MANUAL_DESCRIÇÃO MECANICA DOS MOTORES

DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR

ÍNDICE

ÍNDICE

DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR

1. DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR 11.1. CABEÇA DO MOTOR 11.2. CÂMARA DE COMBUSTÃO 11.3. VEIO DE EXCÊNTRICOS 21.4. ACCIONAMENTO DAS VÁLVULAS 21.5. TOUCHES 21.6. MOLAS 31.7. VÁLVULAS 31.8. JUNTA DA CABEÇA DO MOTOR 41.9. PARAFUSOS DA CABEÇA DO MOTOR 41.10. BLOCO E CILINDROS 4

1.10.1. CILINDRO COM CAMISAS HÚMIDAS 51.10.2. CILINDRO COM CAMISAS SECAS 5

1.11. PISTÕES 51.11.1. COMPONENTES DO PISTÃO 61.11.2. FORÇAS A QUE O PISTÃO ESTÁ SUBMETIDO 61.11.3. CARGA TÉRMICA SOBRE O PISTÃO 61.11.4. CONSTRUÇÃO DOS PISTÕES 71.11.5. SEGMENTOS DO PISTÃO 7

1.12. BIELAS 71.13. CAMBOTA 7

1.13.1. APOIO DA CAMBOTA 81.14. VOLANTE DO MOTOR E AMORTECEDOR DE VIBRAÇÕES 91.15. CÁRTER 9

2. O CICLO A 4 TEMPOS 92.1. O CICLO 9

2.1.1. OS 4 TEMPOS 92.1.2. RELAÇÃO DE VELOCIDADE CAMBOTA/ÁRVORE DE CAMES 10

2.2. DISTRIBUIÇÃO 102.3. ACCIONAMENTO DO VEIO DE EXCÊNTRICOS 11

2.3.1 ACCIONAMENTO POR CARRETOS 112.3.2. ACCIONAMENTO POR CORRENTE 112.3.3. ACCIONAMENTO POR CORREIA DENTADA 12

2.4. CONSTRUÇÃO DUM DIAGRAMA DE DISTRIBUIÇÃO 123. CICLOS DE FUNCIONAMENTO 13

3.1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMENTO 133.1.1. DIAGRAMA TEÓRICO 133.1.2. DIAGRAMA PRÁCTICO 133.1.3. DIAGRAMA TEÓRICO E PRÁCTICO 13

4. GENERALIDADES - SISTEMA DE ADMISSÃO 144.1. COLECTOR 144.2. O FILTRO DE AR 144.3. RESSOADORES 14

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5. GENERALIDADES - SISTEMA DE ESCAPE 155.1. COLECTOR E PANELA DE ESCAPE 155.2. CATALISADOR 155.3. JUNTAS FLEXÍVEIS 15

6. GENERALIDADES - SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO 156.1. LUBRIFICAÇÃO DO MOTOR 15

6.1.1. CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO 166.1.2. LUBRIFICAÇÃO SOB PRESSÃO 166.1.3. BOMBA DE ÓLEO 166.1.4. LIMITADOR DE PRESSÃO 176.1.5. FILTRO DE ÓLEO 17

6.2. CARGAS A QUE O ÓLEO É SUBMETIDO 176.3. MUDANÇA DE ÓLEO 176.4. ESPECIFICAÇÕES DOS LUBRIFICANTES 186.5. CLASSIFICAÇÃO A.P.I. 186.6. LEGISLAÇÃO SOBRE ÓLEOS USADOS 18

7. GENERALIDADES - SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO 187.1. ARREFECIMENTO DO MOTOR 187.2. BOMBA DE ÁGUA 197.3. TERMÓSTATO 197.4. MISTURA ANTI-CONGELANTE 19

8. GENERALIDADES - SISTEMA DE COMBUSTÍVEL 208.1. CIRCUITO DE COMBUSTÍVEL 208.2. O DEPÓSITO 208.3. A BOMBA 208.4. O FILTRO DE COMBUSTÍVEL 20

9. TIPOS DE MOTORES 209.1. DIVISÃO DOS MOTORES SEGUNDO GRUPOS 209.2. NUMERAÇÃO DOS CILINDROS 219.3. SENTIDO DE ROTAÇÃO DO MOTOR 21

10. MOTOR A GASOLINA 2110.1. COMBUSTÍVEL 2110.2. ÍNDICER DE OCTANO 2110.3. A MISTURA AR/COMBUSTÍVEL 22

10.3.1. ENRIQUECIMENTO DA MISTURA 2210.4. TIPOS DE ALIMENTAÇÃO 2210.5. SISTEMA DE IGNIÇÃO 2310.6. TAXA DE COMPRESSÃO 23

11. MOTOR DIESEL 2411.1. COMBUSTÍVEL 24

11.1.1. ÍNDICE DE CETANO 2411.2. FORMAÇÃO DA MISTURA 2411.3. TIPOS DE INJECÇÃO DIESEL 24

11.3.1. INJECÇÃO INDIRECTA 2411.3.2. INJECÇÃO DIRECTA 25

11.4. INJECTORES DIESEL 2611.5. BOMBA INJECTORA 26

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11.6. TAXA DE COMPRESSÃO 2612. TIPOS DE COMBUSTÍVEIS 2713. COMPARAÇÃO GASOLINA/DIESEL 27

13.1. DIFERENÇA ENTRE MOTORES A GASOLINA E DIESEL 2714. COMBUSTÃO 28

14.1. COMBUSTÃO 2814.2. PRODUTOS DA COMBUSTÃO 2814.3. COMBUSTÃO DIESEL 2814.4. EMISSÕES POLUENTES 2914.5. GASES LIQUEFEITOS E SUA COMBUSTÃO 3014.6. CATALISADORES 30

14.6.1. TIPOS DE CATALISADORES 30THTRHFGHFDGHFGHFGHFHHGFHSFHDFHFHHSHDFJGGFJFGJFJFGJFJFGJGJFJDJGHJGHJHGJFGHFFFFFFHHJJJHHJFDGJFDJG

JJFGJDFJJFGDFJDFJD

HFGDJDHJHHHHHHHHJDFKGGHJ

1DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR

1. DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR

A figura mostra os principais componentes de um motorde explosão a quatro tempos com dois veios deexcêntricos 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 aosistema de distribuição: os veios de excêntricos, astouches e as válvulas. No topo da cabeça encontra-se atampa das válvulas.

No bloco de cilindros temos os pistões, as bielas e acambota.

O cárter fecha o motor pelo lado inferior. No cárter situam-se alguns componentes do sistema de lubrificação.

1.1. CABEÇA DO MOTOR

A cabeça do motor cobre o bloco dos cilindros. Na cabeçado motor encontram-se as velas de ignição, os pórticosde admissão e escape, bem como as válvulas e algunsdos componentes do mecanismo de distribuição.

Devido aos gases resultantes da combustão, a cabeçado motor é submetida a um calor intenso. As cabeçassão fabricadas em ferro fundido ou em liga de alumínio.

Dependendo do tipo de arrefecimento do motor (a ar ouágua), as cabeças estão equipadas com alhetas paraaumentar a superfície de contacto com o ar ou com canaispara a circulação da água.

1.2. CÂMARA DE COMBUSTÃO

O formato desta câmara influencia consideravelmente acombustão. Uma boa câmara deve ser concebida de formaa permitir um rápido e completo enchimento com gasesfrescos, fazendo com que esses gases tenham o máximode turbulência possível.

A câmara de combustão deve ter uma configuraçãocompacta para que o tempo da combustão seja curto eos gases de escape possam ser expelidos rapidamente.Actualmente são mais utilizadas as câmaras decombustão hemisféricas e triangulares.

O tamanho da câmara de combustão é também factordeterminante no valor da taxa de compressão.

Através da montagem de duas válvulas de admissão ede duas válvulas de escape, são obtidas maiores secçõesde admissão e de escape, o que favorece a saída dosgases de escape e o enchimento com uma nova mistura.

