MANUAL_DESCRIÇÃO MECANICA DOS MOTORES

DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR

ÍNDICE DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR 1. DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR 1.1. CABEÇA DO MOTOR 1.2. CÂMARA DE COMBUSTÃO 1.3. VEIO DE EXCÊNTRICOS 1.4. ACCIONAMENTO DAS VÁLVULAS 1.5. TOUCHES 1.6. MOLAS 1.7. VÁLVULAS 1.8. JUNTA DA CABEÇA DO MOTOR 1.9. PARAFUSOS DA CABEÇA DO MOTOR 1.10. BLOCO E CILINDROS 1.10.1. CILINDRO COM CAMISAS HÚMIDAS 1.10.2. CILINDRO COM CAMISAS SECAS 1.11. PISTÕES 1.11.1. COMPONENTES DO PISTÃO 1.11.2. FORÇAS A QUE O PISTÃO ESTÁ SUBMETIDO 1.11.3. CARGA TÉRMICA SOBRE O PISTÃO 1.11.4. CONSTRUÇÃO DOS PISTÕES 1.11.5. SEGMENTOS DO PISTÃO 1.12. BIELAS 1.13. CAMBOTA 1.13.1. APOIO DA CAMBOTA 1.14. VOLANTE DO MOTOR E AMORTECEDOR DE VIBRAÇÕES 1.15. CÁRTER 2. O CICLO A 4 TEMPOS 2.1. O CICLO 2.1.1. OS 4 TEMPOS 2.1.2. RELAÇÃO DE VELOCIDADE CAMBOTA/ÁRVORE DE CAMES 2.2. DISTRIBUIÇÃO 2.3. ACCIONAMENTO DO VEIO DE EXCÊNTRICOS 2.3.1 ACCIONAMENTO POR CARRETOS 2.3.2. ACCIONAMENTO POR CORRENTE 2.3.3. ACCIONAMENTO POR CORREIA DENTADA 2.4. CONSTRUÇÃO DUM DIAGRAMA DE DISTRIBUIÇÃO 3. CICLOS DE FUNCIONAMENTO 3.1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMENTO 3.1.1. DIAGRAMA TEÓRICO 3.1.2. DIAGRAMA PRÁCTICO 3.1.3. DIAGRAMA TEÓRICO E PRÁCTICO 4. GENERALIDADES - SISTEMA DE ADMISSÃO 4.1. COLECTOR 4.2. O FILTRO DE AR 4.3. RESSOADORES

ÍNDICE

1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8 9 9 9 9 9 10 10 11 11 11 12 12 13 13 13 13 13 14 14 14 14

5. GENERALIDADES - SISTEMA DE ESCAPE 5.1. COLECTOR E PANELA DE ESCAPE 5.2. CATALISADOR 5.3. JUNTAS FLEXÍVEIS 6. GENERALIDADES - SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO 6.1. LUBRIFICAÇÃO DO MOTOR 6.1.1. CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO 6.1.2. LUBRIFICAÇÃO SOB PRESSÃO 6.1.3. BOMBA DE ÓLEO 6.1.4. LIMITADOR DE PRESSÃO 6.1.5. FILTRO DE ÓLEO 6.2. CARGAS A QUE O ÓLEO É SUBMETIDO 6.3. MUDANÇA DE ÓLEO 6.4. ESPECIFICAÇÕES DOS LUBRIFICANTES 6.5. CLASSIFICAÇÃO A.P.I. 6.6. LEGISLAÇÃO SOBRE ÓLEOS USADOS 7. GENERALIDADES - SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO 7.1. ARREFECIMENTO DO MOTOR 7.2. BOMBA DE ÁGUA 7.3. TERMÓSTATO 7.4. MISTURA ANTI-CONGELANTE 8. GENERALIDADES - SISTEMA DE COMBUSTÍVEL 8.1. CIRCUITO DE COMBUSTÍVEL 8.2. O DEPÓSITO 8.3. A BOMBA 8.4. O FILTRO DE COMBUSTÍVEL 9. TIPOS DE MOTORES 9.1. DIVISÃO DOS MOTORES SEGUNDO GRUPOS 9.2. NUMERAÇÃO DOS CILINDROS 9.3. SENTIDO DE ROTAÇÃO DO MOTOR 10. MOTOR A GASOLINA 10.1. COMBUSTÍVEL 10.2. ÍNDICER DE OCTANO 10.3. A MISTURA AR/COMBUSTÍVEL 10.3.1. ENRIQUECIMENTO DA MISTURA 10.4. TIPOS DE ALIMENTAÇÃO 10.5. SISTEMA DE IGNIÇÃO 10.6. TAXA DE COMPRESSÃO 11. MOTOR DIESEL 11.1. COMBUSTÍVEL 11.1.1. ÍNDICE DE CETANO 11.2. FORMAÇÃO DA MISTURA 11.3. TIPOS DE INJECÇÃO DIESEL 11.3.1. INJECÇÃO INDIRECTA 11.3.2. INJECÇÃO DIRECTA 11.4. INJECTORES DIESEL 11.5. BOMBA INJECTORA

15 15 15 15 15 15 16 16 16 17 17 17 17 18 18 18 18 18 19 19 19 20 20 20 20 20 20 20 21 21 21 21 21 22 22 22 23 23 24 24 24 24 24 24 25 26 26

ÍNDICE

11.6. TAXA DE COMPRESSÃO 12. TIPOS DE COMBUSTÍVEIS 13. COMPARAÇÃO GASOLINA/DIESEL 13.1. DIFERENÇA ENTRE MOTORES A GASOLINA E DIESEL 14. COMBUSTÃO 14.1. COMBUSTÃO 14.2. PRODUTOS DA COMBUSTÃO 14.3. COMBUSTÃO DIESEL 14.4. EMISSÕES POLUENTES 14.5. GASES LIQUEFEITOS E SUA COMBUSTÃO 14.6. CATALISADORES 14.6.1. TIPOS DE CATALISADORES THTRHFGHFDGH FGHFGHFHH GFHSFHDFHFH HSHDFJGGFJFGJ FJFGJFJFGJGJ FJDJGHJGHJHGJ FGH F F F F F F H H J JJ HHJF DGJFDJG J JFGJDFJJ FGDFJDFJD

HFGDJDHJ H H H H H H H HJDFKG GHJ

ÍNDICE

26 27 27 27 28 28 28 28 29 30 30 30

1. DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR A figura mostra os principais componentes de um motor de explosão a quatro tempos com dois veios de excêntricos à cabeça. Em termos gerais, podemos dividir o motor em três partes: a cabeça do motor, o bloco de cilindros e o cárter. Na cabeça encontram-se os elementos relativos ao sistema de distribuição: os veios de excêntricos, as touches e as válvulas. No topo da cabeça encontra-se a tampa das válvulas. No bloco de cilindros temos os pistões, as bielas e a cambota. O cárter fecha o motor pelo lado inferior. No cárter situamse alguns componentes do sistema de lubrificação.

1.1. CABEÇA DO MOTOR A cabeça do motor cobre o bloco dos cilindros. Na cabeça do motor encontram-se as velas de ignição, os pórticos de admissão e escape, bem como as válvulas e alguns dos componentes do mecanismo de distribuição. Devido aos gases resultantes da combustão, a cabeça do motor é submetida a um calor intenso. As cabeças são fabricadas em ferro fundido ou em liga de alumínio. Dependendo do tipo de arrefecimento do motor (a ar ou água), as cabeças estão equipadas com alhetas para aumentar a superfície de contacto com o ar ou com canais para a circulação da água.

1.2. CÂMARA DE COMBUSTÃO

Fig. 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Veio de excêntricos das válvulas de admissão Vela de ignição Tampa das válvulas Veio de excêntricos das válvulas de escape Cabeça do motor Válvula de escape 12 Cárter Conduta de escape 13 Cambota Pistão 14 Mola da válvula Biela 15 Válvula de admissão Bloco de cilindros 16 Conduta de admissão Tubo de aspiração do óleo 17 Touche

O formato desta câmara influencia consideravelmente a combustão. Uma boa câmara deve ser concebida de forma a permitir um rápido e completo enchimento com gases frescos, fazendo com que esses gases tenham o máximo de turbulência possível. A câmara de combustão deve ter uma configuração compacta para que o tempo da combustão seja curto e os gases de escape possam ser expelidos rapidamente. Actualmente são mais utilizadas as câmaras de combustão hemisféricas e triangulares. O tamanho da câmara de combustão é também factor determinante no valor da taxa de compressão. Através da montagem de duas válvulas de admissão e de duas válvulas de escape, são obtidas maiores secções de admissão e de escape, o que favorece a saída dos gases de escape e o enchimento com uma nova mistura. Fig. 2 - Cabeça dum motor de 4 válvulas por cilindro arrefecido a água 1 Válvulas de admissão 2 Válvulas de escape 3 canais de arrefecimento


1

Fig. 5

Fig. 3 - Câmara de compressão triangular

1.3. VEIO DE EXCÊNTRICOS O veio de excêntricos acciona as válvulas. O seu accionamento é comandado pela cambota rodando com metade da sua velocidade de rotação, ou seja, o veio de excênticos dá uma volta por cada duas voltas da cambota. O accionamento do veio de excêntricos é feito através de carretos de transmissão, correntes ou correias dentadas. Os motores com duas válvulas por cilindro necessitam normalmente de apenas um veio de excêntricos por linha de cilindros. Nos motores com maior número de válvulas, ou outros motores com válvulas dispostas em dois planos e accionadas pelas touches, são necessários dois veios de excêntricos por cada linha de cilindros. Os veios de excêntricos são fabricados em aço forjado ou em fundição maleável negra ou ainda em fundição de grafite esferoidal.

A B C 1 2 3

Martelo accionado por haste Accionamento directo através das touches Martelo accionado directamente pelo excêntrico Vareta da touche Touche Veio de excêntricos

Um veio de excêntricos à cabeça com touches tem menos componentes móveis, podendo por isso trabalhar sem problemas a altas rotações. Além disso, este tipo de construção ocupa menos espaço e tem vindo a ser cada vez mais utilizado, sobretudo nos motores multiválvulas.

1.5. TOUCHES As touches dividem-se em dois grupos, as mecânicas e as hidráulicas. A função principal das touches é transmitir às hastes das válvulas o impulso dos excêntricos. Conforme o tipo de construção do motor, o impulso é directamente transmitido às válvulas por meio de martelos ou por touches e balancins. Outra função das touches é proteger as hastes das válvulas das potentes forças laterais. Isso é conseguido uma vez que as touches são guiadas em cavidades na cabeça do motor, passando a transmitir às válvulas apenas esforços longitudinais.

Fig. 4 - Veio de excêntricos

1.4. ACCIONAMENTO DAS VÁLVULAS Dependendo do tipo de construção do motor, existem várias maneiras de fazer o accionamento das válvulas: - Martelos

Fig. 6

- Accionamento directo por touches.

