na parede do cilindro não

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pode permanecer permanecer no espaço espaço entre entre a parede e o pistão, pistão, quando este este se move em direção direção ao PMI e, por isso, precisa de algum lugar para ir. O anel de óleo providencia um caminho para o óleo retornar ao cárter. 1

1. anéis de óleo 2. anel expansor

2

Fig. 23 – 23 – Anéis de óleo

Como é raspado da parede do cilindro pelos anéis de compressão, o óleo flui para trás do topo do anel expansor e dentro dos furos na ranhura do anel de óleo. Estes furos direcionam o óleo para o espaço aberto dentro da saia do pistão. O óleo é, então, drenado de volta para dentro do cárter.

SENAI-RJ – 41

Trem de válvulas Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Vista geral sobre os tipos de trem de válvulas Teoria e operação das válvulas no cabeçote (OHV) Teoria e operação das árvores do comando de válvulas no cabeçote (OHC)

3

Técnicas de Motor Diesel – Trem de Válvulas

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a descrever: • os tipos de trem de válvulas; • a configuração do conjunto de válvulas no cabeçote e comando no bloco (OHV); • a configuração do comando de válvulas no cabeçote (OHC).

Vista Vista geral geral sobre sobre os tipos tipos de trem de válvulas válvulas Há dois tipos principais de trens de válvulas usados nos motores automotivos: válvulas no cabeçote (OHV) e comando de válvulas no cabeçote (OHC). O trem de válvulas tipo OHV usa uma única árvore de comando de válvulas localizada centralmente no bloco de cilindros. Os cames da árvore de comando de válvulas controlam a abertura e o fechamento das válvulas no cabeçote através de uma série de componentes com articulações mecânicas. O trem de válvulas tipo OHC usa uma ou mais árvores de comando de válvulas fixadas diretamente ao cabeçote, acima das válvulas. A abertura e o fechamento das válvulas são controlados pelos cames da árvore de comando de válvulas diretamente ou através de balancins.

1

2

1. OHC – A(s) A(s) árvore(s árvore(s)) de comando comando de válvu válvulas las está(ão) localizada(s) no(s) cabeçote(s). 2. OHV – A única única árvor árvoree de comando comando de de válvulas válvulas localiza-se no bloco de cilindros. Fig. 1 – Válvulas no cabeçote e válvulas no comando SENAI-RJ – 45


Configuração das válvulas no cabeçote (OHV) Os motores OHV possuem uma única árvore de comando de válvulas localizada no bloco de cilindros, e as válvulas localizam-se no cabeçote acima das câmaras de combustão. Um trem de válvulas (OHV) é montado no cabeçote, no topo das câmaras de combustão, e a árvore de comando de válvulas é instalada abaixo das válvulas, no bloco de cilindros. Os componentes do motor que abrem e fecham as válvulas são chamados de trem de válvulas. Os componentes maiores do trem de válvulas OHV são: • cabeçote; • junta do cabeçote; • parafusos do cabeçote; • válvulas; • assentos das válvulas; • guias das válvulas; • molas das válvulas; • árvore de comando de válvulas; • tuchos; • balancins; • acionador da árvore de comando de válvulas; • acionador das válvulas no cabeçote. Os motores possuem passagens que deixam a mistura de combustível dentro dos cilindros e permitem que gases de escapamento saiam após a mistura ter-se queimado. Tais passagens, chamadas portas das válvulas, ficam muito apertadas durante partes do ciclo de quatro tempos. As válvulas têm de abrir e fechar as passagens nos momentos precisos.

1

1. balancim 6 2 5

2. válvula 3. árvore de comando de válvulas

4

4. came 5. tucho 3

6. vareta

Fig. 2 – 2 – Projeto OHV

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Como a árvore de comando de válvulas gira, o came move-se contra o tucho, o qual empurra a vareta para cima, puxando para cima uma das extremidades do balancim. A outra extremidade do balancim empurra para baixo a haste da válvula, que vence a pressão da mola e move-se para a posição de válvula aberta. Assim que o came passa com sua parte mais alta, a válvula se fecha pela força de retorno da mola, empurrando o balancim e a vareta para a posição inicial do came em seu ponto mais baixo.

Configuração das válvulas na árvore de comando de válvulas (OHC) Os motores OHC possuem árvore(s) de comando de válvulas localizada(s) no cabeçote. Os benefícios benefícios de uma árvore no cabeçote cabeçote são: • menor número de componentes no trem de válvulas. Por exemplo, varetas e balancins são eliminados; • aberturas das válvulas mais precisas e diretas que os projetos OHV; • menores perdas friccionadas no sistema de trem de válvulas.

Árvore de comando de válvulas única no cabeçote (SOHC) Os motores SOHC normalmente atuam com duas válvulas por cilindro. Usam seguidores cilíndricos digitais que se assentam sob a árvore de comando de válvulas ou balancins que, por sua vez, se assentam acima da árvore de comando de válvulas.

Árvore de comando de válvulas dupla dupl a no cabeçote (DOHC) O projeto DOHC divide o trabalho de abertura das válvulas entre duas árvores de comando de válvulas. Nos motores DOHC, geralmente atuam quatro válvulas por cilindro. Os motores DOHC usam tuchos hidráulicos ou tuchos mecânicos que atuam diretamente nas válvulas. Os maiores componentes do trem de válvulas OHC são: • árvore de comando de válvulas; • tuchos; • acionador da árvore de comando de válvulas. O projeto da árvore de comando de válvulas no cabeçote (OHC) proporciona um controle mais direto sobre as válvulas do que o projeto OHV. Esta vantagem pode explicar por que os OHC são os projetos projetos mais usados. usados. O projeto OHC inclui motores com uma só árvore de comando de válvulas válvulas (OHC ou SOHC), SOHC), bem como motores com duas árvores de comando de válvulas (DOHC).

SENAI-RJ – 47


1 2

1. árvore de comando de válvulas 2. tuchos hidráulicos do tipo balde

Fig. 3 – 3 – Tuchos hidráulicos

Acionamento da árvore á rvore de comando de válvulas válvul as A tarefa do sistema de distribuição do motor é coordenar a indução de gases frescos e a expulsão de gases queimados com o movimento de sobe e desce do pistão dentro do cilindro, o que é executado pela sincroniz sincronização ação da rotação rotação da árvore árvore de manivelas manivelas no no bloco do motor motor com a árvore árvore de de comando comando de válvulas. Como a árvore de manivelas executa duas rotações para cada ciclo de combustão e a árvore de comando de válvulas faz uma rotação, a relação é de 2:1. Os tempos de abertura e fechamento das válvulas são indicados em graus da árvore de manivelas. Há várias formas de acionar a árvore de comando de válvulas. A engrenagem das válvulas pode ser acionada por: • engrenagens de distribuição; • corrente de distribuição; • correia de distribuição. A tensão da corrente de distribuição altera-se com a temperatura do motor e o desgaste. Muitos motores OHC usam um ajustador de corrente instalado no bloco de cilindros, que utiliza a pressão do óleo do motor e a pressão de uma mola, para manter automaticamente a tensão da corrente de distribuição. Quando o motor é acionado, a pressão de óleo aciona o ajustador. A pressão de óleo e a tensão das molas empurrarão a cremalheira do ajustador de corrente para fora, se a corrente estiver frouxa. O pinhão da catraca salta para o próximo dente, empurrando a alavanca da corrente contra a corrente, eliminando o excesso de folga. Quando o motor é desligado, a pressão de óleo cai, mas o pinhão da catraca evita que a cremalheira do ajustador volte para dentro do ajustador da corrente. 1

2

1. mola da catraca 3

2. pinhão da catraca

7 4

3. cremalheira do ajustador da corrente 4. alavanca da corrente 5. corrente de distribuição

6

5

6. mola do mergulhador 7. dreno

Fig. 4 48 – SENAI-RJ


Teoria e operação das válvulas no cabeçote (OHV) Cabeçote O cabeçote, aparafusado no topo do bloco de cilindros, para formar o teto da câmara de combustão: • veda o topo dos cilindros; • sustenta as velas de ignição no lugar; • proporciona assentos, guias e portas para as válvulas de admissão e escapamento; • sustenta o trem de válvulas; • proporciona apoio à montagem dos coletores de admissão e escapamento.

3

1. mont montag agem em típica típica de um cabeçote direito num motor V6

2 1

2. porta porta de admiss admissão ão 3. válvu lvula 4. porta de de escapamento 5 4

5. vela vela de de igni igniçã çãoo

Fig. 5 – Cabeçote

Como o bloco de cilindros, o cabeçote é feito de ferro fundido ou liga de alumínio. Os coletores de admissão e escapamento são montados no cabeçote contra as portas das válvulas. A maioria dos motores V6 ou V8 possui dois cabeçotes, um para cada bancada de cilindros. A parte superior do cabeçote é fabricada de modo a permitir que os balancins e/ou outras peças do trem de válvulas sejam montados nela.

Junta do cabeçote A junta do cabeçote faz a vedação entre o cabeçote e o bloco de cilindros. Além disso, ela elimina irregularidades no acabamento das superfícies. Por esta razão, precisa ser feita de material um pouco flexível. Vários tipos de junta de cabeçote são usados: • folha transportadora com face de material macio; • material macio coberto com metal; • manta entrelaçada de metal com face de material macio; • junta de metal. SENAI-RJ – 49


1

5

1. abertur Abertura Abertura aber tura a para par para a passage pas pass sagem agem m m de de óleo óóleo óleo leo ee liquido líquido de arrefecimento; arrefecimento

3

4

2. furo furo para par para a parafu parafuso afuso. so so. 2

Fig. 6 – 6 – Junta do cabeçote em seções

Parafusos do cabeçote Os parafusos do cabeçote mantêm-no firmemente fixado ao bloco de cilindros. Há dois tipos de parafuso parafuso de cabeçote: convencional convencional e sujeito ao toque. Os parafusos convencionais são apertados usando-se um torquímetro em passos, para aumentar progress progressivame ivamente nte o torque. torque. Os parafusos parafusos do tipo sujeito sujeito ao torque torque também também são apertados apertados numa seqüência seqüência progressiva, para aumentar o torque. Entretanto, o passo final é apertar os parafusos em ângulo predetermin predeterminado, ado, usando-se usando-se um medidor medidor de ângulos. ângulos. Este passo passo final distorce distorce os fios de rosca levemente, levemente, resultando numa grande força de sustentação. Em virtude do fato de que os parafusos do cabeçote são distorcidos durante a seqüência de aperto, os parafusos do tipo sujeito ao torque somente podem ser reutilizados, quando especificado pelo fabricante do veículo.

2 1

1. parafuso parafuso do tipo tipo sujeit sujeitoo ao torque torque 2. cabe cabeço çote te 4

3. bloco bloco de cilind cilindro ross 4. junt juntaa do cab cabeç eçot otee

3

Fig. 7 – 7 – Parafuso P arafuso do d o tipo ti po sujeito s ujeito ao torque torq ue

50 – SENAI-RJ


Válvulas Válvul as A válvula possui uma cabeça redonda com uma face cônica que é vedada contra um assento no cabeçote. Graças à sua construção do tipo haste e cabeça, a válvula é, às vezes, chamada de válvula-cogumelo. A cabeça da válvula é a extremidade maior, que veda a porta da válvula. A superfície da cabeça que veda a porta é chamada de face. Esta face possui uma superfície usinada, denominada assento da válvula. Este é o ponto de contato entre a válvula e o seu assento. Ambos, a face da válvula e a face do assento da válvula, precisam ser usinados, para coincidir uniformemente, a fim de formar uma vedação apertada e transferir o calor para longe da face da válvula, dentro do cabeçote. A margem da válvula tem a espessura da cabeça da válvula. Em algumas válvulas, a margem pode ser esmerilhada, para formar um novo acabamento na face, a fim de que a válvula válvula possa ser reutilizada após desgastada. desgastada. A margem também ajuda a válvula a transferir parte do calor criado na câmara de combustão. 1

1. ranhura de fixação 2. cabeça 5

3. margem 4. face 5. haste 4

Fig. 8 – 8 – Válvula

3

2

1. assento da válvula 2. inserto do assento da válvula 1

2 Fig. 9 – Inserto do assento da válvula

A haste da válvula é a parte longa acima da cabeça. Possui uma ranhura na extremidade, usada para fixar a válvula dentro dentro do cabeçote com presilhas. presilhas. A mola da válvula é instalada na extremidade extremidade da haste, sendo comprimida em sua posição na haste da válvula com o fundo firmemente pressionado contra a área do assento da mola no cabeçote, e o topo é mantido em seu lugar no topo da haste da válvula por um retentor e presilhas, mantidos no lugar pela pressão constante da mola sobre eles. Eles SENAI-RJ – 51


são travados dentro da ranhura da haste da válvula, proporcionando pressão constante para manter a válvula em sua posição fechada. A haste da válvula passa através da guia da válvula, que mantém a válvula alinhada no cabeçote. Projetos de três ou quatro válvulas por cilindro são utilizados, porque múltiplas válvulas são mais precisas e eficientes. Um projeto de três válvulas usa tipicamente duas para admissão e uma para escapamento. Um projeto de quatro válvulas utiliza duas para admissão e duas para escapamento. 1

1. válvulas de admissão 2. válvulas de escapamento

3

3. passagens de líquido de arrefecimento 4. assentos das válvulas 2 Fig. 10 – Cabeçote típico de quatro válvulas

O assento da válvula é a área contatada pela face da mesma, quando ela está na posição fechada. Ambas as válvulas, de admissão e de escapamento, possuem assentos. A área de assento precisa ser endurecida o suficiente para resistir às constantes batidas com que as válvulas se abrem e se fecham. O assento também deve ter a habilidade de conduzir o calor, para que a válvula não se superaqueça e distorça. Por serem os gases de escapamento corrosivos, os assentos das válvulas de escapamento também precisam ser resistentes à corrosão. Às vezes, o material do cabeçote não consegue coincidir os requisitos de dissipação de calor, dureza e resistência à corrosão. Neste caso, um inserto de assento de válvula é prensado no lugar. Ele é produzido por um material diferente do que constitui o cabeçote, possuindo possuindo requisitos requisitos e propriedades propriedades necessários necessários de dissipaç dissipação ão de de calor, calor, dureza dureza e resistênci resistênciaa à corrosão. corrosão.