Fig. 1

1 Veio de excêntricos das válvulas de admissão2 Vela de ignição3 Tampa das válvulas4 Veio de excêntricos das válvulas de escape5 Cabeça do motor6 Válvula de escape 12 Cárter7 Conduta de escape 13 Cambota8 Pistão 14 Mola da válvula9 Biela 15 Válvula de admissão10 Bloco de cilindros 16 Conduta de admissão11 Tubo de aspiração do óleo 17 Touche

Fig. 2 - Cabeça dum motor de 4 válvulas por cilindro arrefecidoa água

1 Válvulas de admissão2 Válvulas de escape3 canais de arrefecimento

2 DESCRIÇÃO MECÂNICA DO MOTOR

Fig. 3 - Câmara de compressão triangular

1.3. VEIO DE EXCÊNTRICOS

O veio de excêntricos acciona as válvulas. O seuaccionamento é comandado pela cambota rodando commetade da sua velocidade de rotação, ou seja, o veio deexcênticos dá uma volta por cada duas voltas dacambota.

O accionamento do veio de excêntricos é feito através decarretos de transmissão, correntes ou correias dentadas.

Os motores com duas válvulas por cilindro necessitamnormalmente de apenas um veio de excêntricos por linhade cilindros. Nos motores com maior número de válvulas,ou outros motores com válvulas dispostas em dois planose accionadas pelas touches, são necessários dois veiosde excêntricos por cada linha de cilindros.

Os veios de excêntricos são fabricados em aço forjadoou em fundição maleável negra ou ainda em fundição degrafite esferoidal.

Fig. 4 - Veio de excêntricos

1.4. ACCIONAMENTO DAS VÁLVULAS

Dependendo do tipo de construção do motor, existemvárias maneiras de fazer o accionamento das válvulas:

- Martelos

- Accionamento directo por touches.

Fig. 5

A Martelo accionado por hasteB Accionamento directo através das touchesC Martelo accionado directamente pelo excêntrico1 Vareta da touche2 Touche3 Veio de excêntricos

É normal, nos motores em V mais antigos e nos motorescom válvulas à cabeça, a construção com martelos ehastes das touches. O grande número de componentesmóveis faz com que esta construção não seja apropriadapara rotações elevadas.

Fig. 6

1 Touche2 Veio de excêntricos3 Guia da touche4 Calço de ajuste

Um veio de excêntricos à cabeça com touches temmenos componentes móveis, podendo por isso trabalharsem problemas a altas rotações.

Além disso, este tipo de construção ocupa menos espaçoe tem vindo a ser cada vez mais utilizado, sobretudo nosmotores multiválvulas.

1.5. TOUCHES

As touches dividem-se em dois grupos, as mecânicas eas hidráulicas.

A função principal das touches é transmitir às hastesdas válvulas o impulso dos excêntricos.

Conforme o tipo de construção do motor, o impulso édirectamente transmitido às válvulas por meio de martelosou por touches e balancins.

Outra função das touches é proteger as hastes dasválvulas das potentes forças laterais. Isso é conseguidouma vez que as touches são guiadas em cavidades nacabeça do motor, passando a transmitir às válvulasapenas esforços longitudinais.


Touches mecânicas

As touches mecânicas servem apenas para transmitir omovimento entre o excêntrico e a válvula. Conforme otipo de construção do motor, também outros componentespodem contribuir para a transmissão do movimento.

As touches podem ser usadas na afinação da folga dasválvulas. Através da substituição de calços de ajuste deespessuras diferentes é alterada a folga entre o veio deexcêntricos e a touche.

Touches hidráulicas

As touches hidráulicas, além do seu funcionamentonormal, executam automaticamente a afinação da folgadas válvulas.

A dilatação (causada pelo calor) e o desgaste causamgrandes alterações, que são compensadas pelas toucheshidráulicas. Por esta razão não é necessário afinar a folgadas válvulas usando este tipo de touche.

Fig. 7

1 Veio de excêntricos2 Touche hidráulica3 Haste da válvula

Funcionamento das touches hidráulicas

A câmara das touches das válvulas está ligada ao circui-to de lubrificação do motor através de canais (orifícios)para a passagem do óleo.

Quando a ponta do excêntrico sai da touche da válvula, acavilha de pressão é aliviada e empurrada para cima pelamola de compressão. As touches encontram-se portanto,sempre encostadas aos excêntricos.

Com o movimento ascendente da cavilha de pressão écriado um vácuo na câmara de accionamento. Desta formaabre-se a válvula esférica. O óleo pode então passar dodepósito para a câmara de accionamento.

Quando o excêntrico pressiona a touche para baixo,também a cavilha de pressão é carregada e a válvulaesférica fecha.

O óleo existente na câmara de accionamento éincompressível. Desta forma, a touche sob carga funcionacomo união rígida e faz abrir a válvula.

Fig. 8

1 Depósito2 Cavilha de pressão3 Touche da válvula4 Câmara de accionamento5 Câmara da touche da válvula6 Válvula esférica7 Mola de compressão8 Manga-guia9 Vedante10 Alimentação de óleo

1.6. MOLAS

Qualquer que seja o comando das válvulas, o fecho des-tas é quase sempre por acção de uma mola. A sua ten-são tem de ser suficientemente alta para fechar rapida-mente, seja em que regime de rotações for e ao mesmotempo não criar dificuldades na abertura da válvula.

As molas são constituidas em aço especial com silício-magnésio.

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

1.7. VÁLVULAS

A função das válvulas é abrir os pórticos de passagemdos gases durante os tempos de admissão e de escapee mantê-las o mais estanques possível durante os temposde compressão e de explosão/expansão.

Durante este processo as válvulas são submetidas atemperaturas muito elevadas. A válvula de admissão éarrefecida pelos gases frescos que entram mas mesmoassim chega a atingir temperaturas da ordem dos 500°C.A válvula de escape, como está situada no caminho dosgases de escape, é aquecida até temperaturas próximasdos 800°C.

Devido ao aquecimento especialmente intenso a que sãosubmetidas, as válvulas de escape podem ser construídasem dois tipos de metal.

Temos assim as válvulas com enchimento de sódio nointerior. Quando a válvula está fria, o sódio está sólido etudo se passa como se se tratasse de uma válvula deum só metal. Quando a temperatura se eleva o sódiofunde-se e, através da sua movimentação no interior daválvula, transporta a energia térmica desde o prato até àhaste da válvula, de onde pode passar para a cabeça domotor.

A temperatura de uma válvula de escape pode ser reduzidaem cerca de 100°C através deste sistema.

Devido ao elevado esforço mecânico a que as válvulassão sujeitas, a sua sede e a extremidade da haste sãosubmetidas a um tratamento para aumentar a sua dureza


Fig. 9 - Tipos de configuração das válvulas

1 Válvula fabricada em dois metais2 Válvula fabricada num metal apenas3 Encaixe4 Haste da válvula5 Prato da válvula6 Sede da válvula7 Meia-lua da válvula8 Enchimento de sódio9 Zona endurecida

Sedes das válvulas

Os blocos de cilindros e as cabeças dos motoresconstroem-se em materiais relativamente macios que sobas condições de trabalho têm tendência a desgastar-se,picar-se ou corroer-se nas superfícies de assentamentodas válvulas.

Para evitar estes fenómenos, os fabricantes introduziramas sedes de embutir, construidas em materiaisresistentes ao calor e ao desgaste (liga de crómio, cobaltoe tungsténio).

O seu ângulo na zona de assentamento pode ser de 45ºou 60º, permitindo este último uma passagem superiorpara a mesma elevação.

1.8. JUNTA DA CABEÇA DO MOTOR

A junta da cabeça do motor torna estanque a ligaçãoentre a cabeça e o bloco de cilindros, permitindo acirculação dos gases, da água e do óleo entre estes doiscomponentes.

Adicionalmente, a junta da cabeça do motor devecompensar as pequenas irregularidades existentes nasuperfície da cabeça e do bloco. É por esta razão que ajunta da cabeça tem que ser fabricada com um materialrelativamente elástico.