1 2 3 4

É normal, nos motores em V mais antigos e nos motores com válvulas à cabeça, a construção com martelos e hastes das touches. O grande número de componentes móveis faz com que esta construção não seja apropriada para rotações elevadas. 2

Touche Veio de excêntricos Guia da touche Calço de ajuste


Touches mecânicas As touches mecânicas servem apenas para transmitir o movimento entre o excêntrico e a válvula. Conforme o tipo de construção do motor, também outros componentes podem contribuir para a transmissão do movimento. As touches podem ser usadas na afinação da folga das válvulas. Através da substituição de calços de ajuste de espessuras diferentes é alterada a folga entre o veio de excêntricos e a touche. Touches hidráulicas As touches hidráulicas, além do seu funcionamento normal, executam automaticamente a afinação da folga das válvulas. A dilatação (causada pelo calor) e o desgaste causam grandes alterações, que são compensadas pelas touches hidráulicas. Por esta razão não é necessário afinar a folga das válvulas usando este tipo de touche.

Fig. 8 1 Depósito 2 Cavilha de pressão 3 Touche da válvula 4 Câmara de accionamento 5 Câmara da touche da válvula 6 Válvula esférica 7 Mola de compressão 8 Manga-guia 9 Vedante 10 Alimentação de óleo

1.6. MOLAS Qualquer que seja o comando das válvulas, o fecho destas é quase sempre por acção de uma mola. A sua tensão tem de ser suficientemente alta para fechar rapidamente, seja em que regime de rotações for e ao mesmo tempo não criar dificuldades na abertura da válvula. As molas são constituidas em aço especial com silíciomagnésio.

Fig. 7 1 Veio de excêntricos 2 Touche hidráulica 3 Haste da válvula

Podem ter um passo fixo ou variável (tendo no segundo caso um sentido de montagem). Pode ainda ser simples ou dupla ( outra mola no interior).

1.7. VÁLVULAS A função das válvulas é abrir os pórticos de passagem dos gases durante os tempos de admissão e de escape e mantê-las o mais estanques possível durante os tempos de compressão e de explosão/expansão.

Funcionamento das touches hidráulicas A câmara das touches das válvulas está ligada ao circuito de lubrificação do motor através de canais (orifícios) para a passagem do óleo. Quando a ponta do excêntrico sai da touche da válvula, a cavilha de pressão é aliviada e empurrada para cima pela mola de compressão. As touches encontram-se portanto, sempre encostadas aos excêntricos. Com o movimento ascendente da cavilha de pressão é criado um vácuo na câmara de accionamento. Desta forma abre-se a válvula esférica. O óleo pode então passar do depósito para a câmara de accionamento. Quando o excêntrico pressiona a touche para baixo, também a cavilha de pressão é carregada e a válvula esférica fecha. O óleo existente na câmara de accionamento é incompressível. Desta forma, a touche sob carga funciona como união rígida e faz abrir a válvula.

Durante este processo as válvulas são submetidas a temperaturas muito elevadas. A válvula de admissão é arrefecida pelos gases frescos que entram mas mesmo assim chega a atingir temperaturas da ordem dos 500°C. A válvula de escape, como está situada no caminho dos gases de escape, é aquecida até temperaturas próximas dos 800°C. Devido ao aquecimento especialmente intenso a que são submetidas, as válvulas de escape podem ser construídas em dois tipos de metal. Temos assim as válvulas com enchimento de sódio no interior. Quando a válvula está fria, o sódio está sólido e tudo se passa como se se tratasse de uma válvula de um só metal. Quando a temperatura se eleva o sódio funde-se e, através da sua movimentação no interior da válvula, transporta a energia térmica desde o prato até à haste da válvula, de onde pode passar para a cabeça do motor. A temperatura de uma válvula de escape pode ser reduzida em cerca de 100°C através deste sistema. Devido ao elevado esforço mecânico a que as válvulas são sujeitas, a sua sede e a extremidade da haste são submetidas a um tratamento para aumentar a sua dureza


3

e resistência ao desgaste.

- Material macio com cobertura em metal

Os encaixes ou rasgos existentes na extremidade da haste servem de fixação às meias luas das válvulas.

- Junta metálica.

Fig. 10 - Vista em corte da junta da cabeça do motor Fig. 9 - Tipos de configuração das válvulas 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Válvula fabricada em dois metais Válvula fabricada num metal apenas Encaixe Haste da válvula Prato da válvula Sede da válvula Meia-lua da válvula Enchimento de sódio Zona endurecida

Sedes das válvulas Os blocos de cilindros e as cabeças dos motores constroem-se em materiais relativamente macios que sob as condições de trabalho têm tendência a desgastar-se, picar-se ou corroer-se nas superfícies de assentamento das válvulas.

1 2 3 4 5

Orifícios para as galerias do óleo e do líquido de arrefecimento Passagem para o parafuso Recorte para a câmara de combustão Folha de suporte Revestimento

1.9. PARAFUSOS DA CABEÇA DO MOTOR Os parafusos da cabeça do motor têm que ser apertados dentro das condições impostas pelo manual de oficina. As sequências e os binários de aperto são definidos pelo construtor e resultam de uma série de parâmetros de construção e de testes de resistência, pelo que devem ser sempre respeitados. Os parafusos são sempre apertados com uma chave dinamométrica e, por vezes, com uma chave angular na última fase de aperto (ver Manual de metrologia).

Para evitar estes fenómenos, os fabricantes introduziram as sedes de embutir, construidas em materiais resistentes ao calor e ao desgaste (liga de crómio, cobalto e tungsténio). O seu ângulo na zona de assentamento pode ser de 45º ou 60º, permitindo este último uma passagem superior para a mesma elevação.

1.8. JUNTA DA CABEÇA DO MOTOR A junta da cabeça do motor torna estanque a ligação entre a cabeça e o bloco de cilindros, permitindo a circulação dos gases, da água e do óleo entre estes dois componentes. Adicionalmente, a junta da cabeça do motor deve compensar as pequenas irregularidades existentes na superfície da cabeça e do bloco. É por esta razão que a junta da cabeça tem que ser fabricada com um material relativamente elástico. Os tipos de construção de junta mais utilizados são os seguintes: - Folha de suporte metálica com superfície em material macio 4

Fig. 11 - Fixação da cabeça do motor com parafusos de aperto 1 Parafuso de aperto 2 Cabeça do motor 3 Bloco de cilindros 4 Junta da cabeça

1.10. BLOCO E CILINDROS A função do cilindro é guiar o pistão no seu movimento do ponto morto superior para o ponto morto inferior e viceversa dissipando o calor excedente resultante da


combustão. São utilizados blocos com diferentes tipos de construção. Existem blocos de apenas um cilindro e blocos de vários cilindros. Os cilindros podem ser arrefecidos por ar ou por líquido, no entanto, quase todos os motores dos veículos actuais são arrefecidos por líquido. Os blocos de cilindros são fabricados em ferro fundido ou liga de alumínio. A superfície de passagem do pistão (ou seja, a camisa) pode ser directamente trabalhada no material do bloco de cilindros. Outra alternativa é a inserção de camisas no interior do bloco. Neste caso podemos ainda distinguir entre camisas secas ou húmidas. No caso de blocos de cilindros em liga de alumínio são sempre inseridas camisas, pois a liga de alumínio não tem resistência suficiente para suportar os esforços produzidos no cilindro.

Fig. 14 - Camisa húmida 1 Camisa 2 “O” ring 3 Líquido de arrefecimento 4 Bloco de cilindros

1.10.2. CILINDRO COM CAMISAS SECAS As camisas secas não entram em contacto com o líquido de arrefecimento. São introduzidas no bloco de cilindros à pressão ou montadas por contracção. Na montagem termoretráctil tira-se proveito da dilatação térmica dos materiais. A camisa é arrefecida e o bloco de cilindros é aquecido. Este processo permite a introdução das camisas no bloco de cilindros mais facilmente.

Fig. 12 - Bloco de um cilindro

Não é possível desmontar as camisas secas sem inutilizálas.

Fig. 13 - Bloco de vários cilindros (quatro, neste caso)

1.10.1. CILINDROS COM CAMISAS HÚMIDAS As camisas introduzidas no bloco de cilindros estão em contacto directo com o líquido de arrefecimento. Anéis vedantes em borracha vedam o sistema de arrefecimento em relação ao cárter. As camisas hùmidas proporcionam uma reparação fácil, pois podem ser substituídas. Torna-se assim desnecessária a rectificação do interior do cilindro e não são precisos pistões com sobremedida. Uma desvantagem deste tipo de sistema é a propensão para a corrosão e a reduzida rigidez do bloco de cilindros.


Fig. 15 - Camisa seca 1 Camisa 2 Líquido de arrefecimento 3 Bloco de cilindros

1.11. PISTÕES O pistão é um componente móvel que faz a separação entre a câmara de combustão e o cárter. Deve também criar o vácuo necessário à aspiração de gases novos e, por fim, comprimi-los. 5

Durante o ciclo de explosão/expansão o pistão deve transmitir a pressão dos gases resultantes da combustão à cambota através da biela. Um pistão deve ser leve, de maneira a manter tão baixas quanto possível as forças de inércia durante o funcionamento do motor.

Devido a esta carga, o pistão é empurrado contra a parede do cilindro, no lado no qual se encontra o moente da cambota nesse momento. Desta forma, este lado do cilindro sofre um desgaste superior ao do outro lado.

Para evitar este problema, o eixo do cavilhão é ligeiramente deslocado do centro do pistão para o lado contrário ao pressionado. A isto dá-se o nome de descentragem do Tem que resistir ao calor criado pela combustão e dissipar cavilhão. parte dele. Para tal, a sua dilatação não deve ser excessiva.

1.11.1. COMPONENTES DO PISTÃO Um pistão pode ser dividido em várias partes: coroa, caixas dos segmentos, saia do pistão e furo do cavilhão. A coroa do pistão é a zona que está submetida às altas temperaturas e pressões mais elevadas. Na zona dos segmentos do pistão, os vários segmentos encarregam-se de fazer a vedação correcta do cilindro. Os gases da câmara de combustão não devem passar daí para o cárter. A área acima da zona dos segmentos do pistão é submetida a temperaturas particularmente intensas.

Fig. 17 - Forças a que é submetido o pistão com o cavilhão descentrado

A saia do pistão guia o pistão no interior do cilindro.

1 2 3 4

O furo do pistão aloja o cavilhão que liga o pistão à biela. O cavilhão é fixo por freios ou pode ser do tipo flutuante, montado por dilatação do pé da biela.