Guias das válvulas As guias das válvulas mantêm-nas no alinhamento preciso no cabeçote. Elas permitem que a haste da válvula passe através do cabeçote, da câmara de combustão até a parte superior do cabeçote, onde as molas das válvulas estão montadas. Algumas são integrais com a fundição do cabeçote; outras são insertos de ligas macias produzidas separadamente e prensadas dentro do cabeçote. A guia da válvula ajusta-se muito precisamente em torno da haste da válvula, com folga suficiente apenas para o lubrificante e o movimento para cima e para baixo.

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1

2

1. cabeçote

3

2. vedador da válvula 3. haste da válvula 4. guia da válvula

4

Fig. 11 – 11 – Guia da válvula

Folga das válvulas Quando uma válvula se move para a posição fechada, precisa assentar-se firmemente contra o assento da válvula. Para fazer isso, não pode haver qualquer pressão do lado da haste da válvula. Em alguns motores, um pequeno espaço é criado entre a ponta da haste da válvula e o dispositivo atuador (balancim, levantador, balde, alavanca). Este espaço é chamado de folga da válvula, a qual deve ser ajustada com precisão, para evitar o ruído excessivo e funcionar apropriadamente. Se a folga da válvula estiver muito grande, o motor ficará barulhento. Não havendo folga, a válvula poderá não se assentar firmemente. Os gases da combustão podem vazar pelo assento da válvula e eventualmente queimar o furo na válvula, no ponto de vazamento. Alguns motores são projetados para manter uma folga de válvula com ajuste mecânico como um calço. Outros projetos de folga mecânica podem requerer ajustes periódicos. Alguns motores mantêm a folga das válvulas automaticamente através de dispositivos atuadores hidráulicos de válvulas. Um dispositivo hidráulico (levantador, alavanca, balde) expande-se sob a pressão hidráulica do óleo, para manter o contato com as pontas das válvulas o tempo todo. Durante os eventos de fechamento das válvulas, a pressão do óleo é cortada, permitindo que elas se fechem firmemente em seu assento.

1

2

1. calço de ajuste Fig. 12 – Calço

2. alavanca SENAI-RJ – 53


Molas das válvulas As molas das válvulas são as responsáveis primárias pelo fechamento da válvula firmemente em seu assento. A mola é instalada sobre o cabeçote, em torno da haste da válvula, na parte que fica exposta através do cabeçote. Assentos de mola superiores e inferiores evitam o desgaste e mantêm as molas no lugar. Presilhas cônicas, instaladas dentro dos assentos superiores das molas (às vezes de retentores), travam-se dentro das ranhuras na haste da válvula e mantêm todos os componentes em seus lugares. 1

2

1. retentores 2. assento superior da mola

3

3. mola 4. assento inferior da mola

7

4

5. vedador da válvula 6. guia da válvula

5

7. válvula

Fig. 13 – 13 – Molas das válvulas 6

Tensão das molas A mola da válvula precisa estar apta a gerar pressão suficiente para manter a válvula fechada firmemente contra o seu assento. Ela também mantém todos os componentes do trem de válvulas em contato um com o outro, quando o motor funciona a alta velocidade. Ao mesmo tempo, a mola da válvula não pode pressionar demais, pois os componentes se gastariam prematuramente. Como resultado, as molas das válvulas são projetadas para gerar justamente a quantidade necessária de pressão para o projeto do motor.

Altura de trabalho A altura de trabalho é o comprimento da mola, quando instalada no cabeçote e a válvula está completamente fechada.

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1

1. medida da altura de trabalho 2. guia da válvula 2

3. válvula 4. válvula fechada

3

Fig. 14 – 14 – Altura de d e trabalho

4

Árvore de comando coman do de válvulas A árvore de comando de válvulas é o componente que controla os eventos de abertura e fechamento das válvulas, sendo acionada pela árvore de manivelas através de engrenagem, corrente ou correia de conexão. Ela gira à metade da velocidade da árvore de manivelas, para manter distribuição adequada dos quatro ciclos da combustão. Os eventos de abertura e fechamento das válvulas são realizados por cames na árvore de comando de válvulas. Cada válvula no motor, dependendo do projeto, possui seu came correspondente, e pode haver apenas uma ou múltiplas árvores de comando de válvulas num motor.

Fig. 15 – Árvore de comando de válvulas

Elevação Elevação das válvulas é a distância a que a válvula é levantada fora do seu assento, quando está totalmente aberta. A altura do came e o projeto do trem de válvulas determinam a quantidade de elevação da válvula. Uma válvula precisa elevar-se o suficiente para permitir que a mistura de ar e combustível possa fluir livremente para dentro do cilindro ou gases de escapamento para fora do cilindro, sem interferir com o pistão ou forçar a mola.

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1. came de levantamento alto 1

2

2. came de levantamento moderado

Fig. 16 – 16 – Elevação da válvula

Duração Duração é a quantidade de tempo em que o came mantém a válvula aberta. A duração é medida em graus de rotação da árvore de comando de válvulas. A forma do came determina a quantidade de duração. Alterando a duração, afetam-se as características operacionais do motor relativas a quanto torque e potência são produzidos a uma certa velocidade do motor.

1

2

1. came de curta duração 2. came de longa duração Figs. 17 e 18

Cruzamento de válvulas Cruzamento é a condição em que ambas as válvulas estão abertas simultaneamente. A simultaneidade é controlada pela posição do came da árvore de comando de válvulas, sendo medida em graus de rotação da árvore de comando de válvulas. A alteração da simultaneidade pode afetar as características de funcionamento do motor a uma certa velocidade.

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Fig. 19 – Cruzamento de válvulas

Acionamento das válvulas vá lvulas no cabeçote cab eçote Num motor motor OHV OHV, onde a árvore árvore de comando comando de de válvulas válvulas é montada montada sob sob as válvulas válvulas no bloco, bloco, uma uma engrenagem na árvore de manivelas é usada para acionar a corrente de distribuição, que aciona a engrenagem da árvore de comando de válvulas.

1. árvore árvore de comand comandoo de válv válvulas ulas 1 2

2. engren engrenage agem m da árvore árvore de coman comando do de válvulas 3. corrent correntee de de distr distribui ibuição ção

3

4. engrena engrenagem gem da árvor árvoree de manivel manivelas as

4

Fig. 20 – 20 – Acionamento típico OHV

Hastes ou varetas dos tuchos Num motor OHV OHV,, os os tuchos tuchos transferem transferem o movime movimento nto de elevação elevação provenient provenientee da da árvore árvore de de comand comandoo de válvulas para as varetas, e estas, para as válvulas. Os tuchos são feitos de tubos de aço com recipientes ou esferas nas extremidades, para trabalhar com as varetas e os balancins. Os tuchos flexionam-se levemente durante a operação normal, e esta flexão é considerada, quando o came é projetado. Em alguns motores, os tuchos são fornecidos com comprimentos variados, para proporcionar proporcionar um um ajuste ajuste da folga inicial.

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1

1. vareta 2. tucho 3. árvore de comando de válvulas

2

3

Fig. 21 – 21 – Tuchos

Balancim O balancim reverte a direção de elevação do tucho ou árvore de comando de válvulas para a válvula. Um pivô é furado no balancim, para que possa funcionar com um eixo de balancim.

1 2

1. eixo pivô do balancim 2. balancim

4

3. válvula 4. vareta Fig. 22

3

Tuchos de válvulas Os tuchos de válvulas transmitem o movimento de elevação dos cames para as hastes das válvulas. Dependendo do tipo de motor, eles transmitem o movimento para as válvulas diretamente, através dos tuchos. O tucho protege a haste da válvula contra esforços laterais, sendo guiado no cabeçote e absorvendo alguns esforços. Pode ser de dois tipos: tucho mecânico e tucho hidráulico.

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Balancins roletados Os balancins roletados, usados em alguns motores, são utilizados para acionar as válvulas. Eles se pivoteiam pivoteiam abaixo dos cames da árvore de comando de válvulas. válvulas. O balancim roletado é similar ao mecânico. Uma extremidade do balancim roletado é apoiada por um levantador que controla o ajuste da folga. A outra extremidade aciona a válvula.

Fig. 23 – 23 – Balancim roletado

Tuchos mecânicos Os tuchos mecânicos transmitem o movimento entre o came e a válvula. O levantador sólido é uma peça e não possui peças móveis. Os motores motores equipados equipados com levantadores levantadores sólidos requerem ajustes periódicos periódicos para a correção correção dos desgastes do trem de válvulas e eliminação eliminação de ruídos.

1. tucho mecânico 2. árvore de comando de válvulas

Fig. 24 – 24 – Tucho mecânico

Tuchos hidráulicos Os tuchos hidráulicos não só transmitem movimento como também propiciam alterações na folga das válvulas. São cilindros hidráulicos que corrigem a folga das válvulas usando a pressão do óleo do motor e a pressão da mola interna. A expansão térmica e o desgaste causam mudanças dimensionais corrigidas pelos tuchos hidráulicos, os quais normalmente não precisam de ajustes.

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1

2

1. tucho hidráulico 2. árvore de comando de válvulas Fig. 25 – 25 – Tucho hidráulico OHV

1

1. árvore de comando de válvulas 2

2. tucho hidráulico 3. haste da válvula

3 Fig. 26 – 26 – Tucho hidráulico OHC

Teoria e operação das árvores de comando de válvulas no cabeçote (OHC) Seguidores de cames Seguidor de came é outro termo descritivo dos tuchos mecânicos. Refere-se a tuchos de válvulas.

Tuchos sólidos tipo balde Os tuchos sólidos tipo balde, como usados nos motores OHC e DOHC, oferecem uma forma de ajuste da folga de válvulas. Com a aplicação de calços de diferentes espessuras, pode-se alterar a folga entre a árvore de comando de válvulas e o tucho.