Os tipos de construção de junta mais utilizados são osseguintes:

- Folha de suporte metálica com superfície em materialmacio

1.9. PARAFUSOS DA CABEÇA DO MOTOR

Os parafusos da cabeça do motor têm que ser apertadosdentro das condições impostas pelo manual de oficina.

As sequências e os binários de aperto são definidospelo construtor e resultam de uma série de parâmetrosde construção e de testes de resistência, pelo que devemser sempre respeitados.

Os parafusos são sempre apertados com uma chavedinamométrica e, por vezes, com uma chave angular naúltima fase de aperto (ver Manual de metrologia).

Fig. 11 - Fixação da cabeça do motor com parafusos de aperto

1 Parafuso de aperto2 Cabeça do motor3 Bloco de cilindros4 Junta da cabeça

1.10. BLOCO E CILINDROS

A função do cilindro é guiar o pistão no seu movimentodo ponto morto superior para o ponto morto inferior e vice-versa dissipando o calor excedente resultante da

e resistência ao desgaste.

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

- Material macio com cobertura em metal

- Junta metálica.

Fig. 10 - Vista em corte da junta da cabeça do motor

1 Orifícios para as galerias do óleo e do líquido de arrefecimento2 Passagem para o parafuso3 Recorte para a câmara de combustão4 Folha de suporte5 Revestimento


combustão.

São utilizados blocos com diferentes tipos de construção.Existem blocos de apenas um cilindro e blocos de várioscilindros.

Os cilindros podem ser arrefecidos por ar ou por líquido,no entanto, quase todos os motores dos veículos actuaissão arrefecidos por líquido.

Os blocos de cilindros são fabricados em ferro fundidoou liga de alumínio.

A superfície de passagem do pistão (ou seja, a camisa)pode ser directamente trabalhada no material do blocode cilindros.

Outra alternativa é a inserção de camisas no interior dobloco. Neste caso podemos ainda distinguir entrecamisas secas ou húmidas.

No caso de blocos de cilindros em liga de alumínio sãosempre inseridas camisas, pois a liga de alumínio nãotem resistência suficiente para suportar os esforçosproduzidos no cilindro.

Fig. 12 - Bloco de um cilindro

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

1.10.1. CILINDROS COM CAMISAS HÚMIDAS

As camisas introduzidas no bloco de cilindros estão emcontacto directo com o líquido de arrefecimento.

Anéis vedantes em borracha vedam o sistema dearrefecimento em relação ao cárter.

As camisas hùmidas proporcionam uma reparação fácil,pois podem ser substituídas. Torna-se assimdesnecessária a rectificação do interior do cilindro e nãosão precisos pistões com sobremedida.

Uma desvantagem deste tipo de sistema é a propensãopara a corrosão e a reduzida rigidez do bloco de cilindros.

Fig. 14 - Camisa húmida

1 Camisa2 “O” ring3 Líquido de arrefecimento4 Bloco de cilindros

1.10.2. CILINDRO COM CAMISAS SECAS

As camisas secas não entram em contacto com o líquidode arrefecimento.

São introduzidas no bloco de cilindros à pressão oumontadas por contracção.

Na montagem termoretráctil tira-se proveito da dilataçãotérmica dos materiais. A camisa é arrefecida e o blocode cilindros é aquecido. Este processo permite aintrodução das camisas no bloco de cilindros maisfacilmente.

Não é possível desmontar as camisas secas sem inutilizá-las.

Fig. 15 - Camisa seca

1 Camisa2 Líquido de arrefecimento3 Bloco de cilindros

1.11. PISTÕES

O pistão é um componente móvel que faz a separaçãoentre a câmara de combustão e o cárter.

Deve também criar o vácuo necessário à aspiração degases novos e, por fim, comprimi-los.


Fig. 18 - Forma do pistão a frio

1 Diâmetro da coroa do pistão2 Diâmetro da parte inferior da saia do pistão3 Diâmetro medido na direcção do cavilhão4 Diâmetro medido transversalmente em relação à direcção docavilhão

Fig. 16 - Denominação dos componentes do pistão

1 Face superior do pistão2 Coroa do pistão3 Furo do cavilhão4 Diâmetro nominal5 Saia6 Zona dos segmentos

1.11.2. FORÇAS A QUE O PISTÃO ESTÁ SUBMETIDO

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

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

Para evitar este problema, o eixo do cavilhão é ligeiramentedeslocado do centro do pistão para o lado contrário aopressionado. A isto dá-se o nome de descentragem docavilhão.

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

1 Eixo do cavilhão2 Descentragem do cavilhão3 Eixo do pistão4 Lado de pressão do pistão

1.11.3. CARGA TÉRMICA SOBRE O PISTÃO

Durante o funcionamento, a temperatura do pistão sobeaté 150°C na saia e 350°C na coroa do pistão. Devido aeste aquecimento irregular, a dilatação do pistão tambémé irregular podendo fazer com que este cole às paredesdo cilindro. O pistão é concebido de modo a apresentaruma forma cilíndrica à temperatura normal defuncionamento.

Para compensar os diferentes graus de dilatação térmica

Durante o ciclo de explosão/expansão o pistão devetransmitir a pressão dos gases resultantes da combustãoà cambota através da biela.

Um pistão deve ser leve, de maneira a manter tão baixasquanto possível as forças de inércia durante ofuncionamento do motor.

Tem que resistir ao calor criado pela combustão e dissiparparte dele. Para tal, a sua dilatação não deve serexcessiva.

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 altastemperaturas e pressões mais elevadas.

Na zona dos segmentos do pistão, os vários segmentosencarregam-se de fazer a vedação correcta do cilindro.Os gases da câmara de combustão não devem passardaí para o cárter.

A área acima da zona dos segmentos do pistão ésubmetida a temperaturas particularmente intensas.

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

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.


Fig. 19 - Pistão sólido de um só material

Os pistões para os motores de automóvel são geralmentefabricados num só material.

O material de fabrico quase sempre utilizado é a liga dealumínio, que pode ser fundido ou injectado à pressão.

1.11.5. SEGMENTOS DO PISTÃO

Os segmentos do pistão têm que ter elasticidade e nãodevem sofrer modificações permanentes quando sãomontados.

Existem dois tipos de segmentos. Os segmentosdispostos na parte superior do pistão são os segmentosde compressão, que devem garantir a maiorestanquecidade possível em relação à câmara decombustão. Os segmentos inferiores do pistão são ossegmentos raspadores do óleo e evitam a entrada deóleo na câmara de combustão.

Os segmentos de compressão são segmentos de secçãorectangular (de produção simples), ou com superfícieinclinada de face cónica.

Outros segmentos de compressão são os segmentostrapezoidais (não assentam firmemente na ranhura), ossegmentos em L (pressão de aperto reforçada pelapressão da combustão) e os segmentos de Napier (comefeito adicional de raspagem do óleo).

Os segmentos raspadores do óleo podem ser do tipocom ranhuras (com passagem de óleo para o interior dopistão) ou do tipo segmento do óleo com mola helicoidal(superfície de contacto mais estreita para aumentar apressão de aperto).

Os segmentos do pistão são fabricados em ferro fundidoou aço (em proporção limitada). Para aumentar aresistência à corrosão e ao desgaste, a sua superfíciepode ser submetida a um processo de cromagem dura.

Fig. 20 - Tipos de segmentos de pistão

1 Segmento de secção rectangular2 Segmento com superfície inclinada3 Segmento de superfície cónica4 Segmento trapezoidal5 Segmento em L6 Segmento de Napier7 Segmento com ranhuras8 Segmento do óleo com mola expansível9 Segmento do óleo com mola helicoidal

1.12. BIELAS

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

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

As bielas são fabricadas geralmente em aço forjado. Nosmotores mais pequenos, as bielas podem também serde liga de alumínio de alta resistência.

em cada zona do pistão, este é fabricado com umasecção oval, ficando o diâmetro maior situadotransversalmente em relação ao eixo do cavilhão. Alémdisso, o diâmetro da parte superior do pistão é menor,para compensar a dilatação térmica na zona da coroa dopistão.