Eixo do cavilhão Descentragem do cavilhão Eixo do pistão Lado de pressão do pistão

1.11.3. CARGA TÉRMICA SOBRE O PISTÃO Durante o funcionamento, a temperatura do pistão sobe até 150°C na saia e 350°C na coroa do pistão. Devido a este aquecimento irregular, a dilatação do pistão também é irregular podendo fazer com que este cole às paredes do cilindro. O pistão é concebido de modo a apresentar uma forma cilíndrica à temperatura normal de funcionamento. Para compensar os diferentes graus de dilatação térmica

Fig. 16 - Denominação dos componentes do pistão 1 2 3 4 5 6

Face superior do pistão Coroa do pistão Furo do cavilhão Diâmetro nominal Saia Zona dos segmentos

1.11.2. FORÇAS A QUE O PISTÃO ESTÁ SUBMETIDO

Fig. 18 - Forma do pistão a frio

Nos motores a gasolina, durante o curso de explosão/ expansão, é exercida uma pressão de combustão que pode atingir mais de 60 bar sobre a coroa do pistão.

1 Diâmetro da coroa do pistão 2 Diâmetro da parte inferior da saia do pistão 3 Diâmetro medido na direcção do cavilhão 4 Diâmetro medido transversalmente em relação à direcção do cavilhão

6


em cada zona do pistão, este é fabricado com uma secção oval, ficando o diâmetro maior situado transversalmente em relação ao eixo do cavilhão. Além disso, o diâmetro da parte superior do pistão é menor, para compensar a dilatação térmica na zona da coroa do pistão.

1.11.4. CONSTRUÇÃO DOS PISTÕES

Fig. 20 - Tipos de segmentos de pistão

Fig. 19 - Pistão sólido de um só material

Os pistões para os motores de automóvel são geralmente fabricados num só material. O material de fabrico quase sempre utilizado é a liga de alumínio, que pode ser fundido ou injectado à pressão.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Segmento de secção rectangular Segmento com superfície inclinada Segmento de superfície cónica Segmento trapezoidal Segmento em L Segmento de Napier Segmento com ranhuras Segmento do óleo com mola expansível Segmento do óleo com mola helicoidal

1.12. BIELAS A biela estabelece a ligação entre o pistão e a cambota.

1.11.5. SEGMENTOS DO PISTÃO Os segmentos do pistão têm que ter elasticidade e não devem sofrer modificações permanentes quando são montados.

Por esta razão, a biela é submetida alternada e rapidamente, a forças de tracção e de compressão, bem como de flexão, devido ao esforço exercido pelo pistão. A sua secção dupla em T confere-lhe a rigidez necessária para suportar estes esforços.

Existem dois tipos de segmentos. Os segmentos As bielas são fabricadas geralmente em aço forjado. Nos dispostos na parte superior do pistão são os segmentos motores mais pequenos, as bielas podem também ser de compressão, que devem garantir a maior de liga de alumínio de alta resistência. estanquecidade possível em relação à câmara de combustão. Os segmentos inferiores do pistão são os segmentos raspadores do óleo e evitam a entrada de óleo na câmara de combustão. Os segmentos de compressão são segmentos de secção rectangular (de produção simples), ou com superfície inclinada de face cónica. Outros segmentos de compressão são os segmentos trapezoidais (não assentam firmemente na ranhura), os segmentos em L (pressão de aperto reforçada pela pressão da combustão) e os segmentos de Napier (com efeito adicional de raspagem do óleo). Os segmentos raspadores do óleo podem ser do tipo com ranhuras (com passagem de óleo para o interior do pistão) ou do tipo segmento do óleo com mola helicoidal (superfície de contacto mais estreita para aumentar a pressão de aperto). Os segmentos do pistão são fabricados em ferro fundido ou aço (em proporção limitada). Para aumentar a resistência à corrosão e ao desgaste, a sua superfície pode ser submetida a um processo de cromagem dura.


Fig. 21 - Biela e apoio 1 2 3 4 5 6 7 8

Pé da biela Casquilho da biela Orifício de lubrificação Parafuso de aperto Haste da biela Cabeça da biela Capas dos apoios Tampa do apoio

1.13. CAMBOTA A função principal da cambota é transformar a força da haste da biela numa força de rotação, dando assim origem a um binário de forças. A maior parte do binário assim criado é transmitido à embraiagem pela cambota. 7

O binário restante é utilizado no accionamento da distribuição, bombas de óleo, combustível e água, bem como do distribuidor, alternador e outros acessórios. A cambota está alojada no cárter do bloco do motor. O tipo de construção do motor e o número de cilindros determina a forma da cambota e o número de apoios. A disposição dos moentes da cambota depende do número de cilindros e da sequência de ignição.

1.13.1. APOIO DA CAMBOTA A cambota é suportada e guiada pelos seus apoios. Durante o seu funcionamento deve existir a menor fricção possível. Para os apoios da cambota são utilizadas capas simples divididas em duas metades e com revestimento de várias camadas. O apoio do meio tem a função adicional de evitar o deslocamento da cambota no sentido longitudinal.

Os orifícios de lubrificação garantem a alimentação de óleo aos apoios das bielas. Nos motores utilizados em veículos ligeiros são montadas cambotas compostas por uma só peça. A cambota é submetida a vários esforços de flexão e torção. Devido ao modo de funcionamento do motor de combustão interna, a transmissão do movimento dos pistões à cambota é feita de forma irregular. Desta forma, surgem vibrações que afectam o funcionamento suave e silencioso do motor e que, em casos extremos, podem levar à ruptura da cambota. Por este motivo a cambota deve ser sempre cuidadosamente equilibrada. Isto consegue-se retirando material (orifícios de equilibragem) nos contrapesos. Também se pode reduzir o nível de vibrações com a utilização de veios contra rotativos accionados pela cambota.

Fig. 23 - Aumento da pressão do lubrificante dos apoios da cambota 1 2 3 4 5

Capa Carga Moente da cambota Pressão do lubrificante Alimentação de óleo

As cambotas são fundidas ou forjadas. No caso de serem forjadas obtém-se uma maior homogeneidade do material da cambota. Isto melhora a rigidez do componente. Para o fabrico de cambotas é utilizado o ferro fundido com grafite esferoidal ou aço com crómio, vanádio e molibdénio. Os pontos de apoio dos moentes da cambota têm uma superfície endurecida.

Fig. 24 - Capa de apoio com revestimento de várias camadas

Fig. 22 - Cambota 1 2 3 4 5 6

8

Moente da cambota Aba da cambota Moente do apoio da cambota Contrapeso Orifício de equilibragem Orifício de lubrificação

1 2 3 4 5 6 7 8

Saliência de fixação Ranhura do óleo Capa protectora em aço Revestimento Superfície de níquel Superfície de contacto Orifício de lubrificação Colar

Deve existir folga suficiente para a afluência de óleo lubrificante. No entanto, se essa folga for excessiva, haverá fuga de óleo do apoio e a lubrificação será deficiente, podendo originar a sua destruição.


Os moentes da cambota rodam sobre uma película de óleo que evita o contacto entre os componentes metálicos. A lubrificação da capa é feita por óleo fornecido pela bomba de óleo sob pressão aos apoios.

1.14. VOLANTE DO MOTOR E AMORTECEDOR DE VIBRAÇÕES O volante do motor, aparafusado à cambota na traseira do motor, para além de armazenar energia cinética do tempo motor, também contribui para o funcionamento suave e silencioso. O amortecedor de vibrações, fixado na parte dianteira, também ajuda a atenuar as vibrações.

superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI). A repetição deste processo gera o movimento alternativo do pistão, o qual é transformado em movimento rotativo da cambota através do sistema biela/manivela. Num ciclo completo (duas rotações da cambota), o pistão desloca-se quatro vezes resultando daqui quatro movimentos a que chamaremos tempos. Ao conjunto dos quatro tempos dá-se o nome de ciclo de funcionamento.

2.1.1. OS 4 TEMPOS 1º tempo: Admissão de gases frescos 2º tempo: Compressão

3º tempo: Explosão/Expansão (combustão da mistura O damper ou amortecedor de vibrações é um pequeno ar/combustível, tempo motor) volante que se monta na cambota, no extremo oposto ao volante do motor. É construído de modo a que a maior 4º tempo: Escape dos gases resultantes da combustão parte da sua massa esteja unida elasticamente à polia Primeira rotação da cambota da cambota. 1º - Admissão Este tipo de construção permite absorver parte da energia de torção/flexão da cambota, devolvendo-a depois O pistão desloca-se do PMS para o PMI. Assim, é criado gradualmente. Assim, recupera-se a deformação sofrida vácuo no cilindro e a mistura ar/combustível é aspirada de um modo mais suave, evitando a vibração da cambota. pela válvula de admissão, que se encontra aberta. Este amortecedor é usado em conjunto com a polia da A válvula de admissão abre um pouco antes do PMS e cambota e serve ao mesmo tempo de tomada de só volta a fechar após o PMI, de maneira a melhorar o movimento para várias correias, como por exemplo a do enchimento do cilindro. alternador. O enchimento do cilindro influencia directamente o valor de potência do motor, pois quanto maior for a quantidade de mistura ar/combustível aspirada, maior será a energia 1.15. CÁRTER térmica disponível após a queima. O cárter é quase sempre construído em chapa de ferro. Esta é a forma mais leve e mais robusta de o executar. Sendo deste material pode resistir a choques e pancadas ocasionais do que se fosse em material fundido. Ocupando a parte inferior do motor, é bastante frequente sofrer “maus tratos” quando se circula fora de estrada ou em estradas em mau estado de conservação. Nos motores modernos empregam-se também ligas ligeiras fundidas (alumínio) com a parte inferior dotada de alhetas para facilitar o arrefecimento do óleo. Por vezes, ainda é um elemento resistente que confere rigidez ao conjunto bloco/cárter. Fig. 25

2. O CICLO A 4 TEMPOS 2.1. O CICLO O motor a 4 tempos faz parte do grupo dos motores térmicos. Nestes motores, a energia potencial térmica do combustível é transformada em energia mecânica. Após a inflamação da mistura inicia-se um processo de combustão, onde é libertada uma grande quantidade de energia térmica (calor). Este calor é responsável por um aumento de pressão no interior da câmara de combustão, pressão essa que faz deslocar o pistão do ponto morto


A B 1 2 3 4

Cilindro durante o tempo de admissão Cilindro durante o tempo de compressão Válvula de admissão Válvula de escape Ponto morto superior (PMS) Ponto morto inferior (PMI)

2º - Compressão O pistão desloca-se do PMI para o PMS. Como ambas as válvulas se encontram fechadas, a mistura ar/ combustível existente nos cilindros é comprimida. 9

Devido a esta compressão, a mistura ar/combustível sofre um aumento significativo de temperatura, o que vai permitir o processo de combustão.

válvula de admissão abre ainda antes do PMS havendo, portanto, cruzamento de válvulas.