60 – SENAI-RJ


Ajustadores hidráulicos de folga Os ajustadores hidráulicos de folga são uma versão OHC dos tuchos hidráulicos. Na maioria dos motores OHC, a folga das válvulas é ajustada automaticamente por tuchos hidráulicos. Os ajustadores hidráulicos de folgas eliminam a necessidade de ajuste manual das válvulas, sendo montados acima das hastes das válvulas. Um ajustador hidráulico de folga do tipo balde é posicionado entre o topo da haste da válvula e a árvore de comando de válvulas. Neste projeto, a árvore de comando de válvulas contata diretamente o topo do ajustador de folga. Em alguns motores, um ajustador hidráulico de folga é montado no balancim, entre a haste da válvula e o balancim. O ajustador hidráulico de folga do tipo balde possui possui um corpo de balde que contém duas câmaras de óleo. óleo. Uma esfera de verificação verificação e uma mola controlam o movimento do óleo entre estas duas câmaras. Assim que o óleo se move de uma câmara para outra, a mola controlada por um mergulhador movimenta-se para cima e para baixo, contatando o topo da haste da válvula. 2 1

1. tucho 2. árvore de comando de válvulas 3 4

3. guia do tucho 4. calço de ajuste

Fig. 27 – Levantador L evantador do tipo balde

1

1. corpo de balde

7

2. mergulhador

6

3. mola de esfera de verificação 4. esfera de verificação 2 5

4

3

5. gaiola da esfera de verificação 6. mola do mergulhador

Fig. 28 – 28 – Tucho hidráulico do tip o balde

7. corpo

Compensador hidráulico montado nos balancins O compensador hidráulico de folgas montado nos balancins opera de forma similar à do tucho hidráulico de folgas do tipo balde, com exceção de que o contato é feito com um balancim em vez da árvore de comando de válvulas. Um compensador hidráulico de folgas montado nos balancins não possui o corpo de balde, mas uma esfera de verificação, mergulhador e corpo, que funcionam da mesma maneira, para manter a folga da válvula em 0. SENAI-RJ – 61


1

1 2

2

2

3

3

1. balancins

Fig. 29 – 29 – Compensador hidráulico montado nos balancins

2. compensador hidráulico 3. árvore de comando de válvulas

Ac A c i o n a m e n t o d a á r v o r e d e comando de válvulas no cabeçote Para acionar a(s) árvore(s) de comando de válvulas, é instalada uma polia na extremidade da árvore de manivelas que aciona uma correia de distribuição ou uma corrente, que gira a(s) árvore(s) de comando de válvulas. A polia da árvore de manivelas aciona a correia ou corrente de distribuição. Em seguida, as polias das árvores de comando de válvulas conectadas às correias ou correntes giram cada árvore de comando de válvulas. A polia da correia de distribuição possui metade metade dos dentes da polia da árvore de manivelas, o que significa que a árvore de comando de válvulas gira uma volta para cada duas voltas da árvore de manivelas. O acionamento OHC também inclui um tensor de polia e um tensor de mola ou um tensor hidráulico automático, que mantém a tensão da corrente ou correia de distribuição e o tempo das válvulas.

1

2 3 5

4

1. polias da árvore de comando de válvulas 2. polia de apoio 3. polia da correia de distribuição 4. correia de distribuição 5. tensor da polia Fig. 30 – 30 – Acionamento OHC

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O acionador do OHC usa uma correia autotensionada que funciona de forma similar ao ajustador de corrente. Alguns tipos de autotensores usam uma haste e um pistão em vez de uma catraca. Quando o motor está frio, há uma tensão pequena sobre a correia. A haste do autotensor empurra o tensor da polia para cima, eliminando a folga da correia. Quando o motor está aquecido, a expansão causa um aumento da tensão da correia, que empurra a haste para dentro do tensor.

1 2

1 3 4

5

1. tensor da polia 2. correia de distribuição 3. correia fria 4. correia aquecida 5. autotensor

Fig. 31 – 31 – Tensor da correia

Acionamento por correia e corrente Um outro tipo de acionamento é a combinação de corrente e correia de distribuição. Neste projeto, uma correia de distribuição aciona a árvore de comando de válvulas de admissão, e uma corrente de distribuição aciona a árvore de comando de válvulas de escapamento. A maior vantagem deste projeto é que ele permite que as a s válvulas sejam colocadas num eixo mais vertical. Tal ângulo produz um ganho de eficiência de combustão, melhor economia de combustível e níveis de emissão mais baixos.

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4

3 2

1. polia polia da árvore árvore de coma comando ndo de válvulas

1

2. corrente corrente da árvore árvore de coman comando do de válvulas 3. ajus ajusta tado dorr da corren corrente te 5

4. árvore árvore de de comando comando de válvul válvulas as de admissão 5. árvore árvore de de comando comando de válvul válvulas as de escapamento

8

7

6. polia polia da corre correia ia de distribu distribuição ição 7. correi correiaa de distrib distribuiç uição ão 8. tens tensor or da poli poliaa

6

Fig. 32 – 32 – Combinação do acionador duplo

Acionamento por engrenagem com engrenagem engren agem de fricção Este tipo de acionamento de árvore de comando de válvulas caracteriza uma árvore de comando de válvulas acionada por fricção. Neste projeto, as correias de distribuição acionam uma árvore de comando de válvulas em cada cabeçote. A outra árvore de comando de válvulas é acionada por engrenagem helicoidal, a qual gira no sentido anti-horário ao da árvore de comando de válvulas. Este projeto cria um trem de válvulas válvulas mais compacto, compacto, que permite uma linha de capuz mais baixa no veículo. O arranjo dos cames nas duas árvores de comando de válvulas causa um ruído de clique ao girar da árvore. Para eliminar este ruído, a engrenagem acionada é equipada com uma engrenagem de fricção, a qual possui um dente a mais do que a engrenagem helicoidal. A engrenagem de fricção causa um leve esforço entre a engrenagem acionada e a engrenagem acionadora das árvores de comando de válvulas, eliminando qualquer ruído resultante da folga entre as engrenagens. 2

1

1. árvore de comando de válvulas acionada 5

2. árvore de comando de válvulas acionadora 3. engrenagens helicoidais 3

4. correia de distribuição 5. engrenagem de fricção

4 Fig. 33 – Árvore de comando de válvulas acionada 64 – SENAI-RJ


Árvore de comando de válvulas única no cabeçote (SOHC) Num motor motor SOHC, SOHC, a árvore árvore de comando de válvulas válvulas está está instalada instalada no cabeçote, cabeçote, sobre as válvulas. válvulas. A árvore de comando de válvulas é um eixo sólido ou oco, de ferro fundido ou aço com vários cames. Cada came possui uma saliência excêntrica em um lado, chamada de came. Em muitos motores OHC, a árvore de comando de válvulas funciona diretamente sobre a superfície dos mancais do cabeçote sem rolamentos inseridos. 2 1

1. cames 2. mancais da árvore de comando de válvulas Fig. 34

Para ter certeza de que as válvulas se abrem e se fecham no tempo certo no ciclo de quatro tempos, a árvore de comando de válvulas é acionada pela árvore de manivelas. A árvore de comando de válvulas gira à metade da velocidade da árvore de manivelas, porque usa duas rotações da árvore de manivelas para completar um ciclo. Assim, a árvore de comando de válvulas conclui um ciclo completo em uma rotação. Assim que a árvore de comando de válvulas gira, um came da árvore de comando de válvulas contata um tucho, que pressiona a extremidade da haste e abre a válvula. Quando o came passa pelo tucho, libera a válvula, permitindo que a mola a feche. A árvore de comando de válvulas única no cabeçote inclui dois ou mais cames para cada cilindro – um came para cada válvula –, de maneira que a válvula de admissão e a de escapamento possam abrir e fechar em tempos diferentes. 2

1. folga da válvula

2

1 3

3

2. árvore de comando de válvulas 3. tucho 4. válvula de admissão mostrada fechada 5. válvula de admissão mostrada aberta

Fig. 35 – 35 – Atuação At uação da válvula de admissão no OHC único

4

5

SENAI-RJ – 65


Nos motores motores SOHC SOHC do do tipo V, usam-se duas árvores árvores de comando comando de válvulas válvulas separadas, separadas, uma para para cada bancada de cilindros. Mesmo que duas árvores de comando de válvulas sejam usadas, este ainda é um projeto SOHC, porque uma árvore de comando de válvulas opera todas as válvulas de uma bancada de cilindros. cilindros. 1

1. balancins 2. árvore de comando de válvulas

2 4

3. válvulas 3

4. cames

Fig. 36 – Operação da árvore de comando de válvulas

Árvore de comando de válvulas dupla no cabeçote (DOHC) O projeto de árvore de comando de válvulas dupla no cabeçote (DOHC) é também muito comum em veículos leves, com motores multiválvulas que operam em altas velocidades. A árvore de comando de válvulas dupla reduz o peso das peças do trem de válvulas, o que significa que o motor pode gerar mais força, sem aumentar a cilindrada e o peso. A configuração dos motores em V, com árvores de comando de válvulas duplas, realmente possui quatro árvores de comando de válvulas separadas, duas para cada bancada de cilindros. cilindros. Além disso, o projeto OHC também permite quatro válvulas por cilindro – duas de admissão e duas de escapamento. Este arranjo aumenta a eficiência da admissão e o escapamento do motor. 1

1. árvore de comando de válvulas 2. válvulas de escapamento 3. válvulas de admissão

Fig. 37 – 37 – Árvore de comando de válvulas dupla

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3

2


Árvore de comando de válvulas válvul as de tempo variado vari ado Alguns motores DOHC utilizam árvores de comando de válvulas com distribuição variável (VCT). Um sistema similar é conhecido como distribuição distribui ção variável de válvulas (VTT). Em ambos os sistemas, um atuador hidráulico altera a distribuição das válvulas de uma das árvores de comando de válvulas. A distribuição da árvore de comando de válvulas é alterada conforme a carga e velocidade do motor. As árvores de comando de válvulas com distribuição variável otimizam os procedimentos de combustão, aumentando a troca de gases nos cilindros. Os benefícios consistem em melhor desempenho do motor a baixa e alta velocidade, maior qualidade da marcha lenta e emissões do escapamento. A maioria dos projetos de árvores de comando de válvulas com distribuição variável faz a alteração da distribuição da válvula de escapamento. Alguns projetos variam a distribuição da válvula de admissão. O atuador VCT, ou unidade de distribuição variável de válvula, é fixado sobre a extremidade da árvore de comando de válvulas.

1 2

1. conjunto do corpo e roda dentada 3

2. luva interna

6

3. mola de retorno 4. pistão

6

5. engrenagens coroas 6. pressão do óleo 4 5 Fig. 38 – 38 – Atuador VCT

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Sistema de lubrificação Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Descrição e operação Óleo do motor Pressão de lubrificação Desgastes no óleo Troca de óleo Cárter de óleo Peneira de óleo Bomba de óleo Tipos de bombas de óleo Filtro de óleo Vedadores de óleo Vareta de medição Indicador de pressão de óleo

4

Técnicas de Motor Diesel – Sistema de Lubrificação

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a: • descrever o sistema de lubrificação de um moderno motor de combustão interna; • identificar os componentes principais do sistema de lubrificação; • descrever a teoria e operação do sistema de lubrificação.

Descrição e operação As peças móveis de um motor de combustão interna e o processo de combustão produzem grande quantidade de calor, o qual, criado entre algumas peças móveis, é tão grande que o motor mot or de combustão interna não operaria muito tempo, sem danificar-se, e uma quebra ocorreria. O sistema de lubrificação proporciona fornecimento constante de óleo pressurizado para as peças móveis do motor. A lubrificação reduz o calor do atrito e mantém as peças, evitando o desgaste entre elas. O óleo também auxilia a esfriar o motor, removendo sujeiras e cavacos, bem como reduzindo o ruído. Os maiores componentes do sistema de lubrificação são: • cárter de óleo; • peneira de óleo; • bomba de óleo; • filtro de óleo; • vedadores de óleo; • vareta de medição; • indicador de pressão de óleo; • materiais de vedação.