1.11.4. CONSTRUÇÃO DOS PISTÕES

1.13. CAMBOTA

A função principal da cambota é transformar a força dahaste da biela numa força de rotação, dando assim origema um binário de forças.

A maior parte do binário assim criado é transmitido àembraiagem pela cambota.

Fig. 21 - Biela e apoio

1 Pé da biela2 Casquilho da biela3 Orifício de lubrificação4 Parafuso de aperto5 Haste da biela6 Cabeça da biela7 Capas dos apoios8 Tampa do apoio


Fig. 23 - Aumento da pressão do lubrificante dos apoios da cambota

1 Capa2 Carga3 Moente da cambota4 Pressão do lubrificante5 Alimentação de óleo

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

1 Saliência de fixação2 Ranhura do óleo3 Capa protectora em aço4 Revestimento5 Superfície de níquel6 Superfície de contacto7 Orifício de lubrificação8 Colar

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

1.13.1. APOIO DA CAMBOTA

A cambota é suportada e guiada pelos seus apoios.Durante o seu funcionamento deve existir a menor fricçãopossível.

Para os apoios da cambota são utilizadas capas simplesdivididas em duas metades e com revestimento de váriascamadas. O apoio do meio tem a função adicional deevitar o deslocamento da cambota no sentido longitudinal.

O binário restante é utilizado no accionamento dadistribuição, bombas de óleo, combustível e água, bemcomo do distribuidor, alternador e outros acessórios.

A cambota está alojada no cárter do bloco do motor. Otipo de construção do motor e o número de cilindrosdetermina a forma da cambota e o número de apoios.

A disposição dos moentes da cambota depende donúmero de cilindros e da sequência de ignição.

Os orifícios de lubrificação garantem a alimentação deóleo aos apoios das bielas.

Nos motores utilizados em veículos ligeiros são montadascambotas compostas por uma só peça.

A cambota é submetida a vários esforços de flexão etorção.

Devido ao modo de funcionamento do motor de combustãointerna, a transmissão do movimento dos pistões àcambota é feita de forma irregular. Desta forma, surgemvibrações que afectam o funcionamento suave e silenciosodo motor e que, em casos extremos, podem levar à rupturada cambota.

Por este motivo a cambota deve ser semprecuidadosamente equilibrada. Isto consegue-se retirandomaterial (orifícios de equilibragem) nos contrapesos.

Também se pode reduzir o nível de vibrações com autilização de veios contra rotativos accionados pelacambota.

As cambotas são fundidas ou forjadas. No caso de seremforjadas obtém-se uma maior homogeneidade do materialda cambota. Isto melhora a rigidez do componente.

Para o fabrico de cambotas é utilizado o ferro fundidocom grafite esferoidal ou aço com crómio, vanádio emolibdénio.

Os pontos de apoio dos moentes da cambota têm umasuperfície endurecida.

Fig. 22 - Cambota

1 Moente da cambota2 Aba da cambota3 Moente do apoio da cambota4 Contrapeso5 Orifício de equilibragem6 Orifício de lubrificação


Os moentes da cambota rodam sobre uma película deóleo que evita o contacto entre os componentes metálicos.

A lubrificação da capa é feita por óleo fornecido pelabomba de óleo sob pressão aos apoios.

1.14. VOLANTE DO MOTOR E AMORTECEDOR DEVIBRAÇÕES

O volante do motor, aparafusado à cambota na traseirado motor, para além de armazenar energia cinética dotempo motor, também contribui para o funcionamentosuave e silencioso.

O amortecedor de vibrações, fixado na parte dianteira,também ajuda a atenuar as vibrações.

O damper ou amortecedor de vibrações é um pequenovolante que se monta na cambota, no extremo oposto aovolante do motor. É construído de modo a que a maiorparte da sua massa esteja unida elasticamente à poliada cambota.

Este tipo de construção permite absorver parte da energiade torção/flexão da cambota, devolvendo-a depoisgradualmente. Assim, recupera-se a deformação sofridade um modo mais suave, evitando a vibração da cambota.

Este amortecedor é usado em conjunto com a polia dacambota e serve ao mesmo tempo de tomada demovimento para várias correias, como por exemplo a doalternador.

1.15. CÁRTER

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 pancadasocasionais do que se fosse em material fundido.

Ocupando a parte inferior do motor, é bastante frequentesofrer “maus tratos” quando se circula fora de estrada ouem estradas em mau estado de conservação.

Nos motores modernos empregam-se também ligasligeiras fundidas (alumínio) com a parte inferior dotada dealhetas para facilitar o arrefecimento do óleo. Por vezes,ainda é um elemento resistente que confere rigidez aoconjunto bloco/cárter.

2. O CICLO A 4 TEMPOS

2.1. O CICLO

O motor a 4 tempos faz parte do grupo dos motorestérmicos. Nestes motores, a energia potencial térmicado combustível é transformada em energia mecânica.

Após a inflamação da mistura inicia-se um processo decombustão, onde é libertada uma grande quantidade deenergia térmica (calor). Este calor é responsável por umaumento de pressão no interior da câmara de combustão,pressão essa que faz deslocar o pistão do ponto morto

superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI).

A repetição deste processo gera o movimento alternativodo pistão, o qual é transformado em movimento rotativoda cambota através do sistema biela/manivela.

Num ciclo completo (duas rotações da cambota), o pistãodesloca-se quatro vezes resultando daqui quatromovimentos a que chamaremos tempos. Ao conjunto dosquatro 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 misturaar/combustível, tempo motor)

4º tempo: Escape dos gases resultantes da combustão

Primeira rotação da cambota

1º - Admissão

O pistão desloca-se do PMS para o PMI. Assim, é criadovácuo no cilindro e a mistura ar/combustível é aspiradapela válvula de admissão, que se encontra aberta.

A válvula de admissão abre um pouco antes do PMS esó volta a fechar após o PMI, de maneira a melhorar oenchimento do cilindro.

O enchimento do cilindro influencia directamente o valorde potência do motor, pois quanto maior for a quantidadede mistura ar/combustível aspirada, maior será a energiatérmica disponível após a queima.

Fig. 25

A Cilindro durante o tempo de admissãoB Cilindro durante o tempo de compressão1 Válvula de admissão2 Válvula de escape3 Ponto morto superior (PMS)4 Ponto morto inferior (PMI)

2º - Compressão

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


Fig. 26

C Cilindro durante o tempo de explosão/expansãoD Cilindro durante o tempo de escape1 Válvula de admissão2 Válvula de escape3 Ponto morto superior (PMS)4 Ponto morto inferior (PMI)

4º - Escape

A válvula de escape abre antes do PMI, ainda durante aexpansão, pelo que o interior do cilindro ainda se encontrasob uma pressão superior à atmosférica (pressão decombustão residual). Existe, assim, um diferencial depressão entre o cilindro e o meio exterior, o qual fazdeslocar uma parte dos gases de escape através do canalaberto pela válvula de escape.

O pistão desloca-se do PMI para o PMS empurrando osgases de escape para fora do cilindro através da válvulade escape.

Para favorecer a expulsão dos gases de escape e aaspiração da mistura ar/combustível, a válvula de escapesó volta a fechar pouco depois do PMS, enquanto que a

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

2.1.2. RELAÇÃO VELOCIDADE CAMBOTA/ÁRVORE DECAMES

Como um ciclo de accionamento completo de um motora quatro tempos abrange duas rotações da cambota, adesmultiplicação entre a cambota e o veio de excêntricostem que ser de 2:1.

Assim, a velocidade de rotação da árvore de cames éduas vezes menor que a da cambota.

O carreto de distribuição tem um diâmetro duas vezessuperior ao do carreto da cambota afim de se obter paraum ciclo:

- duas voltas da cambota ou 720º

- uma volta da árvore de cames ou 360º

2.2. DISTRIBUIÇÃO

A função da distribuição é regular os tempos de aspiraçãodos 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 daposição do veio de excêntricos.