Segunda rotação da cambota

2.1.2. RELAÇÃO VELOCIDADE CAMBOTA/ÁRVORE DE CAMES

3º - Explosão/Expansão Ambas as válvulas estão fechadas. A mistura comprimida é inflamada por uma faísca da vela de ignição. Os gases resultantes da combustão ficam sujeitos a uma elevada pressão, devido ao aumento de temperatura. A expansão destes gases provoca o deslocamento do pistão do PMS para o PMI. Como a combustão não é instantânea, a inflamação da mistura ocorre antes do PMS, portanto ainda dentro do tempo de compressão. Pode atingir um avanço de 40° de rotação da cambota, conforme a rotação do motor. O avanço da inflamação tem como objectivo conseguir-se a pressão máxima da combustão imediatamente depois do PMS.

Como um ciclo de accionamento completo de um motor a quatro tempos abrange duas rotações da cambota, a desmultiplicação entre a cambota e o veio de excêntricos tem que ser de 2:1. Assim, a velocidade de rotação da árvore de cames é duas vezes menor que a da cambota. O carreto de distribuição tem um diâmetro duas vezes superior ao do carreto da cambota afim de se obter para um ciclo: - duas voltas da cambota ou 720º - uma volta da árvore de cames ou 360º

Fig. 27

Fig. 26 C D 1 2 3 4

Cilindro durante o tempo de explosão/expansão Cilindro durante o tempo de escape Válvula de admissão Válvula de escape Ponto morto superior (PMS) Ponto morto inferior (PMI)

4º - Escape A válvula de escape abre antes do PMI, ainda durante a expansão, pelo que o interior do cilindro ainda se encontra sob uma pressão superior à atmosférica (pressão de combustão residual). Existe, assim, um diferencial de pressão entre o cilindro e o meio exterior, o qual faz deslocar uma parte dos gases de escape através do canal aberto pela válvula de escape. O pistão desloca-se do PMI para o PMS empurrando os gases de escape para fora do cilindro através da válvula de escape. Para favorecer a expulsão dos gases de escape e a aspiração da mistura ar/combustível, a válvula de escape só volta a fechar pouco depois do PMS, enquanto que a 10

2.2. DISTRIBUIÇÃO A função da distribuição é regular os tempos de aspiração dos gases frescos e de expulsão dos gases de escape, através da abertura das válvulas de admissão e de escape. O ponto de abertura ou fecho de uma válvula depende da posição do veio de excêntricos. A duração da abertura e o curso da válvula depende do formato dos excêntricos. Excêntricos pontiagudos abrem e fecham as válvulas rapidamente, mantendo a válvula aberta durante pouco tempo. Excêntricos inclinados abrem e fecham as válvulas mais devagar e mantêm-nas abertas durante mais tempo. Com excêntricos inclinados obtém-se uma maior passagem de gases. O formato dos excêntricos é frequentemente assimétrico. Neste caso existe uma superfície ascendente (para uma abertura lenta das válvulas) e uma superfície descendente (para uma abertura mais prolongada e um fecho mais rápido das válvulas).


2.3.2. ACCIONAMENTO POR CORRENTE Neste tipo de accionamento, o veio de excêntricos é accionado por uma corrente de elos simples ou duplos. A corrente é normalmente tensionada por um tensor hidráulico controlado pela pressão do óleo do motor. Por forma a reduzir as oscilações e os ruídos causados pela corrente, esta é guiada por calhas-guia. Fig. 28 - Formato dos excêntricos 1 Excêntricos pontiagudos 2 Excêntricos inclinados 3 Superfície descendente 4 Superfície ascendente

2.3. ACCIONAMENTO DO VEIO DE EXCÊNTRICOS O accionamento do veio de excêntricos pode ser efectuado através dos seguintes mecanismos: - Correia dentada de distribuição - Carretos dentados - Corrente de distribuição

2.3.1. ACCIONAMENTO POR CARRETOS O accionamento do veio de excêntricos através dos carretos dentados processa-se directamente pela cambota. Os carretos com dentes oblíquos reduzem o ruído durante o funcionamento.

Fig. 30 - Accionamento por corrente

Fig. 31 - Corrente de distribuição Fig. 29 - Accionamento por carretos 1 Veio de excêntricos 2 Carretos da distribuição

3 Bielas 4 Cambota


1 Carreto do veio de excêntricos 3 Polia da cambota 2 Corrente de distribuição 4 Tensor da corrente 5 Calha-guia 11

2.3.3. Accionamento por correia dentada O accionamento por correia dentada em borracha com fibras reforçadas possibilita um funcionamento silencioso e adequa-se a rotações elevadas. O material da correia dentada pode ser afectado pelo contacto com óleo ou líquido de arrefecimento. Há portanto que garantir que durante o funcionamento do motor, a correia dentada não entra em contacto com nenhum destes líquidos.

2.4. CONSTRUÇÃO DUM DIAGRAMA DE DISTRIBUIÇÃO O diagrama da distribuição é apresentado em espiral, pois para cada ciclo de funcionamento completo há que representar duas rotações da cambota (4 tempos Diesel e gasolina). Um diagrama da distribuição mostra a posição em que a cambota se encontra quando as válvulas são accionadas e quando se dá a ignição. Também podem-se ver facilmente os tempos de expansão e o cruzamento de válvulas.

durante mais tempo para facilitar a saída de gases no tempo de escape e o enchimento do cilindro no tempo de admissão. Assim, a válvula de admissão abre antes do pistão atingir o PMS e fecha depois do pistão atingir o PMI e a válvula de escape abre antes do pistão atingir o PMI e fecha depois do pistão atingir o PMS. Estes desfasamentos têm o nome de avanço à abertura e atraso ao fecho das válvulas e podem ser representados graficamente num diagrama de distribuição. Este diagrama consiste num círculo em que se representam as rotações da cambota, dividido verticalmente por um eixo. Na extremidade superior do eixo marca-se o PMS (posição da cambota correspondente à passagem do pistão pelo PMS) e na extremidade inferior, o PMI (posição da cambota correspondente à passagem do pistão pelo PMI). O círculo é graduado em graus no sentido dos ponteiros do relógio e a escala tem início no PMS. Os avanços e atrasos são marcados em graus de rotação da cambota, em relação ao PMS e PMI. É possível construir o diagrama de distribuição de um motor a partir dos valores de avanço e atraso à abertura e fecho das válvulas. Vejamos um exemplo: Avanço à abertura da válvula de admissão = 5º Atraso ao fecho da válvula de admissão = 31º O avanço à abertura é marcado 5º antes do PMS (teoricamente a válvula deveria abrir exactamente no PMS) e o atraso ao fecho é marcado 31º depois do PMI (teoricamente a válvula deveria fechar exactamente no PMI). Avanço à abertura da válvula de escape = 46º Atraso ao fecho da válvula de escape = 6º

Fig. 32 - Diagrama da distribuição 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Abertura da válvula de admissão Admissão Fecho da válvula de admissão Compressão Ponto de ignição Explosão/Expansão Abertura da válvula de escape PMI Escape PMS Fecho da válvula de escape Cruzamento das válvulas

Em cada ciclo de um motor a 4 tempos dão-se duas rotações da cambota e uma rotação da árvore de cames. Cada válvula só abre uma vez em cada ciclo. Teoricamente as válvulas de escape e admissão deviam estar abertas durante todo o tempo de escape e admissão, respectivamente. Na prática, as válvulas estão abertas 12

Fig. 33


O avanço à abertura é marcado 46º antes do PMI (teoricamente a válvula deveria abrir exactamente no PMI) e o atraso ao fecho é marcado 6º depois do PMS (teoricamente a válvula deveria fechar exactamente no PMS).

seguintes factores:

3. CICLOS DE FUNCIONAMENTO

- Uma parte do calor obtido durante a compressão e na combustão dissipa-se através das paredes do cilindro.

3.1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMENTO No diagrama de funcionamento dum motor a quatro tempos, pode observar-se a variação da pressão e de volume a que a mistura ar/combustível está sujeita dentro do cilindro durante um ciclo de funcionamento completo. O movimento do pistão está representado por baixo do diagrama.

- A combustão não é instantânea (dura alguns milésimos de segundo) nem se verifica a volume constante. - Os gases sofrem perdas de carga, o que os faz perder pressão e velocidade ao circular nos pórticos.

- As válvulas não abrem nem fecham instantaneamente, logo, o equilíbrio de pressões entre o interior e o exterior do cilindro não é imediato. - No final da expansão ainda existe pressão no interior do cilindro, o que dificulta a subida do pistão.

Todos estes factores têm como consequência a obtenção A área deste gráfico, também conhecido como diagrama de uma pressão máxima inferior à teórica, o que não indicado do motor, representa o trabalho realizado por permite um aproveitamento tão bom da energia fornecida cada cilindro do motor. pelo combustível. Por outras palavras, o rendimento do ciclo prático é inferior ao do ciclo teórico.

3.1.1. DIAGRAMA TEÓRICO O ciclo teórico pode ser representado num diagrama em que o eixo horizontal representa a posição do pistão no interior do cilindro e o eixo vertical representa a pressão verificada no interior do cilindro. A evolução do ciclo pode ser seguida através da linha A-B-C-D-E-B-A. Admissão (A-B): A válvula de admissão encontra-se aberta durante todo o tempo de admissão e o interior do cilindro encontra-se à pressão atmosférica (cerca de 1 bar).

Fig. 34

Compressão (B-C): Ambas as válvulas se encontram fechadas e o pistão desloca-se do PMI para o PMS, comprimindo a mistura até cerca de 10 bar. Combustão (C-D)/Expansão(D-E): (C-D) - O pistão encontra-se no PMS e a vela solta uma faísca que provoca a combustão instantânea da mistura fazendo a pressão subir até cerca de 50 bar. (D-E) - A pressão elevada que se regista no interior do cilindro faz o pistão deslocar-se do PMS para o PMI. A pressão baixa para cerca de 4 bar. Escape (E-B)/(B-A): (E-B) - O pistão encontra-se no PMI, a válvula de escape está aberta e os gases são expelidos para fora do cilindro. A pressão volta a baixar para atingir o valor da pressão atmosférica (cerca de 1 bar). (B-A) - O pistão desloca-se do PMI para o PMS, empurrando os gases restantes e a válvula de escape fecha-se quando o pistão atinge o PMS. O ciclo repetese a partir do ponto A.

3.1.2. DIAGRAMA PRÁTICO O diagrama anterior é impossível de obter na prática, uma vez que não se verifica uma série de condições indispensáveis para que isso acontecesse. O diagrama prático é o que se aproxima mais da realidade. As diferenças entre os dois devem-se essencialmente aos


3.1.3. Diagramas teórico e prático 70 bar 60 50 3

40 30 20

Fig. 35 - Diagrama de funcionamento motor Diesel 1. Ad missã o 2. Compressão 3. Expansão 4. Escape

2

10

4

0

1

13

b)

Fig. 36 - Diagrama de funcionamento - motor a gasolina 1. Ad missã o 2. Compressão 3. Expansão 4. Escape a Ponto morto superior (PMS) b Ponto morto inferior (PMI)

c)

A figura atrás mostra o ciclo de funcionamento de um motor Diesel. Em relação ao de gasolina, a pressão máxima é superior.