Óleo do motor Os óleos para motores atualmente são feitos de óleo cru natural (petróleo) ou de componentes químicos (sintéticos) produzidos pelo homem. Alguns óleos para motor são fabricados de ambos, sendo chamados de sintéticos parciais. Os óleos para motor são categorizados de acordo com as classes de viscosidade SAE, definidas pela Sociedade Sociedade de Engenheiro Engenheiross Automotivos Automotivos (SAE). A viscosidade viscosidade é expressão expressão da habilidade habilidade de um fluido para fluir ou mover-se. Um óleo denso a uma certa temperatura não flui tão rápido como um óleo mais fino na mesma temperatura, embora o mais denso possua grau de viscosidade mais alto. Os SENAI-RJ – 71


óleos são graduados conforme a sua viscosidade em relação à temperatura ambiente, e a viscosidade é uma indicação das características de um óleo a uma certa temperatura. A informação de viscosidade nada diz a respeito da qualidade do óleo. Há óleos de um só grau e óleos multigraduados, em uso hoje nos motores de combustão interna. Um óleo de grau único é o que usa sua graduação total na faixa completa de temperatura. Um óleo multigraduado é o que atua de forma diferente, quando está frio e quando está quente. Desta forma, o óleo pode ser feito para atuar como um óleo fino, quando a temperatura tende a tornar os óleos mais densos, e como um óleo denso, quando a temperatura aumenta, tendendo a afinar os líquidos. Os óleos multigraduados também são chamados de multiviscosos. Os números SAE referem-se às faixas de temperatura em que o óleo lubrifica melhor. Um óleo classificado como SAE 10 lubrifica melhor em baixas temperaturas, mas se torna fino em altas temperaturas. Um óleo classificado como SAE 30 lubrifica melhor em temperaturas médias, mas se torna denso em baixas temperaturas. Os óleos multigraduados atendem mais do que um número de viscosidade SAE. Suas curtas designações são feitas a partir das designações de dois números de viscosidade em que o óleo pode ser aplicado. Por exemplo, o óleo SAE 10W30 encontra-se dentro dos requisitos de peso 10 para partidas a frio e lubrificação a frio, bem como os requisitos de peso 30 para lubrificação em médias temperaturas. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10

C

o

1

2

3

4

SAE 5W40 / 5W50

SAE 10W40

SAE 10W30

SAE 15W40

5

1. óleo para motor sintético, fórmula S 2. óleo para motor, alta lubrificação, alto desempenho + XR 3. óleo para motor multigraduado Super 4. óleo para motor multigraduado Super 5. temperatura ambiente Fig. 1 – 1 – Classes de viscosidade

Circulação do óleo O óleo circula no motor da seguinte forma: • o óleo no cárter é enviado para cima através da peneira de óleo, pela bomba de óleo; a peneira filtra as partículas maiores; • o óleo flui através do filtro de óleo, que filtra as pequenas partículas de sujeira e cavacos; • do filtro, o óleo flui para dentro da passagem pa ssagem principal de óleo – ou de galeria – no bloco do motor; mot or; • da galeria principal, o óleo flui através de passagens menores para a árvore de comando de 72 – SENAI-RJ


válvulas, pistões, árvore de manivelas e outras peças móveis; os furos de óleo e jatos direcionam o fluxo de óleo para áreas críticas, como mancais e pistões; • assim que o óleo lubrifica as superfícies das peças móveis, ele é constantemente empurrado para fora pelo óleo novo; o óleo escorre das superfícies lubrificadas de volta para dentro do cárter; no cárter, ele esfria, antes de ser coletado novamente pela peneira, para repetir o ciclo. 1 2

1. fluxo fluxo de óleo óleo na galeria galeria superior superior 2. fluxo fluxo de de óleo óleo do do filtr filtroo 3. galeria galeria princi principal pal de fluxo fluxo de óleo óleo 4. fonte fonte de óleo óleo do cárt cárter er 3

5. peneira peneira de de óleo óleo para para o fluxo fluxo da da bomba de óleo

5 Fig. 2 – 2 – Circulação do óleo 4

Pressão de lubrificação Para bombear o óleo através da galeria principal, é usada pressão total. O óleo, da galeria principal, lubrifica os mancais principais da árvore de manivelas, os mancais das bielas, a árvore de comando de válvulas e os tuchos hidráulicos das válvulas (se equipado). Em outras partes do motor, o volume é reduzido, e o óleo flui através de passagens menores. O volume reduzido garante que os mancais principais principais obtiveram obtiveram óleo suficiente suficiente e que o excesso excesso não seja introduzid introduzidoo nas câmaras de combustão combustão.. As extremidades dos tuchos e balancins recebem reduzida pressão de lubrificação. O óleo fornecido é mantido no cárter, um reservatório fixado sob o bloco do motor, para captar o óleo que escorre das peças móveis. Uma bomba direciona este fornecimento de óleo através de uma peneira e força-o sob pressão, pressão, através de de um filtro. Após Após passar passar pelo pelo filtro, o óleo passa a lubrificar lubrificar os pontos no cabeçote cabeçote e no bloco de cilindro cilindros. s. Uma Uma válvula válvula de alívio alívio de pressã pressãoo na bomba de óleo óleo garante garante que uma pressão de óleo de 4-5 bar não seja excedida.

SENAI-RJ – 73


1

3

2

1. filtro de óleo 2. interruptor de pressão de óleo 3. levantador tipo balde hidráulico 4

4. injetores de óleo 5. reservatório 6. tubo de entrada de óleo e peneira

7

7. bomba de óleo

6 5 Fig. 3 – 3 – Circuito Cir cuito de óleo de alimentação forçada f orçada típico típ ico

Desgastes no óleo O óleo lubrificante no motor é sujeito a grandes desgastes como conseqüência das diferenças de temperatura e contaminação. O óleo precisa conservar suas características e temperatura de até 300ºC, sendo também sujeito a desgastes químicos dos gases de combustão, sujeiras, partículas de metal do desgaste e resíduos da combustão. As altas temperaturas e os contaminantes reduzem a capacidade de o óleo executar, bem como impedir a formação de lodo. Refrigerantes para óleo são usados, às vezes, para não deixar o óleo do motor ficar muito quente e, ainda, transferem o calor do óleo para o ar exterior ou para o líquido de arrefecimento do motor.

Troca de óleo É importante trocar o óleo do motor nos intervalos de serviço especificados. O filtro de óleo também deve ser trocado, sempre que o óleo o for. Ao adicionar o novo óleo, é importante usar o tipo correto, a quantidade e a qualidade especificadas pelo fabricante. O superabastecimento do motor com óleo pode causar danos às suas peças internas e/ou altas emissões do escapamento. escapamento.

Cárter de óleo O cárter de óleo é fixado no fundo do bloco do motor, proporcionando um reservatório para o óleo do motor, e veda o alojamento da árvore de manivelas. O cárter ajuda a dissipar algum calor do óleo dentro do ar próximo. Alguns cárteres possuem um divisor que ajuda a reduzir o movimento do óleo no cárter durante a operação.

74 – SENAI-RJ


Peneira de óleo A peneira de óleo é uma tela que bloqueia sujeiras e cavacos, impedindo-os de entrar na bomba de óleo, localizando-se no fundo do cárter de óleo, fixada no lado de entrada da bomba de óleo. A peneira é mantida completamente coberta pelo óleo do motor, de maneira que o ar não possa ser sugado para dentro da bomba de óleo. O óleo entra na bomba de óleo através da peneira, sendo, em seguida, empurrado para o motor.

Bomba de óleo A bomba de óleo providencia o “empurrão” que circula óleo pressurizado em todo o motor. Ela suga o óleo do cárter e o empurra para o sistema de lubrificação, sendo normalmente montada no bloco de cilindros cilindros ou na tampa tampa dianteira dianteira do motor, motor, e normalmente normalmente acionada acionada pela árvore árvore de manivelas manivelas usando uma engrenagem, correia ou eixo. As bombas de óleo do motor são classificadas como bombas de deslocamento positivo, o que significa que todo o óleo que passa pela sua entrada passa pela saída. O óleo não pode circular dentro da bomba.

Válvula de alívio de pressão Pressão de óleo em excesso pode danificar vedações e juntas, causando vazamentos de óleo. Quanto mais rápido a bomba é acionada, mais óleo ela bombeia. A bomba de óleo inclui uma válvula de alívio de pressão que limita a pressão máxima que a bomba pode desenvolver. Se todo o óleo proveniente da bomba fosse forçado dentro das passagens de óleo, iria rapidamente aquecer-se e quebrar o motor. Para limitar a pressão do óleo, a válvula de alívio de pressão abre-se num limite pré-ajustado e envia algum óleo da bomba de volta para a entrada ou para o cárter.

Tipos de bombas de óleo Bomba tipo rotor A bomba tipo rotor usa dois rotores, um girando dentro do outro, para pressurizar o óleo. Os dois rotores giram em velocidades ligeiramente diferentes, possuindo cames suaves e arredondados. Esses rotores são chamados de trochóides. Em tal projeto, a árvore de manivelas manivel as aciona o rotor interno, o qual aciona o rotor externo. exte rno. Como os dois rotores giram, cavidades de bombeamento são formadas entre os cames nos dois rotores. As cavidades de bombeamento tornam-se menores e maiores assim que os cames nos dois rotores entram e saem do engrenamento. Uma abertura na carcaça da bomba, nos pontos de engrenamento (saída da bomba) e desengrenam desengrenamento ento (entrada (entrada da bomba), permite permite que o óleo entre e saia da bomba, bomba, à medida que os rotores giram. As bombas tipo rotor são confiáveis e podem resistir a altas velocidades de operação. As bombas tipo rotor produzem um fluxo de óleo suave, em vez de ação pulsante. A bomba tipo rotor, usada em muitos motores, possui pequeno furo no lado da saída, para permitir a saída de ar.

SENAI-RJ – 75


Se não há óleo na bomba, porque o veículo não funciona por longo tempo, o furo ventila o ar rapidamente, quando o motor é acionado, o que permite que óleo flua quase imediatamente para as partes críticas do motor. 1 2

3

1. rotor interno

7 4

2. rotor externo 3. porta de saída 4. válvula de alívio de pressão

6

5. porta de entrada 6. óleo do motor

5

7. corpo da bomba

Fig. 4 – 4 – Bomba de óleo tipo t ipo rotor

Bomba de engrenagens Numa bomba bomba de óleo tipo tipo engrenagens, engrenagens, duas engrenag engrenagens ens são são usadas usadas para empurrar empurrar o óleo óleo através através da bomba. A árvore árvore de comando de válvulas, ou a árvore de manivelas, aciona a engrenagem acionadora. Assim que a engrenagem acionadora gira, ela ajusta-se com a engrenagem acionada, que gira na direção oposta. Como as engrenagens giram dentro do corpo da bomba, criam um vácuo – uma área sem gás ou fluido dentro – na porta de entrada. O óleo é, então, direcionado para dentro deste vácuo. O óleo move-se, entre as engrenagens e o corpo da bomba, para a porta de saída. 2 1

3

1. engrenagem acionadora 2. porta de saída 3. engrenagem acionada 4. porta de entrada 4

76 – SENAI-RJ

Fig. 5 – 5 – Bomba de óleo tipo de engrenagens


Filtro de óleo O filtro de óleo coleta as pequenas partículas de metal, sujeiras e cavacos levados pelo óleo, para que não circulem através do motor. Ele mantém o óleo limpo, a fim de reduzir o desgaste do motor, além de filtrar partículas muito pequenas que podem passar pela peneira de óleo. A maioria dos filtros de óleo é do tipo de fluxo total, o que significa que todo o óleo bombeado pela bomba de óleo passa através do filtro. Este filtro contém um elemento de papel que detém as partículas no óleo. O fluxo de óleo proveniente da bomba de óleo entra no filtro através de vários furos. O óleo inicialmente flui através da parte externa do elemento filtrante e, a seguir, passa por meio do material do filtro para dentro do centro do elemento. Finalmente, o óleo flui e sai para a galeria principal através de um tubo no centro do filtro. O filtro aparafusa-se na galeria principal de óleo. Um vedador evita vazamentos na conexão entre o filtro e o bloco de cilindros.

5

1

1. elemento de papel 2. fluxo para a galeria principal

4

3. fluxo proveniente da bomba de óleo 4. mola 5. válvula de segurança do filtro

Fig. 6 – 6 – Elemento do filtro de óleo

3

2

Válvula de segurança segur ança do filtro Assim que o elemento do filtro começa a ficar sujo, a bomba de óleo precisa funcionar mais, para impulsionar o óleo através do filtro. Se o filtro tornar-se obstruído, e nada for providenciado para a passagem passagem por ele, isso poderá poderá resultar resultar em danos ao motor. motor. Para evitar evitar tal tipo de dano dano,, muitos muitos fabricante fabricantess de equipamentos originais (OEM) de filtros também incluem uma válvula de segurança com carga de mola. Esta válvula é projetada para permitir que o óleo passe pelo filtro, se ele ficar obstruído. Quando a contrapressão se torna suficientemente grande para ultrapassar a força da mola na válvula de passagem restrita, restrita, a válvula abre-se, permitindo permitindo que algum óleo passe passe pelo filtro filtro e vá diretamente diretamente para o tubo da galeria. SENAI-RJ – 77


Diafragma anti-retorno Muitos OEM de filtros de óleo também contêm um diafragma anti-retorno que mantém o óleo dentro do filtro, quando o motor é desligado. O diafragma cobre todos os furos de entrada do filtro quando a bomba pára. Desligando-se o motor, a pressão do óleo no filtro força o diafragma para baixo dos furos, vedando o óleo no filtro. Ao ligar o motor novamente, o óleo flui imediatamente do filtro. Desta forma, as partes críticas do motor recebem lubrificação imediata. Como a pressão da bomba aumenta, o diafragma é empurrado para longe dos furos, permitindo permit indo o reinício do fluxo normal de óleo.

Vedado Vedadores res de óleo óleo Em vários locais no motor, vedadores e juntas impedem que o óleo vaze para fora do motor ou para dentro de locais onde não deve haver óleo.