A duração da abertura e o curso da válvula depende doformato dos excêntricos.

Excêntricos pontiagudos abrem e fecham as válvulasrapidamente, mantendo a válvula aberta durante poucotempo.

Excêntricos inclinados abrem e fecham as válvulas maisdevagar e mantêm-nas abertas durante mais tempo.

Com excêntricos inclinados obtém-se uma maiorpassagem de gases.

O formato dos excêntricos é frequentemente assimétrico.Neste caso existe uma superfície ascendente (para umaabertura lenta das válvulas) e uma superfície descendente(para uma abertura mais prolongada e um fecho maisrápido das válvulas).

Devido a esta compressão, a mistura ar/combustível sofreum aumento significativo de temperatura, o que vaipermitir o processo de combustão.

Segunda rotação da cambota

3º - Explosão/Expansão

Ambas as válvulas estão fechadas. A mistura comprimidaé inflamada por uma faísca da vela de ignição. Os gasesresultantes da combustão ficam sujeitos a uma elevadapressão, devido ao aumento de temperatura. A expansãodestes gases provoca o deslocamento do pistão do PMSpara o PMI.

Como a combustão não é instantânea, a inflamação damistura ocorre antes do PMS, portanto ainda dentro dotempo de compressão. Pode atingir um avanço de 40°de rotação da cambota, conforme a rotação do motor. Oavanço da inflamação tem como objectivo conseguir-sea pressão máxima da combustão imediatamente depoisdo PMS.

Fig. 27


Fig. 28 - Formato dos excêntricos

1 Excêntricos pontiagudos2 Excêntricos inclinados3 Superfície descendente4 Superfície ascendente

2.3. ACCIONAMENTO DO VEIO DE EXCÊNTRICOS

O accionamento do veio de excêntricos pode serefectuado 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 doscarretos dentados processa-se directamente pelacambota.

Os carretos com dentes oblíquos reduzem o ruído duranteo funcionamento.

Fig. 29 - Accionamento por carretos

1 Veio de excêntricos 3 Bielas2 Carretos da distribuição 4 Cambota

Fig. 30 - Accionamento por corrente

2.3.2. ACCIONAMENTO POR CORRENTE

Neste tipo de accionamento, o veio de excêntricos éaccionado por uma corrente de elos simples ou duplos.

A corrente é normalmente tensionada por um tensorhidráulico controlado pela pressão do óleo do motor.

Por forma a reduzir as oscilações e os ruídos causadospela corrente, esta é guiada por calhas-guia.

Fig. 31 - Corrente de distribuição

1 Carreto do veio de excêntricos 3 Polia da cambota2 Corrente de distribuição 4 Tensor da corrente

5 Calha-guia


2.3.3. Accionamento por correia dentada

O accionamento por correia dentada em borracha comfibras reforçadas possibilita um funcionamento silenciosoe adequa-se a rotações elevadas.

O material da correia dentada pode ser afectado pelocontacto com óleo ou líquido de arrefecimento. Há portantoque garantir que durante o funcionamento do motor, acorreia dentada não entra em contacto com nenhumdestes líquidos.

2.4. CONSTRUÇÃO DUM DIAGRAMA DEDISTRIBUIÇÃO

O diagrama da distribuição é apresentado em espiral,pois para cada ciclo de funcionamento completo háque representar duas rotações da cambota (4 temposDiesel e gasolina). Um diagrama da distribuição mostraa posição em que a cambota se encontra quando asválvulas são accionadas e quando se dá a ignição.Também podem-se ver facilmente os tempos deexpansão e o cruzamento de válvulas.

Fig. 32 - Diagrama da distribuição

1 Abertura da válvula de admissão2 Admissão3 Fecho da válvula de admissão4 Compressão5 Ponto de ignição6 Explosão/Expansão7 Abertura da válvula de escape8 PMI9 Escape10 PMS11 Fecho da válvula de escape12 Cruzamento das válvulas

Em cada ciclo de um motor a 4 tempos dão-se duasrotações 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 deviamestar abertas durante todo o tempo de escape e admissão,respectivamente. Na prática, as válvulas estão abertas

durante mais tempo para facilitar a saída de gases notempo de escape e o enchimento do cilindro no tempode admissão. Assim, a válvula de admissão abre antesdo pistão atingir o PMS e fecha depois do pistão atingir oPMI e a válvula de escape abre antes do pistão atingir oPMI e fecha depois do pistão atingir o PMS.

Estes desfasamentos têm o nome de avanço à aberturae atraso ao fecho das válvulas e podem ser representadosgraficamente num diagrama de distribuição. Estediagrama consiste num círculo em que se representamas rotações da cambota, dividido verticalmente por umeixo. Na extremidade superior do eixo marca-se o PMS(posição da cambota correspondente à passagem dopistão pelo PMS) e na extremidade inferior, o PMI (posiçãoda cambota correspondente à passagem do pistão peloPMI). O círculo é graduado em graus no sentido dosponteiros do relógio e a escala tem início no PMS. Osavanços e atrasos são marcados em graus de rotaçãoda cambota, em relação ao PMS e PMI.

É possível construir o diagrama de distribuição de ummotor a partir dos valores de avanço e atraso à abertura efecho 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 noPMI).

Avanço à abertura da válvula de escape = 46º

Atraso ao fecho da válvula de escape = 6º

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 noPMS).

3. CICLOS DE FUNCIONAMENTO

3.1. DIAGRAMA DE FUNCIONAMENTO

No diagrama de funcionamento dum motor a quatrotempos, pode observar-se a variação da pressão e devolume a que a mistura ar/combustível está sujeita dentrodo cilindro durante um ciclo de funcionamento completo.O movimento do pistão está representado por baixo dodiagrama.

A área deste gráfico, também conhecido como diagramaindicado do motor, representa o trabalho realizado porcada cilindro do motor.

3.1.1. DIAGRAMA TEÓRICO

O ciclo teórico pode ser representado num diagrama emque o eixo horizontal representa a posição do pistão nointerior do cilindro e o eixo vertical representa a pressãoverificada no interior do cilindro. A evolução do ciclo podeser seguida através da linha A-B-C-D-E-B-A.

Admissão (A-B): A válvula de admissão encontra-se abertadurante todo o tempo de admissão e o interior do cilindroencontra-se à pressão atmosférica (cerca de 1 bar).

Compressão (B-C): Ambas as válvulas se encontramfechadas 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 pistãoencontra-se no PMS e a vela solta uma faísca que provocaa combustão instantânea da mistura fazendo a pressãosubir até cerca de 50 bar.

(D-E) - A pressão elevada que se regista no interior docilindro faz o pistão deslocar-se do PMS para o PMI. Apressão 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 expelidospara fora do cilindro. A pressão volta a baixar para atingiro 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 escapefecha-se quando o pistão atinge o PMS. O ciclo repete-se a partir do ponto A.

3.1.2. DIAGRAMA PRÁTICO

O diagrama anterior é impossível de obter na prática, umavez que não se verifica uma série de condiçõesindispensáveis para que isso acontecesse. O diagramaprático é o que se aproxima mais da realidade. Asdiferenças entre os dois devem-se essencialmente aos

seguintes factores:

- A combustão não é instantânea (dura alguns milésimosde segundo) nem se verifica a volume constante.

- Os gases sofrem perdas de carga, o que os faz perderpressão e velocidade ao circular nos pórticos.

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

- As válvulas não abrem nem fecham instantaneamente,logo, o equilíbrio de pressões entre o interior e o exteriordo cilindro não é imediato.

- No final da expansão ainda existe pressão no interiordo cilindro, o que dificulta a subida do pistão.

Todos estes factores têm como consequência a obtençãode uma pressão máxima inferior à teórica, o que nãopermite um aproveitamento tão bom da energia fornecidapelo combustível. Por outras palavras, o rendimento dociclo prático é inferior ao do ciclo teórico.