4. GENERALIDADES - SISTEMA DE ADMISSÃO 4.1. COLECTOR O colector de admissão tem como objectivo principal: - Distribuir uniformemente a mistura ar/gasolina (caso do carburador) ou o ar (caso da injecção) pelos vários cilindros do motor.

Fig. 37 - Tipos de colectores (a,b,c e d)

- Melhorar a homogeneidade da mistura.

4.2. O FILTRO DE AR

- Levar a mistura a uma temperatura adequada.

O ar necessário para a formação de mis-tura é tomado directamente da atmosfera. O ar contém elementos abrasivos, as poeiras, o que exige a utilização de um filtro de ar para proteger o motor.

Diversos exemplos possíveis de encontrar:

d)

O filtro de ar tem três funções: - reter as impurezas do ar aspirado pelo motor com eficácia - uma baixa perda de carga - servir de silenciador na aspiração, limitando o silvo (função de caixa de ar). a)

4.3. RESSOADORES O carácter pulsante do fluxo de ar produzido aquando da

14


admissão é a causa do chamado silvo da admissão. Os ressoadores empregues nas viaturas modernas, na tubagem de admissão, entre o filtro de ar e a entrada de ar na zona da borboleta, constituem câmaras de ressonância com dimensões adequadas que, estrategicamente colocadas, eliminam os zumbidos ou silvos de aspiração, contribuindo para um baixo ruído do motor a trabalhar.

nifica a conversão destes poluentes em compostos inofensivos.

Fig. 39 - Catalizador

5. GEMERALIDADES - SISTEMA DE ESCAPE 5.1. Colector e panela de escape

5.3. JUNTAS FLEXÍVEIS

Quando se abre a válvula de escape no final do tempo de expansão, a temperatura dos gases anda à volta dos 800 ºC e a pressão é de alguns bar. Os colectores reúnem estes gases provenientes dos vários cilindros. São geralmente constituídos em ferro fundido e podem ter diversas formas, umas mais elaboradas, consoante os objectivos a atingir.

As juntas flexíveis que se podem encontrar nos sistemas de escape contribuem para isolar a carroçaria do veículo das vibrações que possam vir do normal funcionamento do motor, juntamente com outros apoios ao longo do tubo de escape. Além disso compensam possíveis desvios à dilatação dos materiais.

6. GENERALIDADES - SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO 6.1. LUBRIFICAÇÃO DO MOTOR As funções essenciais do sistema de lubrificação do motor são as seguintes: - Lubrificar para minimizar o atrito, a fim de reduzir o desgaste e a perda de rendimento. - Arrefecer para proteger os componentes internos do motor contra temperaturas excessivas. - Proporcionar a vedação entre os componentes que deslizam uns sobre os outros (por ex., segmentos sobre a parede do cilindro). - Manter o motor limpo. Fig. 38 - Colector simples e “4 em 2”

- Assegurar uma protecção eficaz contra a corrosão.

A expulsão destes gases nestas condições origina ruído que é necessário suprimir ou atenuar antes de chegar à atmosfera. Por outro lado é necessário baixar a temperatura dos mesmos. As panelas de escape desempenham estas duas funções. Podem ser simples (uma panela única) ou com duas panelas (uma de expansão e outra silencioso). Para permitir a expansão é necessário efectuar um aumento da secção da tubagem de modo a evitar qualquer contra-pressão que dificulte a evacuação dos gases queimados, prejudicando o rendimento do motor. No entanto, ao aumentar a secção, a velocidade dos gases diminui que se traduz numa perda de potência.

5.2. CATALISADOR O conversor catalítico, conhecido como catalisador, tem a sua aplicação nas viaturas actuais. A reacção química gerada é orientada para três importantes poluentes, HC, CO e NOX, produzidos nos motores a gasolina. Isto sig-


Fig. 40 - Circuito de lubrificação do motor 15

6.1.1. CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO

lubrificar através dos orifícios.

O circuito de lubrificação do óleo ilustrado na página anterior mostra a configuração de um sistema de lubrificação de um motor a quatro tempos; circuito de lubrificação por pressão.

Existem três tipos de bombas:

O óleo encontra-se num reservatório (cárter) por baixo do bloco de cilindros.

- Bomba de rotor

Uma bomba aspira o óleo do cárter através dum filtro, fazendo-o depois passar por outro filtro.

A partir do momento em que o motor entra em funcionamento, os carretos da bomba são accionados. O óleo é aspirado do cárter e aloja-se entre cada um dos dentes e as paredes do corpo da bomba. Depois, o óleo é dirigido sob pressão para a galeria principal. O valor da pressão é geralmente de cerca de 3 bar às 3000rpm.

Após a filtragem, o óleo chega sob pressão aos locais de lubrificação na cabeça do motor e no bloco de cilindros. A válvula limitadora de pressão existente na bomba de óleo faz com que a pressão de óleo não ultrapasse o valor máximo determinado, de cerca de 4 ou 5 bar.

- Bomba de carretos - Bomba de palhetas Bomba de carretos

Em motores submetidos a intensas cargas térmicas existem orifícios de passagem do óleo na parte inferior do bloco de cilindros, que pulverizam óleo na coroa do pistão para a zona inferior. Quando a temperatura do óleo atinge valores excessivamente elevados, a sua capacidade de lubrificação diminui, pois a sua viscosidade baixa bastante. Para evitar temperaturas excessivas, são montados radiadores. Os radiadores dissipam a energia térmica do óleo no ar.

6.1.2. LUBRIFICAÇÃO SOB PRESSÃO A lubrificação sob pressão é a única utilizada actualmente nos motores dos veículos automóveis. Os elementos lubrificados sob pressão são os seguintes: - Cambota - Apoios das árvores de cames - Conjunto dos martelos ou balanceiros

Fig. 41

Bomba de palhetas A parte cilíndrica do corpo da bomba tem um rotor descentrado e com um furo rasgado. Este furo incorpora duas palhetas que são mantidas sob pressão contra o corpo cilíndrico da bomba por uma mola. O rotor é accionado pelo motor no sentido da seta. O volume “A”

- Touches dos motores com árvores de cames à cabeça Os elementos lubrificados por projecção são os seguintes: - Camisas - Pistões e respectivos cavilhões - Cames da árvore de cames - Distribuição - Hastes das válvulas - Hastes dos balanceiros

Fig. 42

- Touches dos motores com árvore de cames lateral

6.1.3. BOMBA DE ÓLEO Para se obter a pressão de lubrificação, é montada no circuito uma bomba de óleo. Esta bomba aspira o óleo do cárter e dirige-o sob pressão para os vários órgãos a 16


aumenta e causa uma depressão. O óleo é aspirado para este volume. A palheta tapa o orifício de entrada do óleo. O volume “A” diminui e é empurra-do para a saída.

O filtro do óleo é constituído por um invólucro de chapa que encerra tecido de algodão ou papel. Pode ser montado em série ou em paralelo. Na montagem em série, todo o óleo proveniente da bomba passa pelo filtro. Em Bomba de rotor caso de obstrução do filtro o circuito de óleo é interromO corpo da bomba é geralmente fundido no bloco. O rotor pido. interno tem o seu veio descentrado comandado pelo Para evitar este problema existe uma válvula de seguranmotor, que por sua vez acciona o rotor externo, que é ça que pode estar montada no bloco ou no próprio filtro. livre. Os dois rotores rodam no mesmo sentido. Quando esta válvula abre, o óleo não filtrado é conduzido directamente para a galeria principal a fim de assegurar a lubrificação sob pressão do motor. Na montagem em paralelo apenas uma parte do óleo passa através do elemento filtrante. Neste caso não é necessária a válvula de segurança.

Fig. 43

6.2. CARGAS A QUE O ÓLEO É SUBMETIDO O óleo lubrificante está submetido a grandes cargas. Deve manter a sua capacidade de lubrificação até temperaturas da ordem dos 180°C (junto à face superior do pistão). A isto há que adicionar as cargas químicas causadas pelos gases resultantes da combustão, que chegam ao cárter passando pelos segmentos dos pistões. Além disso, o óleo é contaminado por poeiras, abrasão e resíduos da combustão, que originam a formação de depósitos lamacentos.

6.1.4. LIMITADOR DE PRESSÃO A pressão do óleo depende do regime de rotação do motor 6.3. MUDANÇA DE ÓLEO e da viscosidade do óleo. Quando a pressão sobe demaPelas razões acima indicadas, é absolutamente necessiado, existe o risco de : sário mudar o óleo do motor nos prazos indicados pelo - Deterioração da bomba fabricante. - Ruptura no sistema É importante efectuar a mudança do óleo com o motor à - Projecções excessivas de óleo na zona inferior das temperatura de funcionamento. Assim, o óleo fica menos viscoso e pode fluir mais facilmente, arrastando concamisas provocam um maior consumo de óleo. sigo as impurezas. Assim, tem que se equipar a bomba de óleo com um limitador de pressão. O limitador é constituído por uma Ao mudar o óleo deve-se também mudar o filtro, já que este contém impurezas. O fluxo de óleo e, portanto, a válvula de esfera situada no canal de saída da bomba lubrificação do motor dependem do estado do filtro. Além de óleo. A esfera é mantida na sua sede por uma mola disso, o óleo antigo que permanece no filtro afecta a quaaferida. A pressão máxima do óleo é variável em função lidade do óleo novo. da afinação da mola da válvula. Ao atestar com óleo novo é essencial respeitar o nível correcto de enchimento, já que um enchimento excessivo pode causar: 6.1.5. FILTRO DO ÓLEO O filtro do óleo tem por função reter as impurezas que se - o aparecimento de espumas no óleo encontram em suspensão no óleo e que poderiam dete- - destruir juntas de vedação riorar as peças do motor em funcionamento. Estas impu- danificar o catalizador rezas podem ser as seguintes: - Partículas metálicas provenientes do desgaste das pe- Ao ligar o motor pela primeira vez após a mudança de óleo, o motor só deve ser submetido a carga depois de a ças bomba de óleo ter enchido o filtro e existir a pressão do - Partículas resultantes dos resíduos da combustão óleo necessária. - Produtos resultantes da alteração do óleo


17

6.4. ESPECIFICAÇÃO DOS LUBRIFICANTES Os óleos lubrificantes distinguem-se pelas classes de viscosidade definidas pela SAE (Society of Automotive Engineers). Os óleos são assim diferenciados pelo seu grau de viscosidade em função da temperatura exterior. Existem óleos monograduados, por exemplo: SAE 50 W, e óleos multigraduados(multigrade), por exemplo: SAE 15 W 40. Os óleos multigrade abrangem mais classes de viscosidade e são por essa razão os mais utilizados. Estes óleos conservam um ponto de fluidez óptimo a baixas temperaturas, o que facilita o arranque dos motores e a rápida circulação de óleo em tempo frio e, o mesmo tempo, mantêm a viscosidade necessária a altas temperaturas, assegurando uma lubrificação perfeita e menor consumo. Nota: A identificação da viscosidade não fornece qualquer informação sobre a qualidade do óleo.