Vareta Vareta de medição medição A vareta de medição de óleo é usada para medir o nível de óleo no cárter. Uma extremidade dela, que mergulha dentro do topo do reservatório de óleo, possui um cabo, para que possa ser puxada com facilidade. A extremidade que mergulha no cárter tem um medidor que mostra se deve ser adicionado óleo ao motor. É importante manter o óleo acima da linha ADICIONAR ÓLEO o tempo todo. O alojamento da árvore de manivelas nunca deve ser superabastecido ou permitir que o nível fique baixo. Muito óleo pode permitir permitir que a árvore árvore de manivelas manivelas entre entre em contato contato com o óleo e o agite, até até que se transforme transforme em espuma. A bomba de óleo não pode bombear espuma, a qual não lubrifica. Baixos níveis de óleo podem resultar em temperaturas temperaturas excessivamente excessivamente altas, o que pode prejudicar prejudicar os mancais. mancais. Um nível muito alto ou muito baixo também pode aumentar o consumo de óleo. Consulte o manual de oficina ou o manual do proprietário para a correta capacidade de óleo e o tipo recomendado.

1 2

1. nível de óleo máximo 3

2. nível de óleo mínimo 3. extremidade inferior da vareta

Fig. 7 – 7 – Vareta medidora de óleo

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Indicador de pressão de óleo O painel de instrumentos geralmente possui algum tipo de indicador de pressão de óleo óle o que avisa ao motorista quando o sistema de lubrificação não pode manter a pressão de óleo necessária para o motor. O indicador pode ser um medidor ou uma lâmpada de advertência.

SENAI-RJ – 79

Sistema de entrada de ar Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Caminhos internos Sistema de indução variável Sistema IMRC Válvula IMT Indução forçada Turboalimentação Superalimentação

5

Técnicas de Motor Diesel – Sistema de Entrada de Ar

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a: • descrever o sistema de admissão de ar do motor de combustão interna; • explicar a teoria e operação do motor de combustão interna. O sistema de admissão de ar é projetado para limitar o ar, assim como alimentar a mistura de ar e combustível aos cilindros. Os maiores componentes do sistema de admissão de ar são: • dutos de admissão de ar; • ressonador de indução de ar; • conjunto do filtro de ar; • coletor de admissão; • turbo carregador; • porta de resíduos; • supercarregador. O sistema de admissão consiste no duto de admissão de ar, no conjunto do filtro de ar e no coletor de admissão. O conjunto do ressonador pode ser incluído, para reduzir o ruído da admissão de ar. Os ressonadores de indução de ar podem ser componentes separados ou parte do alojamento de admissão de ar (isto é, o filtro de ar cônico). Adicionalmente, um sensor do fluxo da massa de ar e um corpo do acelerador, ambos partes dos sistemas de injeção de combustível, estão localizados entre o conjunto do filtro de ar e o coletor de admissão. Consulte o livro Fundamentos de desempenho desempenho do motor para informações relativas ao sistema de injeção de combustível. 1

1

Fig. 1 – 1 – Coletor de admissão admis são típico típic o

1. coletor de admissão SENAI-RJ – 83


O conjunto do filtro de ar aloja o elemento desse filtro, o qual remove quaisquer partículas de sujeira, poeira ou cavacos da entrada do sistema de admissão de ar. O coletor de admissão, que direciona a entrada de ar para os cilindros, é feito de liga de alumínio ou compostos de plástico. Para garantir uma boa carga ao cilindro, estes coletores possuem carga interna muito suave, oferecendo resistência mínima à passagem dos gases. A forma do coletor de admissão pode fazer o fluxo de ar turbilhonar o tempo todo dentro da câmara de combustão, para maior eficiência da combustão. Se as portas dos cilindros cilindros individuais individuais possuírem possuírem dimensão dimensão e comprimento comprimento iguais, as mesmas condições condições serão aplicadas a todos os cilindros durante a indução, resultando em carga uniforme aos cilindros. Durante a fase de aquecimento, algum combustível condensa-se nas paredes internas do coletor de admissão. Para minimizar estas perdas por condensação, os coletores de admissão são freqüentemente equipados com um pré-aquecedor. Os sistemas de admissão precisam ser perfeitamente vedados do ar exterior. Ar induzido sem medição através de vazamentos prejudica o gerenciamento do motor e resulta em funcionamento irregular, especialmente em marcha lenta. Consulte o livro Fundamentos de desempenho do motor para informações relativas ao sistema de gerenciamento do motor. O vácuo no coletor de admissão pode ser usado para vários propósitos. Freios-servo assistidos e sistemas de detonação automáticos podem ser operados por meio de unidades de diafragma de vácuo. Conectores apropriados são instalados no coletor de admissão para estas funções diferentes.

Caminhos internos O comprimento e o diâmetro dos caminhos internos do coletor de admissão também têm efeito na eficiência volumétrica. Durante baixas velocidades do motor, caminhos internos longos e estreitos produzem produzem eficiência eficiência volumétrica volumétrica mais alta. alta. Os engenheiro engenheiross manipulam manipulam taxas de compress compressão, ão, ângulos ângulos de cames e o sistema de admissão, para aumentar a eficiência volumétrica. Os mais modernos projetos de motores utilizam estas inovações, como motores multivalvulados e sistemas de admissão variável, a fim de aumentar a eficiência volumétrica.

1

1. caminhos internos curtos e largos 2

2. caminhos internos longos e estreitos

Fig. 2 – 2 – Tipos de caminhos internos 84 – SENAI-RJ


Sistema de indução variável Em razão de o comprimento e diâmetro dos caminhos de admissão afetarem o desempenho, a eficiência e emissões do escapamento, alguns motores utilizam sistemas de indução variáveis. Estes sistemas usam ambos os tubos, longos e curtos, para a admissão. A baixas velocidades do motor, o ar flui através dos tubos longos para melhor saída de força (torque). A uma certa velocidade do motor, a válvula abre-se para permitir que o ar também flua através dos tubos curtos para máxima saída a altas velocidades do motor. Estes subsistemas subsiste mas da admissão são usados para aumentar o fluxo de ar requerido reque rido para aumentar aumentar o torque e o desempenho. desempenho. A quantidade geral geral de ar medido para o motor é controlada controlada pelo corpo do acelerador acelerador (válvula de ar). Consulte o livro Fundamentos de desempenho desempenho do motor para informações informações relativas ao corpo do acelerador. acelerador. Há dois tipos básicos de projeto de coletor de admissão com comprimentos variáveis: · sistema atuado pelo controle de curso do coletor de admissão (intake manifold runner control – IMRC); · válvula de ajuste do coletor de admissão (intake manifold tuning – IMT). 1

Sistema IMRC O coletor de admissão possui dois caminhos por cilindro, cilindro, alimentando alimentando cada cada porta de entrada entrada nos cabeçotes. Os conjuntos IMRC estão localizados entre o coletor de admissão e os cabeçotes, proporcionando duas passagens de ar para cada cilindro. Esses conjuntos são atualmente os coletores inferiores, que formam, em duas peças, o conjunto do coletor de admissão. Uma passagem de ar está sempre aberta, e a outra passagem interrompe-se de fechada a aberta por meio de uma placa de válvula. Abaixo de uma certa RPM (geralmente 3.000 rpm), a placa de válvula fica fechada, para melhorar em baixa velocidade e o desempenho do motor frio. Acima desta RPM, a placa de válvula abre-se, para melhorar o desempenho do motor em altas velocidades. A placa de válvula é aberta e fechada pelo atuador IMRC. Muitos projetos de atuadores são de operação elétrica, e alguns são operados por vácuo. O sistema de controle do motor controla o atuador OMRC. Consulte o livro Funda Fun damen mento toss de desempenho do motor para informações relativas ao sistema de controle do motor.

2 5 4

3

1. coletor de admissão superior 2. juntas do coletor superior 3. conjuntos de IMRC (coletor de admissão inferior) 4. atuador IMRC 5. entrada do fluxo de ar Fig. 3 – 3 – Conjunto IMRC SENAI-RJ – 85


Válvula Válvula IMT A válvula é um atuador elétrico que controla a placa de válvula ou dispositivo obturador montado diretamente no coletor de admissão abaixo de uma certa RPM. A válvula IMT fica fechada. Acima da RPM ajustada, a válvula IMT abre-se para melhorar o desempenho do motor em altas velocidades. O sistema de controle do motor controla a válvula IMT. Consulte o livro Fundamentos de desempenho desempenho para informações relativas ao sistema de controle do motor. do motor para 1

2 7

1. fluxo de ar de admissão 2. junta do coletor

6

3. coletor às juntas dos cabeçotes 3

4. cabeçotes 5. válvula IMT 5

4

6. coletor de admissão inferior 7. coletor de admissão superior

Fig. 4 – 4 – Válvula IMT

Indução forçada Muitos motores de veículos direcionam a mistura de ar e combustível para o vácuo criado pelo movimento descendente do pistão e, por esta razão, são chamados de motores naturalmente aspirados, que contam com a pressão atmosférica, para fornecer ar aos cilindros. A saída de força de um motor é diretamente relacionada com a sua eficiência volumétrica. Um motor naturalmente aspirado em geral usa 80% da sua eficiência volumétrica, o que significa que o motor direciona 80% do ar que poderia ser direcionado. Através de passagens racionalizadas e portas mais bem dimensionadas, a eficiência volumétrica de um motor naturalmente aspirado pode ser melhorada. O ar ainda tem dificuldade de alcançar o cilindro. Enquanto o motor depender da pressão atmosférica para impulsionar o ar através do sistema de admissão, ele não produzirá tanta força quanto é capaz de produzir. Sem ajuda externa, um motor recebe apenas carga parcial de ar. Bombear ar para dentro do cilindro pode aumentar a carga de ar e combustível, o que força mais ar para dentro dos cilindros, 86 – SENAI-RJ


permitindo permitindo que o motor motor preencha preencha seus cilindros cilindros com com uma carga que que coincida coincida ou exceda 100% 100% da sua eficiência volumétrica. Este processo de bombeamento chama-se indução forçada. Há dois métodos diferentes usados para bombear ar para dentro do motor: turboalimentação e superalimentação.

Turboalimentação O tipo mais comum de bomba de ar ou compressor é o turboalimentador, acionado pelos gases do escapamento. Aproximadamente 35% da força gerada pelo motor é perdida na forma de pressão e energia de calor através do tubo do escapamento. escapam ento. Usando uma roda de turbina no tubo de escapamento, parte dessa energia energia pode ser reaproveitada. reaproveitada. A roda de turbina pode ser fixada a um eixo conectado à roda de um compressor colocado no tubo de admissão. Os gases do escapamento fluem pela roda da turbina em movimento, que por sua vez aciona a roda do compressor, a qual comprime o ar e força-o para dentro dentro do motor. motor. Para suportar a pressão da unidade do turboalimentador e não deixá-la tão alta que possa prejudicar o motor, é usada uma válvula reguladora de pressão, chamada porta de resíduos. A porta de resíduos abre-se a uma certa pressão pré-ajustada. Grande unidade de turboalimentador gera mais força, porém responde mais lentamente em velocidades mais baixas. Pequena unidade de turboalimentador possui uma roda de turbina menor, mais fácil de pôr em movimento. Inicialmente, alguns fabricantes de veículos usaram pequenas unidades de turboalimentador, que começam a carregar a baixas velocidades e proporcionam efeito total durante “condições normais de dirigibilidade”. Estas unidades menores de turboalimentador são freqüentemente chamadas de turboalimentadores de pressão leve. 11

1. roda do compressor 2. válvula de admissão 3. ar forçado dentro do cilindro 1

10

4. pistão 2

5. fluxo de gás de escapamento 9

3

6. fluxo de admissão de ar 8 4 7

7. cilindro 8. válvula de escapamento 9. turboalimentador

6

10. porta de resíduos

5

11. roda da turbina Fig. 5 – 5 – Fluxo de ar do turboalimentador SENAI-RJ – 87


Em virtude de o turboalimentador ser acionado pelo fluxo de gás do escapamento, ele não consome força do motor. Alguns motores turboalimentadores experimentam pequeno intervalo de tempo antes de o turboalimentador começar a bombear grande quantidade de ar dentro do motor. Este curto intervalo de tempo é chamado de folga do tubo; durante este período de folga do turbo, o motor não entrega a força extra que o turboalimentador turboalimentador proporciona a alta RPM. Um turboalimentador de aletas variáveis, ou VNT, combina alto torque do motor a baixas velocidades com bom desempenho. O turboalimentador de injetores variáveis propicia resposta mais rápida que um turboalimentador convencional e amplificação total da pressão a baixas velocidades. O turboalimentador de injetores variáveis é equipado com um anel em torno da roda ordinária da turbina. No anel, há aletas ajustáveis, mecanicamente unidas e articuladas. O ângulo das aletas é ajustado girando o anel. A área de admissão por onde os gases do escapamento passam é alterada, regulando a eficiência do turboalimentador.