3.1.3. Diagramas teórico e prático70bar60

50

40

30

20

10

0 1

2

3

4

Fig. 34

Fig. 35 - Diagrama de funcionamento -motor Diesel1. Admissão2. Compressão3. Expansão4. Escape


Fig. 36 - Diagrama de funcionamento - motor a gasolina1. Admissão2. Compressão3. Expansão4. Escapea Ponto morto superior (PMS)b Ponto morto inferior (PMI)

A figura atrás mostra o ciclo de funcionamento de ummotor Diesel. Em relação ao de gasolina, a pressãomáxima é superior.

4. GENERALIDADES - SISTEMA DE ADMISSÃO

4.1. COLECTOR

O colector de admissão tem como objectivo principal:

- Distribuir uniformemente a mistura ar/gasolina (casodo carburador) ou o ar (caso da injecção) pelos várioscilindros do motor.

- Melhorar a homogeneidade da mistura.

- Levar a mistura a uma temperatura adequada.

Diversos exemplos possíveis de encontrar:

a)

b )

c)

d)

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

4.2. O FILTRO DE AR

O ar necessário para a formação de mis-tura é tomadodirectamente da atmosfera. O ar contém elementosabrasivos, as poeiras, o que exige a utilização de umfiltro de ar para proteger o motor.

O filtro de ar tem três funções:

- reter as impurezas do ar aspirado pelo motor comeficácia

- uma baixa perda de carga

- servir de silenciador na aspiração, limitando o silvo(função de caixa de ar).

4.3. RESSOADORES

O carácter pulsante do fluxo de ar produzido aquando da


nifica a conversão destes poluentes em compostos ino-fensivos.

Fig. 39 - Catalizador

5.3. JUNTAS FLEXÍVEIS

As juntas flexíveis que se podem encontrar nos sistemasde escape contribuem para isolar a carroçaria do veículodas vibrações que possam vir do normal funcionamentodo motor, juntamente com outros apoios ao longo do tubode escape. Além disso compensam possíveis desvios àdilatação dos materiais.

6. GENERALIDADES - SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO

6.1. LUBRIFICAÇÃO DO MOTOR

As funções essenciais do sistema de lubrificação domotor são as seguintes:

- Lubrificar para minimizar o atrito, a fim de reduzir o des-gaste e a perda de rendimento.

- Arrefecer para proteger os componentes internos domotor contra temperaturas excessivas.

- Proporcionar a vedação entre os componentes que des-lizam uns sobre os outros (por ex., segmentos sobre aparede do cilindro).

- Manter o motor limpo.

- Assegurar uma protecção eficaz contra a corrosão.

Fig. 40 - Circuito de lubrificação do motor

admissão é a causa do chamado silvo da admissão. Osressoadores empregues nas viaturas modernas, natubagem de admissão, entre o filtro de ar e a entrada dear na zona da borboleta, constituem câmaras deressonância com dimensões adequadas que,estrategicamente colocadas, eliminam os zumbidos ousilvos de aspiração, contribuindo para um baixo ruído domotor a trabalhar.

5. GEMERALIDADES - SISTEMA DE ESCAPE

5.1. Colector e panela de escape

Quando se abre a válvula de escape no final do tempo deexpansão, a temperatura dos gases anda à volta dos800 ºC e a pressão é de alguns bar. Os colectores reúnemestes gases provenientes dos vários cilindros. Sãogeralmente constituídos em ferro fundido e podem terdiversas formas, umas mais elaboradas, consoante osobjectivos a atingir.

Fig. 38 - Colector simples e “4 em 2”

A expulsão destes gases nestas condições origina ruídoque é necessário suprimir ou atenuar antes de chegar àatmosfera. Por outro lado é necessário baixar a tempera-tura dos mesmos. As panelas de escape desempenhamestas duas funções. Podem ser simples (uma panelaúnica) ou com duas panelas (uma de expansão e outrasilencioso).

Para permitir a expansão é necessário efectuar um au-mento da secção da tubagem de modo a evitar qualquercontra-pressão que dificulte a evacuação dos gases quei-mados, prejudicando o rendimento do motor. No entanto,ao aumentar a secção, a velocidade dos gases diminuique se traduz numa perda de potência.

5.2. CATALISADOR

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


lubrificar através dos orifícios.

Existem três tipos de bombas:

- Bomba de carretos

- Bomba de palhetas

- Bomba de rotor

Bomba de carretos

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

Bomba de palhetas

A parte cilíndrica do corpo da bomba tem um rotordescentrado e com um furo rasgado. Este furo incorporaduas palhetas que são mantidas sob pressão contra ocorpo cilíndrico da bomba por uma mola. O rotor éaccionado pelo motor no sentido da seta. O volume “A”

6.1.1. CIRCUITO DE LUBRIFICAÇÃO

O circuito de lubrificação do óleo ilustrado na página an-terior mostra a configuração de um sistema de lubrifica-ção de um motor a quatro tempos; circuito de lubrifica-ção por pressão.

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

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

Após a filtragem, o óleo chega sob pressão aos locaisde lubrificação na cabeça do motor e no bloco de cilin-dros.

A válvula limitadora de pressão existente na bomba deóleo faz com que a pressão de óleo não ultrapasse ovalor máximo determinado, de cerca de 4 ou 5 bar.

Em motores submetidos a intensas cargas térmicas exis-tem orifícios de passagem do óleo na parte inferior dobloco de cilindros, que pulverizam óleo na coroa do pis-tão para a zona inferior.

Quando a temperatura do óleo atinge valores excessiva-mente elevados, a sua capacidade de lubrificação dimi-nui, pois a sua viscosidade baixa bastante. Para evitartemperaturas excessivas, são montados radiadores. Osradiadores dissipam a energia térmica do óleo no ar.

6.1.2. LUBRIFICAÇÃO SOB PRESSÃO

A lubrificação sob pressão é a única utilizada actualmentenos motores dos veículos automóveis. Os elementos lu-brificados sob pressão são os seguintes:

- Cambota

- Apoios das árvores de cames

- Conjunto dos martelos ou balanceiros

- Touches dos motores com árvores de cames à cabeça

Os elementos lubrificados por projecção são os seguin-tes:

- Camisas

- Pistões e respectivos cavilhões

- Cames da árvore de cames

- Distribuição

- Hastes das válvulas

- Hastes dos balanceiros

- Touches dos motores com árvore de cames lateral

6.1.3. BOMBA DE ÓLEO

Para se obter a pressão de lubrificação, é montada nocircuito uma bomba de óleo. Esta bomba aspira o óleodo cárter e dirige-o sob pressão para os vários órgãos a

Fig. 41

Fig. 42


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

Bomba de rotor

O corpo da bomba é geralmente fundido no bloco. O rotorinterno tem o seu veio descentrado comandado pelomotor, que por sua vez acciona o rotor externo, que élivre. Os dois rotores rodam no mesmo sentido.

6.1.4. LIMITADOR DE PRESSÃO

A pressão do óleo depende do regime de rotação do motore da viscosidade do óleo. Quando a pressão sobe dema-siado, existe o risco de :

- Deterioração da bomba

- Ruptura no sistema

- Projecções excessivas de óleo na zona inferior dascamisas provocam um maior consumo de óleo.

Assim, tem que se equipar a bomba de óleo com umlimitador de pressão. O limitador é constituído por umaválvula de esfera situada no canal de saída da bomba

de óleo. A esfera é mantida na sua sede por uma molaaferida. A pressão máxima do óleo é variável em funçãoda afinação da mola da válvula.

6.1.5. FILTRO DO ÓLEO

O filtro do óleo tem por função reter as impurezas que seencontram em suspensão no óleo e que poderiam dete-riorar as peças do motor em funcionamento. Estas impu-rezas podem ser as seguintes:

- Partículas metálicas provenientes do desgaste das pe-ças

- Partículas resultantes dos resíduos da combustão

- Produtos resultantes da alteração do óleo

O filtro do óleo é constituído por um invólucro de chapaque encerra tecido de algodão ou papel. Pode ser mon-tado em série ou em paralelo. Na montagem em série,todo o óleo proveniente da bomba passa pelo filtro. Emcaso de obstrução do filtro o circuito de óleo é interrom-pido.