- SF: com teste à formação de depósitos lamacentos ligeiramente mais severo e teste de oxidação. Para motores dos anos de fabrico 1980-1988. - SG: com testes à formação de depósitos lamacentos e de oxidação mais severos. Para motores a partir do ano de fabrico 1988. Óleos para motores Diesel (veículos ligeiros) - CC: óleos para motores de aspiração atmosférica. - CD: óleos para motores de aspiração atmosférica e turbo.

6.6. LEGISLAÇÃO SOBRE ÓLEOS USADOS Os óleos usados, devido às propriedades nocivas que apresentam, põem em risco o ambiente e a saúde dos seres vivos. A legislação sobre o fim a dar aos óleos usados prevê multas que vão desde os 100 aos 6000 contos (Decreto - Lei nº 88/91), caso não se cumpram as regras definidas. Assim, é expressamente proibido qualquer depósito ou descarga de óleos usados no solo, cursos de água e rede de esgotos, entre outros. As garagens, estações de serviço e instalações industriais devem ter um registo actualizado sobre as entradas de óleos novos e as saídas de óleos usados, desde que tenham um volume actual de pelo menos 200 litros. Os óleos usados devem ser entregues a empresas de recolha devidamente credenciadas para o efeito.

Fig. 44 - Classes de viscosidade em função da temperatura exterior

6.5. CLASSIFICAÇÃO API O “American Petroleum Institute” (API) desenvolveu, em colaboração com a SAE e a ASTM (American Society for Testing and Materials), um sistema para a classificação dos óleos segundo a sua utilização. A divisão dos óleos segundo a classificação API é feita em duas classes: - Classe C , para motores Diesel. - Classe S, para motores de explosão. A estas classes de especificação do óleo, são adicionadas letras que identificam os diferentes níveis de qualidade (por exemplo: API SG/CD).

7. GENERALIDADES - SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO 7.1. ARREFECIMENTO DO MOTOR A existência dum sistema de refrigeração é fundamental para o bom funcionamento dos motores de combustão interna, pois é necessário manter a temperatura dos componentes do motor em níveis aceitáveis. São dois os tipos de arrefecimento utilizados: - Arrefecimento pelo ar fornecido pelo andamento do veículo ou por turbina. - Arrefecimento por líquido, com ou sem bomba de água. Nos automóveis actuais, o sistema mais utilizado é o arrefecimento por líquido com bomba de água.

Óleos dos motores de explosão

Com o motor frio, o líquido de arrefecimento impulsionado pela bomba movimenta-se apenas dentro do bloco de cilindros. Neste caso, falamos do “circuito de arrefecimento pequeno”.

- SD: utilização em motores de explosão de veículos ligeiros/pesados dos anos de fabrico 1968-1971. Boa protecção contra a corrosão e o desgaste.

Quando o líquido de arrefecimento aquece, o termóstato abre a passagem para o radiador. Neste caso está aberto o chamado “circuito de arrefecimento grande”.

- SE: maior protecção em comparação com os óleos SD. Para motores dos anos de fabrico 1972-1979.

Se a temperatura do líquido de arrefecimento aumentar ainda mais, o interruptor do termóstato liga a ventoinha eléctrica do radiador. Outra hipótese é o ventoinha

18


accionada por meio de correia e regulada por uma embraiagem dependente da temperatura. O depósito de expansão compensa a dilatação do líquido de arrefecimento causada pela temperatura. Desta forma, o nível do líquido é mantido constante no sistema. Para aquecer o ar do habitáculo é utilizado um permutador por onde circula o líquido de refrigeração do motor. Este permutador é comum aos dois circuitos de refrigeração (grande e pequeno).

Fig. 46- Termóstato de fole

Fig. 45 1 2 3 4 5 6

Depósito de expansão Bomba de água Permutador de calor Motor Termostato Radiador

7.2. BOMBA DE ÁGUA As bombas de água utilizadas nos sistemas de refrigeração de circulação forçada de água são sempre do tipo centrífugo, pois são as mais adequadas para obter grandes caudais com pequenas pressões de impulsão.

Nos termóstatos de cápsula de cera, quando aquecem, a cera dilata e obriga a válvula a abrir-se, embora tenha a oposição de uma mola. Para se ter um funcionamento correcto de um termóstato deve montar-se sempre à saída da água do motor. Geralmente estão preparados para começar a abrir a uma temperatura de cerca de 87 ºC e alcan-çarem a máxima abertura a cerca de 92 ºC Estes valores diferem de uns motores para os outros em função das características do circuito de refrigeração.

O seu corpo é geralmente de alumínio e monta-se no bloco do motor. A sua função é de “agitar” a água e aumentar a sua velocidade. É accionada geralmente por correia.

7.3. TERMÓSTATO É o dispositivo empregue para a regulação de temperatura do sistema de refrigeração. A sua função é deixar passar um certo volume de líquido refrigerante e abrir-se a uma determinada temperatura. Fundamentalmente utilizam-se dois tipos, os de fole e os de cápsula. O primeiro é formado por um fole circular de latão que encerra um líquido muito volátil (álcool) que em contacto com a água quente aumenta o seu volume, provocando a expansão do fole que, por sua vez, produz a abertura da válvula.


Fig. 47 - Termóstato de cápsula de cera

7.4. MISTURA ANTI-CONGELANTE No uso de anti-congelante, a concentração total nunca deve ser inferior a 50% por volume, de modo a assegurar que são mantidas as propriedades anti-corrosão do líquido do sistema de arrefecimento. Concentrações de anticongelante superiores a 60% não são recomendadas, na medida em que reduzem a eficiência de arrefecimento. 19

O sistema de arrefecimento deve ser drenado, lavado e enchido novamente com a quantidade correcta de água e anti-congelante todos os dois anos. Após encher o sistema com a mistura anticongelante, cole uma etiqueta num local visível do veículo, indicando o tipo de anti-congelante usado. A protecção do motor está, deste modo, assegurada desde temperaturas de 36º negativos.

8.4. O FILTRO DE COMBUSTÍVEL O tubo de aspiração está instalado a pouca distância do fundo do depósito. É provido de uma malha filtrante para evitar a entrada de sedimentos no circuito de alimentação. Mesmo assim, a maioria dos sistemas têm uma filtragem adicional, que está colocada no circuito de alimentação antes do carburador ou da régua de injectores. Estes filtros devem ser substituídos com alguma frequência.

8. GENERALIDADES - SISTEMA DE COMBUSTÍVEL 8.1. CIRCUITO DE COMBUSTÍVEL O circuito de combustível é formado por: - Depósito de combustível - Circuito de ida - Bomba de combustível - Filtro de combustível - Cuba do carburador ou régua de injectores - Circuito de retorno

8.2. O DEPÓSITO

9. TIPOS DE MOTORES 9.1. DIVISÃO DOS MOTORES SEGUNDO GRUPOS Os motores de combustão interna podem ser divididos em vários grupos, segundo os seguintes critérios: - Disposição dos cilindros - Ciclo de funcionamento - Tipo de ignição - Formação da mistura - Tipo de arrefecimento - Tipo de movimento

- Tipo de accionamento das válvulas O depósito de combustível é constituído geralmente por - Tipo de enchimento do cilindro duas metades de forma côncava em chapa de aço soldadas entre si e que formam um recipiente capaz de conter - Tipo de combustível um um volume de combustível que permita uma autonomia de cerca de 500 km. Também se fabricam em plástico. O depósito contém divisórias interiores furadas para evitar o ruído e limitar os movimentos do líquido. É indispensável prever um volume livre de expansão para evitar a fuga de combustível para o exterior quando o líquido se dilata por aumento de temperatura. Os tampões destes depósitos podem ser ventilados ou não, existindo nestes últimos um sistema de desgaseificação instalado no depósito. A sua colocação é primordial para a segurança das viaturas em caso de choque. Têm de estar colocados de forma a não receberem impactos, devido a deformações da carroçaria, em caso de acidente.

8.3. A BOMBA Para elevar o combustível desde o depósito até ao carburador ou à régua de injectores, utiliza-se a bomba de alimenta-ção que pode ser do tipo mecânico ou eléctrico.

Fig. 48 - Divisão dos motores segundo a disposição dos cilindros 1 Motor em linha 2 Motor em V 3 Motor de cilindros opostos 4 Motor radial ou em estrela

Divisão dos motores segundo o ciclo de funcionamento

A pressão de gasolina fornecida pela bomba deve ser - Motor de quatro tempos suficiente para assegurar a alimentação do motor em - Motor de dois tempos todos os regimes. Divisão dos motores segundo o tipo de ignição - Motor de explosão com ignição por faísca 20


- Motor Diesel com ignição espontânea Divisão dos motores segundo a formação da mistura

Em motores com dois bancos de cilindros (motores em V) a numeração é iniciada à esquerda.

- Motor de carburador - Motor de injecção Divisão dos motores segundo o tipo de arrefecimento - Motores arrefecidos a água - Motores arrefecidos a ar Divisão dos motores segundo o tipo de movimento - Motores com pistão de movimento alternado - Motores com pistão rotativo (Wankel) - Motores de turbina - Motores a jacto. Divisão dos motores segundo o tipo de accionamento das válvulas - Motor com veio(s) de excêntricos à cabeça - Motor com veio de excêntricos lateral Divisão dos motores segundo o tipo de enchimento do cilindro - Motor de aspiração atmosférica - Motor sobrealimentado Divisão dos motores segundo o tipo de combustível - Motor a gasolina

9.3. SENTIDO DE ROTAÇÃO DO MOTOR O sentido de rotação do motor determina-se a partir do lado oposto ao da entrega de força. Se o sentido for o dos ponteiros do relógio, é um motor com rotação para a direita, se for com o sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, é um motor com rotação para a esquerda. Na figura da página anterior podemos ver dois motores com rotação para a direita que são, de resto, os mais comuns.

10. MOTOR A GASOLINA 10.1. COMBUSTÍVEL O combustível utilizado nos motores de explosão (gasolina) é constituído quase exclusivamente por hidrocarbonetos. Devido aos diferentes graus do petróleo em bruto utilizado e dos aditivos sintéticos, contém também enxofre, chumbo ou outros compostos em pequenas percentagens. É muito volátil e evapora-se a temperaturas ambientes normais. O ponto de ebulição da gasolina inicia-se aos 25 ºC Podem formar-se gases explosivos. Desde a introdução do conversor catalítico nos veículos, comercializam-se os seguintes tipos de gasolina, na maioria dos países europeus.

- Motor Diesel - Motor a gás

10.2. ÍNDICE DE OCTANO

- Motor de combustíveis múltiplos

O (I.O.) é uma comparação entre a capacidade antidetonante da substância octano (hidrocarboneto com alto poder anti-detonante, I.O. = 100) e a própria gasolina.