1

2 3

2 1 0

4 5

6

1. admissão do gás do escapamento

7

2. aletas ajustáveis

rpm

Fig. 6 – 6 – Turboalimentador VNT a baixa RPM

1

2 3 2 1 0

4 5

1. admissão do gás do escapamento

6 7

rpm

2. aletas ajustáveis

Fig. 7 – 7 – Turboalimentador VNT a alta RPM R PM

88 – SENAI-RJ


Superalimentação Um superalimentador é um tipo de bomba de ar ou compressor. Os gases do escapamento não acionam o superalimentador. A fonte de força é o próprio motor. A árvore de manivelas, através de uma correia, engrenagem ou corrente, aciona o superalimentador.

2

1

1. pistão 4

2. válvula de admissão 3 Fig. 8 – 8 – Fluxo de ar superalimentador

3. superalimentador 4. fluxo de ar de admissão

Como o turboalimentador, a quantidade de força disponível para acionar o superalimentador depende da velocidade do motor. Diferente de alguns motores turboalimentadores, quando se acelera, o superalimentador imediatamente fornece força extra do motor. Embora ele use força do motor para acionar o superalimentador, ajuda a produzir muito mais força em retorno. Há dois tipos diferentes de superalimentador. Não importa como ele é projetado, sua função principal é forçar mais ar para dentro dos cilindros e ajudar o motor a produzir mais força.

SENAI-RJ – 89

Sistema de escapamento Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Descrição e propósito Silenciador Conversor catalítico

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Técnicas de Motor Motor Diesel – Sistema de Escapamento Escapamento

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a: • descrever o sistema de escapamento e identificar seus tipos; • identificar os componentes do sistema de escapamento; • explicar a teoria e operação do sistema de escapamento.

Descrição e propósito O sistema de escapamento transporta os gases de escapamento do motor para a traseira do veículo, amortece o ruído produzido pela combustão e limpa os gases (quando aplicável). Os maiores componentes do sistema de escapamento são: • coletor de escapamento; • tubos de escapamento; • silenciadores; • conversores catalíticos. Os sistemas de escapamento são especificamente ajustados para motores e veículos particulares. Este ajuste permite a combinação otimizada de desempenho do motor e redução do ruído. Como o coletor de escapamento é parte do sistema de escapamento exposto às mais altas temperaturas, ele é feito de ferro fundido. Os tubos de escapamento e silenciadores podem ser fabricados de folhas de metal ou aço inoxidável. O sistema de escapamento é sujeito à corrosão do lado interno (gases ácidos do escapamento) e do lado externo (água, sal das rodovias). Altas temperaturas e vibração também reduzem a vida do sistema. Se o sistema de escapamento estiver danificado ou com vazamentos, será preciso repará-lo. Do contrário, os gases tóxicos do escapamento podem entrar no compartimento dos passageiros do veículo. Além disso, o sistema de gerenciamento do motor é adversamente afetado pelo ar que entra no sistema de escapamento. Consulte o livro Fundamentos do desempenho do motor para para informações relativas ao sistema de gerenciamento do motor. Os comprimentos flexíveis das tubulações dão ao sistema de escapamento um limitado espaço para movimento. Os tubos flexíveis garantem a expansão térmica, e a vibração não pode causar fadigas no material, o que evita quebras e falhas.

SENAI-RJ – 93

Técnicas de Motor Motor Diesel – Sistema de Escapamento Escapamento

2

1. coletor de escapamento 2. conversor catalítico 3. silenciador 4. tubo do escapamento

1

5. tubo flexível 4

5

3 Fig. 1 – 1 – Sistema de escapamento típico

Silenciador O silenciador reduz o nível de ruído produzido pelo motor, bem como pelos gases do escapamento em seu curso e ao atravessar o conversor catalítico para a atmosfera. Os silenciadores geralmente são tratados, durante a fabricação, com coberturas de agentes anticorrosivos, anticorrosivos, para aumentar a vida do produto.

Conversor catalítico A concentração de gases tóxicos de escapamento liberados na atmosfera precisa ser controlada. O conversor catalítico auxilia nesta tarefa. Um catalisador cata lisador é um material que permanece sem alterações, quando é iniciada e aumentada a velocidade de uma reação química. Ele também facilita a ocorrência da reação química a baixas temperaturas. O conversor catalítico contém um catalisador em forma e estrutura de favo especialmente tratado, saturado com metais preciosos ativos cataliticamente. Assim que os gases do escapamento entram em contato com o catalisador, são transformados em muitos produtos inofensivos. O catalisador inicia e aumenta o calor, produzindo reações químicas nos componentes dos gases de escape e transformandoos em gases inofensivos e água.

94 – SENAI-RJ

Sistema de arrefecimento Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Descrição e operação Arrefecimento Arrefeciment o Bomba d’água Termostato Ventilador de arrefecimento arrefecimento Acionamento do ventilador v entilador de arrefecimento Reservatório de expansão do líquido de arrefecimento Garrafa degas Tampa de pressão Radiador

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Técnicas de Motor Motor Diesel – Sistema de Arrefecimento Arrefecimento

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a: • descrever os tipos de motor de combustão interna; • explicar o processo pelo qual a queima de combustão é transformada em movimento rotativo; • explicar os objetivos de um motor; • identificar os maiores componentes e sistemas de um motor de combustão interna; • explicar o processo pelo qual o movimento rotativo é transferido do motor às rodas do veículo; • descrever um ciclo de quatro tempos.

Descrição e operação O sistema de arrefecimento mantém uma temperatura eficiente de operação. Cerca de um terço do calor criado pela combustão é removido pelo sistema de arrefecimento. Como os componentes dos motores não têm resistência ilimitada ao calor, o arrefecimento é particularmente importante para a operação confiável de um motor de combustão interna. Dois métodos de arrefecimento são usados comumente: arrefecimento a ar e arrefecimento a líquido. 1. bomb bombaa d’ág d’água ua

6

7

2. passa passagen genss de líquid líquidoo de arrefecimento

1

3. term termos osta tato to 4. reserv reservat atóri órioo do radiador 5. vent ventililad ador or 6. tamp tampaa de pres pressã sãoo 2

7. radi radiad ador or 3

Fig. 2 – 2 – Circulação Circulaç ão do líquido de arrefecimento arrefe cimento 5

4 SENAI-RJ – 97


Arre Arrefe feci cime ment nto o O arrefecimento por líquido é predominantemente usado na construção de veículos. Por essa razão, somente o arrefecimento por líquido é descrito aqui. A maioria dos veículos é arrefecida por um fluxo estável de líquido de arrefecimento através do bloco de cilindros e cabeçotes. O sistema de arrefecimento é um dos mais importantes sistemas do automóvel. Ele remove o excesso de calor produzido durante a combustão e mantém o motor operando na temperatura mais eficiente. Se o sistema de arrefecimento falhar, o motor poderá superaquecer-se e travar. Uma temperatura de operação muito fria pode resultar em quilometragem pobre do combustível e combustão incompleta. Líquido de arrefecimento quente também é usado para circular através do aquecedor do compartimento dos passageiros.

Líquido de arrefecimento As passagens do líquido de arrefecimento são fundidas dentro do bloco de cilindros e do cabeçote. Estas passagens transportam o líquido de arrefecimento em torno dos cilindros e câmaras de combustão. O líquido de arrefecimento capta o calor e transporta-o para longe destas peças. Nos motores motores antigos, antigos, somente somente água era usada usada como líquido líquido de arrefecimento arrefecimento.. Hoje, a maioria maioria dos veículos usa um líquido com base de etilenoglicol et ilenoglicol misturado com água. O líquido de arrefecimento com etilenoglicol diminui o ponto de congelamento da água, aumenta o ponto de fervura da mesma, adiciona lubrificação à bomba d’água e evita a corrosão do motor. Alguns tipos de líquido de arrefecimento com etilenoglicol possuem um agente adicional de sabor amargo, para evitar que crianças e animais o bebam. Certos veículos usam o líquido com tecnologia do ácido orgânico (OAT). Os líquidos OAT são formulados para serem uma extensão da vida do líquido de arrefecimento, reduzindo a manutenção no sistema de arrefecimento. O líquido OAT é de coloração alaranjada, para distingui-lo do líquido de arrefecimento verde, e possui aditivos aditivos especiais para para lubrificar e proteger proteger o sistema de arrefecimento arrefecimento contra a corrosão com o líquido verde.

Fig. 2 – 2 – Circulação do líquido líqui do de arrefecimento 98 – SENAI-RJ


Quando um motor frio é ligado à bomba d’água, somente circula o líquido de arrefecimento através a través dos cabeçotes e das passagens do bloco do motor, elevando rapidamente a temperatura do motor. Alguns líquidos de arrefecimento podem ser desviados para o sistema de aquecimento, a fim de aquecer o compartimento de passageiros do veículo. Quando o calor criado é suficiente para abrir o termostato, a bomba d’água circula o líquido de arrefecimento através do motor e dentro do radiador. O líquido de arrefecimento aquecido flui do tanque superior do radiador para o tanque inferior. O ar fresco passando sobre as aletas do radiador remove o calor do líquido de arrefecimento. Do tanque inferior, o líquido flui através da mangueira inferior do radiador para a entrada da bomba d’água. A bomba d’água circula o líquido através da saída da bomba para dentro das passagens de líquido de arrefecimento do bloco de cilindros. O líquido flui das passagens do bloco de cilindros para as passagens passagens do cabeçote, a fim de completar o circuito.

Bomba d’água A bomba d’água circula o líquido de arrefecimento por todo o sistema de arrefecimento. Muitas bombas d’água são a hélice ou bombas de deslocamento não-positivo, o que significa que todo o líquido que entra na bomba não tem de necessariamente sair dela. Este projeto é diferente da bomba de óleo (tipo (tipo de deslocamento deslocamento positivo), positivo), na qual qual todo o óleo que entra entra é bombeado para para fora.

Bomba do tipo hélice As bombas d’água são normalmente projetadas como simples bombas do tipo hélice. 1. corpo da bomba 2. vedador de água 3. hélice 4. eixo e conjunto do rolamento 1

5. entrada da bomba

1

3

2

3

6. polia da bomba

4 4 6

5 Fig. 3 – 3 – Bomba d’água do tipo hélice héli ce típica SENAI-RJ – 99


A bomba d’água possui um corpo da bomba que mantém a hélice. Esta hélice gira num eixo conectado a uma polia acionada pela árvore de manivelas. Um rolamento apóia o eixo de hélice. Um vedador mantém o líquido de arrefecimento sem vazar para fora da bomba. O rolamento ou o eixo da hélice desgastados podem causar um vazamento no vedador. A bomba do tipo hélice opera por ação centrífuga, que é a tendência que um peso rotativo tem de ser empurrado para fora. O líquido de arrefecimento flui através da entrada da bomba e entra no centro da hélice. Quando a hélice gira, ela lança o líquido para as suas bordas externas. O líquido é captado pelo corpo da bomba e forçado para a saída da mesma. 1 2

1. hélice 2. saída da bomba 3. entrada da bomba

3

Fig. 4 – Operação centrífuga

Termostato O termostato restringe o fluxo do líquido através do sistema, até que o motor alcance sua temperatura de operação, o que o ajuda a aquecer-se rapidamente, aumentando a economia de combustível e as emissões. Um aquecimento rápido também auxilia a impedir que os gases da câmara de combustão sejam soprados pelos pistões e entrem no alojamento da árvore de manivelas, contaminando o óleo.

1

1. válvula 2. cera 4

3. mola 4. fluxo de líquido de arrefecimento 3

2

Fig. 5 – Termostato fechado 100 – SENAI-RJ


O termostato contém pelota de cera sensível ao calor. Quando o motor está frio, a cera permanece sólida, e a mola mantém a válvula fechada. Se o líquido de arrefecimento se aquece, a cera torna-se líquida e se expande, empurrando o corpo da válvula para baixo, o que abre o fluxo de líquido de arrefecimento para o radiador. A fim de proporcionar uma saída para o ar no sistema sist ema de arrefecimento, arrefecimento , muitos termostatos incluem inclu em um pino oscilante neles próprios ou no seu alojamento. Quando há ar no sistema de arrefecimento, a extremidade pesada do pino oscilante cai, permitindo que o ar escape. Quando o motor está funcionando, a pressão da bomba d’água empurra o pino oscilante contra o seu assento. O pino oscilante fechado evita que o líquido flua ao radiador, até que o termostato abra.