Para evitar este problema existe uma válvula de seguran-ça que pode estar montada no bloco ou no próprio filtro.Quando esta válvula abre, o óleo não filtrado é conduzidodirectamente para a galeria principal a fim de assegurara lubrificação sob pressão do motor.

Na montagem em paralelo apenas uma parte do óleopassa através do elemento filtrante. Neste caso não énecessária a válvula de segurança.

6.2. CARGAS A QUE O ÓLEO É SUBMETIDO

O óleo lubrificante está submetido a grandes cargas. Devemanter a sua capacidade de lubrificação até temperatu-ras da ordem dos 180°C (junto à face superior do pistão).

A isto há que adicionar as cargas químicas causadaspelos gases resultantes da combustão, que chegam aocárter passando pelos segmentos dos pistões.

Além disso, o óleo é contaminado por poeiras, abrasão eresíduos da combustão, que originam a formação de de-pósitos lamacentos.

6.3. MUDANÇA DE ÓLEO

Pelas razões acima indicadas, é absolutamente neces-sário mudar o óleo do motor nos prazos indicados pelofabricante.

É importante efectuar a mudança do óleo com o motor àtemperatura de funcionamento. Assim, o óleo fica me-nos viscoso e pode fluir mais facilmente, arrastando con-sigo as impurezas.

Ao mudar o óleo deve-se também mudar o filtro, já queeste contém impurezas. O fluxo de óleo e, portanto, alubrificação do motor dependem do estado do filtro. Alémdisso, o óleo antigo que permanece no filtro afecta a qua-lidade do óleo novo.

Ao atestar com óleo novo é essencial respeitar o nívelcorrecto de enchimento, já que um enchimento excessi-vo pode causar:

- o aparecimento de espumas no óleo

- destruir juntas de vedação

- danificar o catalizador

Ao ligar o motor pela primeira vez após a mudança deóleo, o motor só deve ser submetido a carga depois de abomba de óleo ter enchido o filtro e existir a pressão doóleo necessária.

Fig. 43


- SF: com teste à formação de depósitos lamacentosligeiramente mais severo e teste de oxidação. Para mo-tores dos anos de fabrico 1980-1988.

- SG: com testes à formação de depósitos lamacentos ede oxidação mais severos. Para motores a partir do anode fabrico 1988.

Óleos para motores Diesel (veículos ligeiros)

- CC: óleos para motores de aspiração atmosférica.

- CD: óleos para motores de aspiração atmosférica e tur-bo.

6.6. LEGISLAÇÃO SOBRE ÓLEOS USADOS

Os óleos usados, devido às propriedades nocivas queapresentam, põem em risco o ambiente e a saúde dosseres vivos. A legislação sobre o fim a dar aos óleosusados prevê multas que vão desde os 100 aos 6000contos (Decreto - Lei nº 88/91), caso não se cumpramas regras definidas.

Assim, é expressamente proibido qualquer depósito oudescarga de óleos usados no solo, cursos de água erede de esgotos, entre outros. As garagens, estaçõesde serviço e instalações industriais devem ter um registoactualizado sobre as entradas de óleos novos e as saí-das de óleos usados, desde que tenham um volumeactual de pelo menos 200 litros. Os óleos usados devemser entregues a empresas de recolha devidamentecredenciadas para o efeito.

7. GENERALIDADES - SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO

7.1. ARREFECIMENTO DO MOTOR

A existência dum sistema de refrigeração é fundamentalpara o bom funcionamento dos motores de combustãointerna, pois é necessário manter a temperatura dos com-ponentes do motor em níveis aceitáveis.

São dois os tipos de arrefecimento utilizados:

- Arrefecimento pelo ar fornecido pelo andamento do veí-culo ou por turbina.

- Arrefecimento por líquido, com ou sem bomba de água.

Nos automóveis actuais, o sistema mais utilizado é oarrefecimento por líquido com bomba de água.

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

Quando o líquido de arrefecimento aquece, o termóstatoabre a passagem para o radiador. Neste caso está aber-to o chamado “circuito de arrefecimento grande”.

Se a temperatura do líquido de arrefecimento aumentarainda mais, o interruptor do termóstato liga a ventoinhaeléctrica do radiador. Outra hipótese é o ventoinha

6.4. ESPECIFICAÇÃO DOS LUBRIFICANTES

Os óleos lubrificantes distinguem-se pelas classes deviscosidade definidas pela SAE (Society of AutomotiveEngineers).

Os óleos são assim diferenciados pelo seu grau de vis-cosidade em função da temperatura exterior.

Existem óleos monograduados, por exemplo: SAE 50W, e óleos multigraduados(multigrade), por exemplo: SAE15 W 40. Os óleos multigrade abrangem mais classesde viscosidade e são por essa razão os mais utilizados.

Estes óleos conservam um ponto de fluidez óptimo abaixas temperaturas, o que facilita o arranque dos moto-res e a rápida circulação de óleo em tempo frio e, o mes-mo tempo, mantêm a viscosidade necessária a altas tem-peraturas, assegurando uma lubrificação perfeita e me-nor consumo.

Nota: A identificação da viscosidade não fornece qual-quer informação sobre a qualidade do óleo.

Fig. 44 - Classes de viscosidade em função da temperatura exteri-or

6.5. CLASSIFICAÇÃO API

O “American Petroleum Institute” (API) desenvolveu, emcolaboração com a SAE e a ASTM (American Societyfor Testing and Materials), um sistema para a classifica-ção dos óleos segundo a sua utilização.

A divisão dos óleos segundo a classificação API é feitaem duas classes:

- Classe C, para motores Diesel.

- Classe S, para motores de explosão.

A estas classes de especificação do óleo, são adiciona-das letras que identificam os diferentes níveis de qualida-de (por exemplo: API SG/CD).

Óleos dos motores de explosão

- SD: utilização em motores de explosão de veículos li-geiros/pesados dos anos de fabrico 1968-1971. Boaprotecção contra a corrosão e o desgaste.

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


accionada por meio de correia e regulada por umaembraiagem dependente da temperatura.

O depósito de expansão compensa a dilatação do líqui-do de arrefecimento causada pela temperatura. Destaforma, o nível do líquido é mantido constante no sistema.

Para aquecer o ar do habitáculo é utilizado um permutadorpor onde circula o líquido de refrigeração do motor. Estepermutador é comum aos dois circuitos de refrigeração(grande e pequeno).

Fig. 45

1 Depósito de expansão2 Bomba de água3 Permutador de calor4 Motor5 Termostato6 Radiador

7.2. BOMBA DE ÁGUA

As bombas de água utilizadas nos sistemas de refrigera-ção de circulação forçada de água são sempre do tipocentrífugo, pois são as mais adequadas para obter gran-des caudais com pequenas pressões de impulsão.

O seu corpo é geralmente de alumínio e monta-se nobloco do motor.

A sua função é de “agitar” a água e aumentar a sua velo-cidade. É accionada geralmente por correia.

7.3. TERMÓSTATO

É o dispositivo empregue para a regulação de temperatu-ra do sistema de refrigeração. A sua função é deixar pas-sar um certo volume de líquido refrigerante e abrir-se auma determinada temperatura.

Fundamentalmente utilizam-se dois tipos, os de fole eos de cápsula.

O primeiro é formado por um fole circular de latão queencerra um líquido muito volátil (álcool) que em contactocom a água quente aumenta o seu volume, provocando aexpansão do fole que, por sua vez, produz a abertura daválvula.

Fig. 46- Termóstato de fole

Nos termóstatos de cápsula de cera, quando aquecem,a cera dilata e obriga a válvula a abrir-se, embora tenha aoposição de uma mola.