9.2. NUMERAÇÃO DOS CILINDROS

O índice de octano indica a capacidade anti-detonante do combustível. Quanto maior for o valor deste índice, maior é a capacidade do combustível resistir à detonação, logo maior poderá ser a taxa de compressão do motor. Conseguindo-se uma taxa de compressão mais elevada melhora-se o rendimento térmico do motor, isto é, assegura-se uma melhor utilização da energia durante o processo de combustão.

Os cilindros dos motores são numerados do seguinte modo: O primeiro cilindro situa-se, por definição, do lado oposto ao da entrega de força, na parte dianteira do motor. Os cilindros são numerados a partir daí até ao lado da entrega de força.

Note-se que o valor máximo da taxa de compressão está limitado pela capacidade de resistir à detonação do combustível. Nos motores não sobrealimentados mais recentes, a taxa de compressão ronda os valores de 10:1 a 12:1. Nos motores sobrealimentados, a taxa de compressão tem de ser inferior à utilizada para os motores de aspiração, de modo a evitar sobrepressões muito elevadas. Fig. 49 - Numeração dos cilindros e sentido de rotação do motor

Até há bem pouco tempo, o chumbo era utilizado, na grande maioria das gasolinas,

A Motor de cilindros em linha B Motor de cilindros em V C Lado de entrega de força

para lubrificar alguns órgãos do motor (válvulas e sedes) e para aumentar a capacidade anti-detonante do com-


21

Fig. 47 - Portaria nº 125/89 (DR 41 I Série)

bustível. Nas gasolinas sem chumbo, este foi substituído, em larga escala, por outros aditivos.

·

10.3. A MISTURA AR/COMBUSTÍVEL

No arranque

A formação da mistura começa com a adição de combustível ao ar que é aspirado pelo motor.

A mistura deve ser extremamente rica quando o motor está frio, uma vez que parte do combustível condensa nas paredes frias do colector de admissão e nos cilindros.

O combustível, composto por elementos de hidrogénio (H) e carbono (C) deve ser misturado a uma determinada proporção com ar, composto por oxigénio (O) e azoto (N), por forma a se obter uma mistura capaz de ser inflamada. No caso de motores de ignição, a relação combustível/ar necessária para uma combustão completa é de 1 para 14,7 tem o nome de relação estequiométrica. Isto significa que 1 parte em peso de combustível se deve misturar com 14,7 partes em peso de ar. Em volume, isto corresponde a 1 litro de combustível para 10 000 litros de ar, aproximadamente.

Mínimo de emissões poluentes

Em certas situações é necessário o enriquecimento da mistura:

Em progressão A mistura deve ser enriquecida para que se obtenha uma transição suave do ralenti para uma velocidade baixa. Em aceleração Quando a borboleta do acelerador abre rapidamente, o combustível não consegue acompanhar a aceleração do fluxo de ar (devido ao seu peso mais elevado) e parte dele não chega a entrar no cilindro. A mistura deve ser enriquecida nesta fase para evitar qualquer hesitação do motor.

A esta relação estequiométrica de ar/combustível, o factor Nos motores com carburador, o enriquecimento é feito de ar l (lambda) = quantidade de ar fornecida/quantidade através da bomba de aceleração e nos motores de de ar teoricamente necessária = 1/1=1 injecção, a gestão do motor detecta esta situação, proMistura pobre (λ > 1) contém mais ar. longando o tempo de injecção. Mistura rica (λ < 1) contém menos ar.

A meia carga

No caso de haver um défice de ar, o combustível não é completamente aproveitado, aumentando o consumo e o nível de poluentes no escape.

É desejável, a meia carga do motor, uma mistura pobre combinada com um consumo baixo e níveis de emissões poluentes igualmente baixos.

No caso de haver um excesso de ar, o rendimento dimi- Á potência máxima nui e a temperatura do motor aumenta. Á potência máxima do motor, o arrefecimento adicional Fundamentalmente, a mistura deve sempre encontrar-se da câmara de combustão é obtido por meio de um auentre 0,75 < l <1,25. mento na proporção de combustível, evitando-se o sobreaquecimento do motor. Para além disto, asseguraA mistura dificilmente será inflamada se o valor lambda se a quantidade de combustível necessária para que se ultrapassar 1,25. obtenha a energia máxima.

10.3.1. ENRIQUECIMENTO DA MISTURA É necessário adaptar a relação ar/combustível a todas as condições de funcionamento do motor, de modo a que em qualquer situação se possa obter:Rendimento elevado

10.4. TIPOS DE ALIMENTAÇÃO Os motores a gasolina podem ter dois tipos de alimentação: - com carburador

·

Boa capacidade de resposta do motor

- com injecção.

·

Boa eficiência

A carburação tem como objectivo pulverizar a gasolina e misturá-la com o ar numa proporção adequada de modo

22


que se obtenha uma boa combustão no cilindro. Esta operação realiza-se no carburador ao qual se faz chegar a gasolina proveniente do depósito e ali se mistura com o ar aspirado pelo motor. Na injecção a gasolina o combustível é injectado no colector de admissão justamente antes das válvulas de admissão, por meio de um sistema de injecção autónomo controlado, hidromecanicamente ou mediante uma gestão electrónica. Através dos colectores de admissão circula somente ar. Os sistemas de injecção a gasolina actuais resolvem todas as restrições impostas pelos governos quanto a poluição atmosférica nos automóveis.

10.5. SISTEMA DE IGNIÇÃO Para inflamar a mistura ar/combustível, os motores a gasolina fazem uso de sistemas de ignição como o da figura abaixo, sistema tradicional, ou outros mais evoluídos, já sem distribuidor, usados nas viaturas actuais. A estes novos sistemas chamamos-lhes Integrados, pois geram em conjunto a ignição e a injecção através de um módulo electrónico, ECU.

encontra no PMI antes da compressão (cilindrada Vh + câmara de combustão Vc), com o volume acima do pistão quando este se encontra no PMS no fim da compressão (câmara de combustão Vc), obtém-se uma relação, a qual se designa por taxa de compressão (ε). Taxa de compressão (ε)=

V h

+

V c

V c

A taxa de compressão não tem unidades, pois resulta da divisão de duas grandezas com as mesmas unidades. Pode-se calcular um dos volumes a partir do outro e do valor da relação. Nos motores de explosão a quatro 4 tempos a gasolina são comuns valores de taxa de compressão entre 7 e 12. Se a taxa de compressão aumentar, o rendimento e a potência do motor aumen-tam também. A energia do combustível é aproveitada de uma forma mais eficiente, embora tenha que se fornecer maior quantidade de trabalho para a compressão. O aumento de potência deve-se aos seguintes factores: - Temperatura de compressão mais elevada, com uma correspondente melhoria da gaseificação - Melhor saída dos gases de escape das câmaras de compressão Como a temperatura de compressão aumenta com a taxa de compressão, a mistura pode auto inflamar-se antes que se dê a ignição através da faísca da vela. Assim, existe um limite para a taxa de compressão que varia conforme o grau de resistência do combustível à detonação.

Fig. 50 1 2 3 3a 3b 4 5 6 7 8 9 10 11

Bateria Interruptor de ignição Bobina de ignição Enrolamento primário Enrolamento secundário Distribuidor Velas Excêntrico Platinados Condensador Conjunto do avanço de vácuo Rotor Veio de excêntricos

10.6. TAXA DE COMPRESSÃO Quando o pistão se desloca do PMI para o PMS durante o tempo de compressão, a mistura ar/combustível que se encontra no cilindro é comprimida para um volume 7 a 12 vezes menor que o original. Comparando o volume acima do pistão quando este se


Fig. 51 - Taxa de compressão - motor a gasolina 1 2 3 4 5

Ponto morto superior (PMS) Câmara de compressão (Vc) Elevação (s) Cilindrada (Vh) Ponto morto inferior (PMI)

23

11. MOTORES DIESEL 11.1. COMBUSTÍVEL O combustível dos motores Diesel, o gasóleo, é constituído, tal como a gasolina, quase exclusivamente por hidrocarbonetos. Contém, adicionalmente, pequenas percentagens de enxofre e acrílatos, dependendo dos diferentes tipos do petróleo bruto (“crude”) e dos aditivos sintéticos aplicados. O gasóleo é muito pouco volátil. Não se verifica, praticamente, evaporação a temperaturas ambientes exteriores normais pelo que não se formam gases explosivos.

com que a mistura se auto-inflame. A expansão resultante dos gases inflamados desloca o pistão em direcção ao PMI, fazendo rodar a cambota. Escape: Neste curso, ao deslocar-se para cima, o pistão empurra os gases queimados para fora do cilindro, ao mesmo tempo que se prepara já o curso de admissão do ciclo seguinte (idêntico ao do motor a gasolina).

11.3. TIPOS DE INJECÇÃO DIESEL Os motores Diesel dividem-se em dois grandes grupos: injecção directa e indirecta.

Dentro de uma certa medida, os componentes sulfurosos presentes no gasóleo, desempenham uma função lubrificante da bomba injectora, no entanto, dão também origem a um aumento das emissões poluentes. Como o gasóleo começa a cristalizar (formando parafina) a temperaturas inferiores a ºC, juntam-se vários aditivos, para atrasar este processo. Utilizam-se para este efeito, normalmente, a gasolina normal ou o petróleo. Estes aditivos, no entanto, reduzem a potência do motor. Durante algum tempo, as companhias petrolíferas de vários países, oferecem o que se chama Gasóleo de Inverno, contendo aditivos mas pouco afectando a potência do motor.

11.1.1. ÍNDICE DE CETANO O índice de cetano indica a facilidade de auto-inflamação do gasóleo. Quanto mais elevado for este valor, mais facilidade o gasóleo tem de se auto-inflamar. Uma boa auto-inflamação do combustível melhora a performance da queima de um motor Diesel, diminuindo o ruído provocado pela combustão e o esforço sobre os órgãos mecânicos do motor. Este índice compara a facilidade de auto-inflamação do cetano (hidrocarboneto com boa capacidade de autoinflamação; índice de cetano = 100) com a do próprio gasóleo.