1

1. fluxo do líquido de arrefecimento

Fig. 6 – Termostato aberto

1

2

4

1. pino oscilante aberto 2. pino oscilante fechado 3. alojamento do termostato 3

4. pino oscilante

Fig. 7 – 7 – Pino oscilante

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Venti Ventilad lador or de arref arrefec ecim iment ento o O ventilador do radiador puxa ar frio externo sobre a superfície do radiador, para captar o calor do líquido de arrefecimento e apressar a transferência de calor, principalmente em marcha lenta. A maioria dos veículos com ar-condicionado normalmente possui um ventilador adicional, para melhorar o arrefecimento. Muitas hélices possuem quatro ou mais pás, para aumentar sua capacidade de arrefecimento. Uma capa de hélice pode circundar a hélice, a fim de concentrar o fluxo de ar.

Acion Acioname amento nto do venti ventilad lador or de arrefe arrefecim ciment ento o Há vários tipos diferentes de acionador de ventilador, como os elétricos, hidráulicos e mecânicos. Alguns veículos usam uma combinação de dois tipos diferentes de acionador de ventilador. Num acionado acionadorr de ventilado ventiladorr elétrico, elétrico, um motor elétrico elétrico aciona aciona a hélice. hélice. Neste Neste projeto, projeto, um interrup interruptor tor térmico (sensor de temperatura do líquido de arrefecimento) monitora a temperatura do líquido de arrefecimento. Quando o líquido alcança a temperatura pré-ajustada, o interruptor térmico ativa um relé elétrico, que liga o motor do ventilador. Caindo a temperatura do líquido de arrefecimento, o interruptor térmico desliga o motor do ventilador. Um acionador de ventilador hidráulico utiliza a pressão hidráulica do óleo para acionar o ventilador. Um acionador de ventilador mecânico usa uma polia e correia para acionar o ventilador. Muitos desses acionadores usam uma embreagem acionadora, que permite ao ventilador girar a baixas velocidades, quando a temperatura é baixa. Se o ventilador fosse constantemente girado na velocidade do motor, o ventilador poderia tornar-se ruidoso em altas velocidades, o que enfraqueceria a força do motor. Um dos tipos mais comuns de embreagem é o viscoso. Um acionador viscoso é um fluido de acoplamento. Viscoso refere-se refere-se à viscosidade, ou espessura, do fluido – normalmente um óleo siliconado – usado para controlar a embreagem.

1

1. placa da embreagem 2. termostato bimetálico

2 Fig. 8 – 8 – Embreagem Embreag em do ventilador com acionamento viscoso 102 – SENAI-RJ


Um termostato bimetálico, que controla a quantidade de acoplamento, é uma mola feita de dois tipos de metal. A mola expande-se em temperaturas mais altas e contrai-se em temperaturas mais baixas. Ele é conectado a uma válvula que controla a quantidade de fluido disponível disponível para acoplar a embreagem. O termostato responde à temperatura do ar passando através do radiador. Se a temperatura do ar é fria, o fluxo de fluido na embreagem é restrito. Pequeno ou nenhum acoplamento ocorre, o ventilador gira muito devagar ou não gira. Em temperaturas mais altas, o fluido operando sobre a embreagem aumenta, causando um acoplamento apertado e elevando a velocidade do ventilador.

Reservatório de expansão do líquido de arrefecimento Dois tipos de reservatório de expansão são comumente usados, um reservatório de expansão de fluido não-pressurizado e um tipo pressurizado de reservatório conhecido como garrafa Degas. Quando o líquido de arrefecimento se aquece, ele se expande. O reservatório de líquido de arrefecimento não-pressurizado armazena o excesso de líquido liberado pelo radiador. Quando o motor esfria, o líquido no reservatório é direcionado de volta ao sistema de arrefecimento, o que mantém este sistema constantemente cheio, aumentando a sua eficiência. O nível de líquido de arrefecimento é verificado e adicionado no radiador. Uma mangueira conecta o reservatório ao gargalo de abastecimento do radiador, assim que a tampa de pressão permite a expansão do líquido de arrefecimento, e este flui do radiador para o reservatório, conforme necessário. Quando o motor é desligado, a temperatura do líquido cai, e ele se contrai. Um vácuo parcial desenvolve-se no sistema de arrefecimento, direcionando o líquido do reservatório de volta para o sistema de arrefecimento. O reservatório possui um tubo de expansão que permite ao líquido escapar, se o sistema de arrefecimento estiver superabastecido ou o motor superaquecer-se.

1

1. mangueira do reservatório do radiador 2. fluxo de líquido para ou do radiador 3

2

3. tubo de expansão

Fig. 9 – Reservatório de expansão de líquido de arrefecimento

SENAI-RJ – 103


Garrafa Degas A garrafa Degas é similar, em operação e aparência, ao reservatório de expansão do líquido de arrefecimento. Embora ela seja pressurizada pressurizada com o radiador, radiador, a tampa de pressão localiza-se na própria garrafa garrafa Degas, em vez de ficar no radiador. radiador. O sistema de arrefecimento é abastecido através através da tampa de pressão localizada na garrafa Degas, a qual proporciona a expansão do líquido de arrefecimento durante a operação normal. Um tubo de expansão propicia uma saída para o excesso de líquido escapar, se o sistema estiver superabastecido ou o motor superaquecer-se. A garrafa Degas proporciona a separação do ar durante a operação. Ela reabastece o sistema com líquido de arrefecimento. 1

2

1. tampa de pressão 3

2. saída do excesso 3. entrada de líquido

3 4

4. saída de líquido Fig. 10 – Garrafa Degas

Tampa de pressão A tampa de pressão mantém a pressão no sistema, quando a temperatura tempe ratura do líquido de arrefecimento aumenta até a fervura. Ela também permite a saída de excesso de pressão do sistema. O ponto de ebulição de um líquido aumenta com a quantidade de pressão a que está submetido. Por exemplo, a água ao nível do mar m ar ferve a cerca de 100ºC (212ºF). A água num sistema si stema de arrefecimento pressurizado pressurizado típico ferve a mais de 121ºC (250ºF). Logo, pressurizando pressurizando o sistema de arrefecimento, arrefecimento, efetivamente aumenta a temperatura de operação do motor. O sistema de arrefecimento com mais pressão aumenta o ponto de ebulição para uma adicional margem mais confortável entre a temperatura de operação do motor e o ponto de ebulição do líquido de arrefecimento. A tampa de pressão ajusta-se tanto ao gargalo de abastecimento do radiador como à garrafa Degas. Ela inclui uma válvula de pressão e uma válvula de vácuo, ambas acionadas por carga de mola e que permanecem fechadas, quando o sistema se encontra dentro das faixas de operação.

104 – SENAI-RJ


Se a pressão no sistema de arrefecimento excede um limite especificado, a válvula de pressão abre-se, para evitar que o radiador ou as mangueiras se rompam. Vapor ou líquido poderão, então, vazar através da mangueira do reservatório (fixada ao gargalo de abastecimento) de expansão ou no tubo de expansão, se o veículo estiver equipado com uma garrafa Degas. Quando o motor é desligado, o vapor no sistema condensa-se de volta em líquido, criando um vácuo no sistema. Neste caso, a válvula de vácuo na tampa de pressão abre-se, permitindo que o líquido de arrefecimento do reservatório volte para o radiador através da mangueira do reservatório ao radiador. Sem a válvula de vácuo, o tanque do radiador e as mangueiras poderiam romper-se. A tampa de pressão protege o sistema de arrefecimento de originar vazamentos em virtude do excesso de pressão ou vácuo. Para a tampa trabalhar corretamente, todo o sistema precisa estar sem ar. Remover a tampa do radiador, enquanto o motor está funcionando ou o motor e o radiador estão quentes, é perigoso. Líquido de arrefecimento ou vapor podem sair e causar ferimentos. Desligue o motor e espere até que esteja frio, antes de remover a tampa. 1

1. tamp tampaa de de pres pressã sãoo 2. fluxo fluxo de líquido líquido de arref arrefecim eciment entoo para o reservatório de expansão 3. mangueira mangueira do reserva reservatório tório de expansã expansãoo

6

4. válvu válvula la de pressã pressãoo 5. válv válvula ula de vácu vácuoo 6 . mola

5

4

3 2

Fig. 11 – 11 – Tampa da pressão

Radiador O radiador transfere o calor do líquido de arrefecimento para o ar exterior. O núcleo do radiador contém tubos e aletas. O líquido flui através dos tubos, e as aletas aumentam a superfície do radiador exposta ao ar, o que permite ao ar carregar mais calor, reduzindo a temperatura do líquido de arrefecimento. Os radiadores podem ser de projeto de fluxo cruzado ou de fluxo descendente.

Fluxo cruzado O radiador do tipo de fluxo cruzado é comumente usado. Esse radiador possui tanques nas laterais do núcleo, de modo que o líquido flua através dos tubos de um lado para o outro.

SENAI-RJ – 105


1 7 4

2

6 3 5

1. tubo de saída saída para ou do reservatório reservatório de de líquido de arrefecimento 2. entr entrad adaa de líqu líquid idoo

4. fluxo fluxo de líqui líquido do de um lado lado para para outro outro 5. saíd saídaa de de líq líqui uido do 6 . nú c l e o

3. tanq tanque ue direi direito to

7. tanqu tanquee esque esquerdo rdo Fig. 12 – Radiador Rad iador do d o tipo de fluxo f luxo cruzado

Fluxo descendente O radiador de fluxo descendente possui um tanque superior e um tanque inferior. Tubos conectam os tanques. O líquido de arrefecimento flui para baixo do tanque superior através do núcleo e para o tanque inferior. O arrefecimento acontece, quando o líquido passa pelo núcleo do radiador.

6

1

1. tanq tanque ue sup super erio iorr

4

5

2. tanqu tanquee infe inferio riorr 2

3. saíd saídaa de de líq líqui uido do 4. flux fluxoo do do líq líqui uido do para baixo

3 Fig. 13 – Radiador do tipo de fluxo descendente

5 . nú c l e o 6. entr entrad adaa de líq líqui uido do

Se o veículo tem transmissão automática, o radiador pode possuir um resfriador separado em um dos tanques para fluido da transmissão automática. automática.

106 – SENAI-RJ

Motor diesel Nesta Seção ... Objetivos dos participantes Descrição Bloco de cilindros Camisas úmidas Árvore de manivelas Bielas Pistões e anéis Cabeçote Projeto de câmara de combustão aberta Projeto de câmara de pré-combustão Válvulas e assento assento das válvulas Sistema de lubrificação Sistema de arrefecimento Sistema de injeção de combustível

8

Técnicas de Motor Diesel – Motor diesel diesel

Objetivos dos participantes Após completar este capítulo, você estará apto a: • descrever um motor diesel ; • identificar as similaridades e diferenças dos motores a gasolina e diesel ; • explicar a teoria e operação de um motor diesel .

Descrição O motor diesel é é um motor com pistões oscilantes que possui a mesma estrutura básica e ciclo dos motores a gasolina. A principal diferença entre um motor diesel e e um motor a gasolina é o combustível usado e o método de ignição para a combustão desse combustível. O diesel é é projetado para operar com muito mais força de calor e pressão do que o motor a gasolina.

Fig. 1 – 1 – Motor diesel OHC de quatro cilindros cil indros

SENAI-RJ – 109

Técnicas de Motor Motor Diesel – Motor diesel diesel

Bloco de cilindros Os blocos dos motores diesel e e a gasolina são similares entre si, mas há algumas diferenças na construção. A maioria dos motores diesel usa camisas de cilindro em vez de possuir os furos dos cilindros fundidos como parte do bloco. Por usar camisas de cilindros, os reparos podem ser feitos, para manter o motor em serviço serviço por longo tempo. Nos motores motores diesel que não usam camisas, as paredes dos cilindro cilindross são são mais espessas espessas do do que as de um motor motor a gasolina gasolina de porte similar. similar. Os motores são mais pesados, e os mancais principais, mais espessos, para suportar uma árvore de manivelas diesel são maior. 1

1. capas dos mancais principais Fig. 2 – 2 – Bloco de cilindros cili ndros de um motor di esel típico

Camisas úmidas As camisas do tipo úmido nos motores diesel são são as mesmas das usadas nos motores a gasolina. As dimensões físicas da camisa podem ser diferentes para tolerar as condições de operação de um motor diesel . 1

4

1. camisa 2. vedador 3. líquido de arrefecimento

3

2

4. bloco de cilindros

Fig. 3 – 3 – Camisas úmidas

110 – SENAI-RJ


Árvor Árvoree de ma maniv nivela elass A árvore de manivelas usada nos motores diesel é é de construção similar à dos motores a gasolina, com duas diferenças. Árvores de manivelas são normalmente feitas por forjamento em vez de fundição. O forjamento torna a árvore de manivelas mais forte. Os mancais da árvore de manivelas do motor diesel são são normalmente maiores do que os mancais da árvore de manivelas do motor a gasolina. Mancais maiores permitem à árvore de manivelas operar com forças maiores.