11.2. FORMAÇÃO DA MISTURA Para uma melhor compreensão do ciclo diesel, vamos analisar pormenorizadamente cada um dos seus quatro tempos:

Fig. 52 - Tipos de câmaras de combustão A Injecção indirecta (câmara de turbulência) B Injecção directa

Admissão: O motor só aspira ar. Compressão: Quando o pistão sobe, o ar é comprimido 11.3.1. INJECÇÃO INDIRECTA até uma pressão próxima dos 35 bar, o que faz aumentar Neste tipo de motor, o ar que é aspirado para o cilindro a sua temperatura para valores altíssimos. no tempo de admissão é forçado no tempo de compresInflamação: Num ponto pré-determinado, durante o cursão a passar por uma abertura muito estreita para uma so da compressão, é injectada para dentro do cilindro pequena câmara (câmara de turbulência) existente na uma quantidade rigorosamente calibrada de combustível cabeça do motor. O objectivo da câmara de turbulência é atomizado. O ar mistura-se com o combustível atomizado imprimir ao ar um movimento turbilhonar antes da injecção e a temperatura que se regista no interior do cilindro faz de combustível. Criam-se assim as condições ideais para 24


uma perfeita mistura ar/combustível e uma combustão óptima da mistura quando o gasóleo é injectado na câmara de turbulência. Este tipo de motor é dotado de velas de incandescência que facilitam o arranque a frio. Os injectores utilizados abrem com pressões da ordem dos 110 a 135 bar. Esta pré-injecção produz uma combustão menos ruidosa e violenta do que o sistema de injecção directa que vamos estudar a seguir.

forma mais violenta do que nos motores de injecção indirecta. Este inconveniente é no entanto compensado por um consumo de combustível cerca de 20% mais baixo.

11.3.2. INJECÇÃO DIRECTA Neste tipo de motor, as passagens de entrada de ar e uma câmara aberta na coroa de cada pistão, foram concebidas de forma a provocar uma forte turbulência do ar durante o tempo de admissão. No tempo de compressão, o ar é comprimido na câmara do pistão e o gasóleo é injectado directamente nesta câmara. A concepção deste motor permite-lhe arrancar a frio sem a utilização de velas de incandescência, mas alguns fabricantes utilizam-nas para facilitar os arranques a frio e a combustão, enquanto o motor não atinge a temperatura ideal de funcionamento. Neste tipo de motores as pressões de injecção chegam a atingir os 1000 bar. Devido a este facto, a combustão processa-se num intervalo de tempo mais curto e, consequentemente, de

Fig. 53 - Injecção indirecta A B C 1 2 3

Pistão em compressão Fluxo de ar para a câmara de turbulência Turbilhão de ar Câmara de turbulência Canal de combustão Bico do injector

Fig. 51 - Tabela comparativa entre injecção Indirecta e Directa


25

Os motores Diesel de injecção directa usam injectores com bicos de furos múltiplos distribuídos em relação à câmara de combustão. Estes injectores disparam com uma pressão de cerca de 280 bar, podendo atingir em motores industriais e marítimos pressões acima de 1000 bar. No entanto, a pressão gerada na bomba sobe a um valor muito mais elevado.

Fig. 54 - Motor de injecção directa A C 1 2 3 4

Câmara de combustão Câmara de combustão Câmara na cabeça do pistão Zona côncava Anel de turbulência Injector

11.4. INJECTORES DIESEL São utilizados injectores diferentes, conforme o motor é de injecção indirecta ou directa. Os injectores são afinados para a bomba injectora com que trabalham e não se podem trocar (diferentes pressões de injecção). Normalmente, os motores de injecção indirecta estão equipados com injectores de bico de furo único, que produzem um jacto de formato cónico. Deste modo, o gasóleo é inicialmente pré-injectado num pequeno jacto, que em seguida muda para um jacto forte à medida que a agulha sobe, produzindo uma combustão menos violenta.

Fig. 56 - Injector com bico de furo único A. Pré-injecção, quando a agulha começa a subir B. Injecção, com a agulha completamente levantada

11.5. BOMBA INJECTORA A bomba deve injectar o gasóleo a uma pressão muito elevada, mas numa quantidade reduzida e muito doseada (para queimar 1 g de gasóleo são necessários cerca de 32 g, ou seja 25 litros de ar, o que corresponde a 0,04 g de gasóleo para 1 litro de ar). O princípio da injecção baseia-se na deslocação de um pistão situado no interior de um cilindro de grande precisão, sendo o deslocamento provocado pela rotação de um excêntrico. A função essencial do pistão é a de elevar a pressão do combustível de cerca de 8 bar, até um valor compreendido entre 130 e 200 bar , embora em alguns casos possa atingir pressões da ordem dos 1000 bar.

11.6. TAXA DE COMPRESSÃO Como só se comprime ar, a taxa compressão é muito mais elevada que num motor a gasolina, pois não existe o perigo de detonação antes do início da combustão. Fig. 55 - Injector com bicos de furos múltiplos 26

Este é um dos factores que determinam um melhor rendimento do motor Diesel, pois uma taxa de compressão


elevada proporciona um melhor aproveitamento da energia disponível durante o processo de combustão.

tem também outros cuja origem não provém do petróleo cru, sendo elaborados em países onde este não existe ou há dificuldade em retirá-lo do subsolo.

A taxa de compressão, nos motores Diesel, pode atingir valores que variam entre 14:1 e 23:1. Alguns deste combustíveis são: Com uma taxa de compressão de cerca de 22:1, formam-se pressões da ordem dos 30/35 bar e a temperatura do ar sobe até 500-800 ºC O volume do ar no fim da compressão será 22 vezes inferior ao volume total do cilindro.

- Gasolina sintética, variedade composta a partir da hidrogenação do carvão fóssil com um elemento catalizador. - Etanol, é álcool etílico puro que se obtém de substâncias como batatas ou cereais, mediante fermentação e destilação posterior. - Metanol, é álcool metílico puro que se obtém por processos de catálise a altas pressões, partindo do óxido de carbono e do hidrogénio. Este combustível é pobre em calorias e costuma-se misturar com o etanol em proporções de 2 para 1. - Gases líquidos, são misturas de gases como o butano, metano e propano, que se obtém dos gases naturais nos processos de hidrogenação dos hidrocarbonetos (petróleo bruto). O gás mais utilizado é o GPL (Gás liquefeito do petróleo).

13. COMPARAÇÃO GASOLINA/DIESEL Fig. 57 - Taxa de compressão - motor Diesel

13.1. DIFERENÇAS ENTRE MOTORES A GASOLINA E DIESEL

1. Volume do cilindro no PMI 2. Volume comprimido no PMS

12. TIPOS DE COMBUSTÍVEIS Nos motores de combustão interna, os combustíveis universalmente usados são a gasolina e o gasóleo, ambos obtidos da destilação do petróleo bruto. Para além dos combustíveis obtidos por destilação, exis-

Fig. 57 - Diferenças entre motores a gasolina e Diesel


27

14. COMBUSTÃO 14.1. COMBUSTÃO Para um baixo consumo de combustível e, deste modo, para um rendimento elevado, são favoráveis tempos de combustão curtos, ou seja, velocidades de combustão elevadas.

Fig. 59 - Concentrações poluentes a diferentes teores de misturas

Fig. 58 - Representação esquemática do processo de combustão N 2 O2 HC 1 2 3 4 CO 2 CO HC H 2 O O 2 NO X

Ar (azoto + oxigénio) Combustível (hidrogénio + carbono) Carburador Combustão Energia térmica Energia mecânica Dióxido de carbono Monóxido de carbono Hidrocarbonetos Água Oxigénio Óxidos de azoto

Nota: A composição do ar é de cerca de 20% de oxigénio (O2) e cerca de 80% de azoto (N2)

CO HC NO

Monóxido de carbono Hidrocarbonetos Monóxido de azoto

Nota: O valor λ = 1 corresponde à relação ideal que iremos estudar no módulo de gestão de motores.

14.3. COMBUSTÃO DIESEL A maior diferença entre os motores Diesel e a gasolina é o seu processo de combustão. O motor Diesel só admite ar atmosférico para dentro do cilindro. Durante o curso de compressão, a temperatura do ar admitido torna-se suficientemente elevada para inflamar o gasóleo injectado através do injector.

O motor Diesel baseia-se no princípio da auto-ignição e só pode funcionar com um sistema de injecção de 14.2. PRODUTOS DA COMBUSTÃO combustível. A formação da mistura dá-se durante as A composição das emissões de escape é um indicador fases de compressão e combustão. No fim do tempo da do tipo de mistura. A legislação é cada vez mais exigente compressão, é injectado combustível na câmara de e a composição da mistura deve ser ajustada por forma a combustão, onde se atomiza, se mistura com o ar quente, facilitar a condução do veículo e a proporcionar consumos vaporiza e arde. A qualidade deste processo de combustão e emissões de gases poluentes o mais baixos possível. depende da formação da mistura e do aquecimento do combustível pelo ar da câmara. O nível de monóxido de carbono (CO) nos gases de escape indica se a mistura é rica ou pobre. Como a O motor Diesel trabalha sempre com uma mistura pobre, medição da percen-tagem de monóxido de carbono é pois não é possível a queima à relação estequiométrica. relativamente simples, utiliza-se o nível de CO dos gases No entanto, devido ao facto de a vaporização do de escape como valor de medição para afinação da combustível no interior do cilindro não permitir uma distribuição uniforme do combustível por toda a câmara mistura. de combustão, há zonas em que a relação ar/combustível O valor correcto para o nível de CO de cada veículo é maior e outras em que é menor que a estequiométrica. encontra-se no respectivo manual de oficina. Nas zonas em que a mistura é pobre (relação maior que a estequiométrica) não há problemas que afectem a combustão, mas nas zonas ricas (relação menor que a estequiométrica) o combustível não vai encontrar todas 28


as moléculas de ar que são necessárias para haver uma combustão completa. Normalmente, utiliza-se um excesso de ar de 20% ou mais. Na figura, demos o valor 1 à relação da mistura estequiométrica, sendo 1,2 a relação realmente usada nos motores diesel. Abaixo desse valor, a combustão não é completa originando a saída de fumos negros pelo escape.

Fig. 61 - Sem controlo anti-poluição Fig. 60 - Relação Ar/combustível nos motores diesel A Relação ar/combustível B Zona de combustão incompleta (fumo negro) n Velocidade do motor em rpm

Para eliminar este inconveniente, utiliza-se sempre uma relação ar/combustível maior que a estequiométrica, ou seja, com excesso de ar. Assim, garante-se a queima de todo (ou quase todo) o combustível injectado.

14.4. EMISSÕES POLUENTES As emissões poluentes provenientes dos motores de combustão interna são substâncias gasosas que se libertam para a atmosfera através do sistema de escape e através dos diferentes sistemas de ventilação. Mesmo em baixas concentrações estas substâncias são prejudiciais ao bem estar das pessoas, animais e plantas. Se as concentrações forem elevadas, poderão causar danos permanentes à saúde. A concepção de um bom motor caracteriza-se, deste modo, por uma produção baixa de poluentes. Para além disso, é necessária uma manutenção regular na oficina, de maneira a garantir que os níveis de emissão de gases poluentes se mantêm baixos durante toda a vida útil do veículo. Comparando os motores a gasolina e Diesel em níveis de emissões poluentes, podemos afirmar que estes últimos são menos prejudiciais ao meio ambiente.


Fig. 62 - Com controlo anti-poluição

29

MANUAL_DESCRIÇÃO MECANICA DOS MOTORES

Recommend Documents