Fig. 4 – 4 – Árvore de manivelas diesel típica

Bielas As bielas usadas nos motores diesel são são usualmente feitas de aço forjado. As utilizadas no motor diesel diferem das usadas nos motores a gasolina, onde a capa da extremidade é compensada e serrilhada na superfície de contato com a biela. O projeto da extremidade da capa compensada e serrilhada ajuda a manter a capa no lugar e reduz a carga sobre os parafusos das bielas.

Pistões e anéis Os pistões usados nas aplicações de serviço leve parecem similares aos utilizados nos motores a gasolina. Os pistões diesel são mais pesados do que os pistões a gasolina, porque os primeiros geralmente são feitos de aço forjado em vez de alumínio, e a espessura interna do material é maior. Os anéis de compressão utilizados nos motores diesel são são usualmente feitos de ferro fundido e freqüentemente cobertos com cromo e molibdênio, para reduzir o atrito.

Cabeçote Extremamente, o cabeçote dos motores diesel parece parece muito com os usados nos motores a gasolina. Há algumas diferenças internas que fazem o diesel e e a gasolina projetos únicos. O cabeçote em si precisa ser muito mais forte e pesado no motor diesel, para resistir a grandes esforços de calor e pressão. O projeto da câmara de combustão e as passagens de ar nos motores podem ser mais complexos do que num motor a gasolina. diesel podem

SENAI-RJ – 111


Há vários projetos de câmaras de combustão diesel em em uso, porém dois são os mais comuns: a câmara de combustão aberta e a câmara de pré-combustão.

Projeto de câmara de combustão aberta O tipo mais comum de câmara de combustão diesel é o de câmara aberta, também conhecido como câmara de combustão de injeção direta. O projeto estabelece uma forma de entrada de ar, para causar uma turbulência na passagem da carga de ar. O combustível é injetado diretamente dentro da câmara de combustão.

1

1. injetor

2

2. cavidade no pistão

Fig. 5 – 5 – Forma de câmara de combustão combust ão aberta

Projeto de câmara de pré-combustão A câmara de pré-combustão usa duas câmaras de combustão para cada cilindro. A principal é conectada por uma passagem estreita a outra pequena câmara de combustão, formada no cabeçote que contém o injetor de combustível. A menor é chamada de câmara de pré-combustão. O ar de entrada é comprimido, através da passagem estreita, dentro da câmara de pré-combustão. O combustível é atomizado dentro da câmara de pré-combustão, onde é incendiado. A mistura queimando força, em seguida, seu caminho para dentro da câmara de combustão principal, onde completa a queima e força o pistão para baixo.

1

2 3

1. injetor de combustível 2. passagem da queima Fig. 6 – 6 – Vista seccionada da câmara de pré-combustão p ré-combustão 112 – SENAI-RJ

3. vela de aquecimento


Válvulas Válvulas e assento assento das válvulas válvulas As válvulas dos motores diesel são são construídas de ligas especiais que as capacitam a operar bem com os altos níveis de calor e pressão do motor diesel . Algumas válvulas são parcialmente preenchidas com sódio, o que ajuda a dissipar o calor. Grande porcentagem do calor é transferida da cabeça da válvula para o assento dela. É preciso prestar particular atenção à largura do assento da válvula, para que a adequada transferência de calor aconteça. Um assento de válvula largo possui a vantagem de ser capaz de conduzir grande quantidade de calor. Entretanto, este assento tem a grande possibilidade de captar depósitos de carvão que podem causar vazamentos na válvula. Um assento de válvula estreito proporciona melhor vedação do que um assento largo, mas não transfere a mesma quantidade de calor. Um compromisso entre assentos estreitos e largos é necessário num motor diesel . Motores diesel freqüentemente freqüentemente usam insertos de assentos a ssentos de válvulas, os quais possuem a vantagem de ser substituíveis. Os insertos de assentos de válvulas são feitos de ligas especiais de metal que resistem ao calor e à pressão do motor diesel . 2

1

3

1. válvula bimetálica (sódio) 2. válvula de metal único 3. ranhura de fixação

7

4

8 5

4. haste de válvula 5. cabeça da válvula 6. face da válvula

9

6

7. grampos de fixação da válvula 8. abastecimento de sódio

Fig. 7 – 7 – Válvula abastecida com sódio

9. blindagem

Sistema de lubrificação O sistema de lubrificação usado nos motores diesel é é similar em operação aos motores a gasolina. A maioria dos motores diesel possui possui algum tipo de resfriador de óleo, para ajudar a remover o calor do óleo. Este flui sob pressão através das galerias do motor e retorna ao alojamento da árvore de manivelas. O óleo lubrificante usado nos motores diesel é é diferente do utilizado nos motores a gasolina. É preciso um óleo especial, porque a operação do diesel produz produz mais contaminação do óleo do que nos motores a gasolina. O alto nível de carvão contido no combustível diesel causa causa a descoloração do óleo após a aplicação em serviço nos motores diesel . Somente óleo do motor especificamente fabricado para motores diesel deve deve ser usado.

SENAI-RJ – 113


1

4

2

4

3

6 5

1. bomba de óleo

4. anel O

2. filtro de óleo

5. resfriador de óleo

3. adaptador

6. parafuso de retenção do resfriador de óleo Fig. 8 – 8 – Sistema de lubrificação lubrifi cação diesel d iesel típico típ ico

Sistema de arrefecimento arrefecimento O sistema de arrefecimento para um motor diesel é é extremamente importante para a operação normal. Somente cerca de 25% da energia do calor produzido pelo diesel vai vai para o trabalho utilizável; cerca de 5% são perdidos no atrito do motor; 35% passam para a atmosfera pelo tubo de escapamento; e outros 35% são absorvidos pelo sistema de arrefecimento. No uso automotivo, a maior diferença entre a gasolina e o sistema de arrefecimento arrefecimento diesel é é que este possui um sistema de arrefecimento com maior capacidade de funcionar com o calor extra que produz produz.. A temperatura dentro de um motor diesel precisa precisa ser controlada. Se ela for muito baixa, podem-se desenvolver os seguintes problemas: • desgaste excessivo; • baixo nível de economia de combustível; • acúmulo de água e lodo no alojamento da árvore de manivelas; • perda de força. Sendo a temperatura do motor muito alta, os seguintes problemas podem ocorrer: • desgaste excessivo; • riscos; 114 – SENAI-RJ


• detonações; • pistões e válvulas queimados; • falha de lubrificação; • travamento de peças móveis; • perda de força.

Fig. 9 – Fluxo de líquido de arrefecimento do motor diesel típico

Sistema de injeção de combustível O motor diesel funciona funciona com o princípio da combustão espontânea ou auto-ignição. A entrada de ar e combustível é gotejada tão precisamente dentro da câmara de combustão que as moléculas se aquecem e se incendeiam sem a ajuda da centelha externa. A taxa de compressão de um motor diesel é muito mais alta do que a de compressão de um motor a gasolina. As taxas de compressão no motor a diesel são são aproximadamente de 22:1. As pressões de compressão de 30 a 55 bar são produzidas, e a temperatura do ar aumenta aproximadamente 500 a 800ºC (932 a 1.472ºF). SENAI-RJ – 115


1. volum volumee do cili cilindr ndroo no PMI PMI 2. volume volume de compr compress essão ão no no PMS Fig. 10 – Taxa de compressão

Os motores automotivos diesel somente podem ser operados com um sistema de injeção de combustível. A formação da mistura ocorre somente durante a injeção do combustível e a fase de combustão. No fim fim do tempo de compress compressão, ão, o combustível combustível é injetado injetado dentro dentro da câmara de combustão combustão,, onde onde se mistura com o ar quente e se incendeia. A qualidade deste processo de combustão depende da formação da mistura. Desde que o combustível seja atrasado, não deve haver muito tempo para se misturar com o ar. Num motor a diesel , o ar para a taxa de combustível é mantido a mais que 17:1 o tempo inteiro, para que que todo o combustíve combustívell seja queimado, queimado, mesmo mesmo sendo sendo uma mistura rica e zonas de perdas perdas existam existam no cilindro.

90.1

1. taxa de combustível para o ar

80.1

2. zona de combustão incompleta (fumaça negra)

70.1 60.1

3. RPM

50.1 40.1 30.1

1

20.1 17.1 10.1

2 Fig. 11 – 11 – Taxas comuns de combustível diesel para o ar

0 500 500

1.000 1.000 1.500 1.500 2.000 2.000 2.500 2.500 3.000 3.000 3.500 3.500 4.000 4.000 4.500 4.500 5.000 5.000

3

116 – SENAI-RJ

Processo de diagnóstico Nesta Seção ... Objetivo do participantes O processo Sintoma para Sistema para Componente para Causa Exemplo

9

Técnicas de Motor Diesel – Processo de Diagnóstico

Objetivo dos participantes · Explicar o procedimento de diagnóstico Sintoma para Sistema para Componente para Causa.

O processo Sintoma Sintoma para Sistema para Componente para Causa Usando a rotina de diagnóstico Sintoma para Sistema para Componente para Causa, obtém-se um método lógico para a correção das reclamações do cliente. Primeiro, identifique a qual sintoma a reclamação do cliente se refere. Em seguida, determine que sistema no veículo pode estar causando o sintoma. Uma vez identificado o sistema em particular, deverá(ão) ser verificado(s) o(s) componente(s) dentro daquele sistema que podem ser a causa da reclamação do cliente. Após determinar o(s) componente(s) defeituoso(s), será a vez de tentar identificar a causa da falha. Em alguns casos, uma peça pode estar desgastada. Entretanto, em outras ocasiões, algum outro componente que não o que apresentou o defeito pode ser o responsável pelo problema.

S i s t e ma

e t n e n o p m o C

C a u sa

e t n e n o p m o C

S i s t em a

e t n e n o p m o C

e t n e n o p m o C

Causa

S i s t e ma

e t n e n o p m o C

e t n e n o p m o C

e t n e n o p m o C

C a us a

Fig. 1

SENAI-RJ – 119

Técnicas de Motor Diesel – Processo de Diagnóstico

Exemplo Um exemplo da rotina de diagnóstico Sintoma para Sistema para Componente para Causa em uso é aqui apresentado. O primeiro passo do processo de diagnóstico é verificar o sintoma da reclamação. O cliente traz o veículo para serviços por causa de uma reclamação relativa a ruído no motor, quando o veículo é acionado após uma noite. Após deixar o motor esfriar, um teste de rodagem verifica a reclamação. Este teste valida a parte de sintoma do processo de diagnóstico. O próximo passo no processo é isolar o(s) sistema(s) afetado(s) pelo sintoma. Uma inspeção visual não mostra as causas óbvias. Um ruído no motor é causado por itens diferentes em sistemas diversos. Há causas mecânicas de ruídos no motor, bem como causas elétricas ou eletrônicas. Neste caso, não há indicações de danos mecânicos. Usando o equipamento adequado de diagnóstico eletrônico, a informação do código de falha mostra um problema no tempo de centelhamento, o qual é controlado pelo módulo módulo de de controle controle do trem de força e sistema sistema de control controlee eletrônico eletrônico do do motor. motor. Os dados dados do do teste validam a parte de sistema do processo de diagnóstico. A seguir, o processo de diagnóstico é isolar o(s) componente(s) relativo(s) ao sistema e sintoma. Neste caso, o tempo de centelhamento centelhamento é ajustado ajustado pela reação do PCM à entrada entrada de sinal do sensor. Adotando os procedimentos no manual de oficina apropriado, o sensor de velocidade do motor é identificado como o causador de falta de sinal ao PCM. O sensor é o componente defeituoso. Seguemse os procedimentos do manual de oficina, que fornecem a validação da parte do processo de diagnóstico relativo a componente. Finalmente, o processo de diagnóstico determina qual é a causa da falha do componente. Neste caso, a investigação termina encontrando um fio quebrado no chicote de fios do sensor, o que valida a causa relativa à falha do componente. Reparado o chicote de fios, o veículo retornou à condição adequada de operação.

120 – SENAI-RJ

FIRJAN

SENAI

Federação

Serviço Nacional

Centro – CEP: 20030-002

das Indústrias

de Aprendizagem

Rio de Janeiro – RJ

do Estado do

Industrial do

Tel.: (0xx21) 2563-4526

Rio de Janeiro

Rio de Janeiro

Central de Atendimento:

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Motores Diesel

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