Para se ter um funcionamento correcto de um termóstatodeve montar-se sempre à saída da água do motor. Geral-mente estão preparados para começar a abrir a uma tem-peratura de cerca de 87 ºC e alcan-çarem a máxima aber-tura a cerca de 92 ºC Estes valores diferem de uns moto-res para os outros em função das características do cir-cuito de refrigeração.

Fig. 47 - Termóstato de cápsula de cera

7.4. MISTURA ANTI-CONGELANTE

No uso de anti-congelante, a concentração total nuncadeve ser inferior a 50% por volume, de modo a assegurarque são mantidas as propriedades anti-corrosão do líqui-do do sistema de arrefecimento. Concentrações de anti-congelante superiores a 60% não são recomendadas,na medida em que reduzem a eficiência de arrefecimento.


O sistema de arrefecimento deve ser drenado, lavado eenchido novamente com a quantidade correcta de águae anti-congelante todos os dois anos.

Após encher o sistema com a mistura anticongelante,cole uma etiqueta num local visível do veículo, indicandoo tipo de anti-congelante usado.

A protecção do motor está, deste modo, asseguradadesde temperaturas de 36º negativos.

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

O depósito de combustível é constituído geralmente porduas metades de forma côncava em chapa de aço solda-das entre si e que formam um recipiente capaz de conterum um volume de combustível que permita uma autono-mia de cerca de 500 km. Também se fabricam em plás-tico.

O depósito contém divisórias interiores furadas para evi-tar o ruído e limitar os movimentos do líquido. É indispen-sável prever um volume livre de expansão para evitar afuga de combustível para o exterior quando o líquido sedilata por aumento de temperatura.

Os tampões destes depósitos podem ser ventilados ounão, existindo nestes últimos um sistema dedesgaseificação instalado no depósito. A sua colocaçãoé primordial para a segurança das viaturas em caso dechoque. Têm de estar colocados de forma a não recebe-rem impactos, devido a deformações da carroçaria, emcaso de acidente.

8.3. A BOMBA

Para elevar o combustível desde o depósito até ao carbu-rador ou à régua de injectores, utiliza-se a bomba dealimenta-ção que pode ser do tipo mecânico ou eléctrico.

A pressão de gasolina fornecida pela bomba deve sersuficiente para assegurar a alimentação do motor emtodos os regimes.

8.4. O FILTRO DE COMBUSTÍVEL

O tubo de aspiração está instalado a pouca distância dofundo do depósito. É provido de uma malha filtrante paraevitar a entrada de sedimentos no circuito de alimenta-ção.

Mesmo assim, a maioria dos sistemas têm uma filtragemadicional, que está colocada no circuito de alimentaçãoantes do carburador ou da régua de injectores. Estesfiltros devem ser substituídos com alguma frequência.

9. TIPOS DE MOTORES

9.1. DIVISÃO DOS MOTORES SEGUNDO GRUPOS

Os motores de combustão interna podem ser divididosem 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

- Tipo de enchimento do cilindro

- Tipo de combustível

Fig. 48 - Divisão dos motores segundo a disposição dos cilindros

1 Motor em linha2 Motor em V3 Motor de cilindros opostos4 Motor radial ou em estrela

Divisão dos motores segundo o ciclo de funcionamento

- Motor de quatro tempos

- Motor de dois tempos

Divisão dos motores segundo o tipo de ignição

- Motor de explosão com ignição por faísca


- Motor Diesel com ignição espontânea

Divisão dos motores segundo a formação da mistura

- 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 accionamentodas válvulas

- Motor com veio(s) de excêntricos à cabeça

- Motor com veio de excêntricos lateral

Divisão dos motores segundo o tipo de enchimento docilindro

- Motor de aspiração atmosférica

- Motor sobrealimentado

Divisão dos motores segundo o tipo de combustível

- Motor a gasolina

- Motor Diesel

- Motor a gás

- Motor de combustíveis múltiplos

9.2. NUMERAÇÃO DOS CILINDROS

Os cilindros dos motores são numerados do seguintemodo:

O primeiro cilindro situa-se, por definição, do lado opostoao da entrega de força, na parte dianteira do motor. Oscilindros são numerados a partir daí até ao lado da entre-ga de força.

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

9.3. SENTIDO DE ROTAÇÃO DO MOTOR

O sentido de rotação do motor determina-se a partir dolado oposto ao da entrega de força. Se o sentido for odos ponteiros do relógio, é um motor com rotação para adireita, se for com o sentido contrário ao dos ponteirosdo relógio, é um motor com rotação para a esquerda. Nafigura da página anterior podemos ver dois motores comrotação para a direita que são, de resto, os mais co-muns.

10. MOTOR A GASOLINA

10.1. COMBUSTÍVEL

O combustível utilizado nos motores de explosão (gaso-lina) é constituído quase exclusivamente porhidrocarbonetos. Devido aos diferentes graus do petróleoem bruto utilizado e dos aditivos sintéticos, contém tam-bém enxofre, chumbo ou outros compostos em peque-nas percentagens. É muito volátil e evapora-se a tem-peraturas ambientes normais. O ponto de ebulição dagasolina inicia-se aos 25 ºC Podem formar-se gases ex-plosivos.

Desde a introdução do conversor catalítico nos veículos,comercializam-se os seguintes tipos de gasolina, namaioria dos países europeus.

10.2. ÍNDICE DE OCTANO

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

O índice de octano indica a capacidade anti-detonantedo combustível. Quanto maior for o valor deste índice,maior é a capacidade do combustível resistir à detona-ção, logo maior poderá ser a taxa de compressão domotor. Conseguindo-se uma taxa de compressão maiselevada melhora-se o rendimento térmico do motor, istoé, assegura-se uma melhor utilização da energia duranteo processo de combustão.

Note-se que o valor máximo da taxa de compressão estálimitado pela capacidade de resistir à detonação do com-bustível. Nos motores não sobrealimentados mais recen-tes, a taxa de compressão ronda os valores de 10:1 a12:1. Nos motores sobrealimentados, a taxa de com-pressão tem de ser inferior à utilizada para os motoresde aspiração, de modo a evitar sobrepressões muito ele-vadas.

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

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

Fig. 49 - Numeração dos cilindros e sentido de rotação do motor

A Motor de cilindros em linhaB Motor de cilindros em VC Lado de entrega de força


bustível. Nas gasolinas sem chumbo, este foi substituí-do, em larga escala, por outros aditivos.

10.3. A MISTURA AR/COMBUSTÍVEL

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

O combustível, composto por elementos de hidrogénio(H) e carbono (C) deve ser misturado a uma determinadaproporção com ar, composto por oxigénio (O) e azoto(N), por forma a se obter uma mistura capaz de ser infla-mada.

No caso de motores de ignição, a relação combustível/arnecessária para uma combustão completa é de 1 para14,7 tem o nome de relação estequiométrica. Isto signi-fica que 1 parte em peso de combustível se deve mistu-rar com 14,7 partes em peso de ar.

Em volume, isto corresponde a 1 litro de combustível para10 000 litros de ar, aproximadamente.

A esta relação estequiométrica de ar/combustível, o factorde ar l (lambda) = quantidade de ar fornecida/quantidadede ar teoricamente necessária = 1/1=1

Mistura pobre (λ > 1) contém mais ar.

Mistura rica (λ < 1) contém menos ar.

No caso de haver um défice de ar, o combustível não écompletamente aproveitado, aumentando o consumo e onível de poluentes no escape.

No caso de haver um excesso de ar, o rendimento dimi-nui e a temperatura do motor aumenta.

Fundamentalmente, a mistura deve sempre encontrar-seentre 0,75 < l <1,25.

A mistura dificilmente será inflamada se o valor lambdaultrapassar 1,25.

10.3.1. ENRIQUECIMENTO DA MISTURA

É necessário adaptar a relação ar/combustível a todasas condições de funcionamento do motor, de modo aque em qualquer situação se possa obter:Rendimentoelevado

· Boa capacidade de resposta do motor

· Boa eficiência

· Mínimo de emissões poluentes

Em certas situações é necessário o enriquecimento damistura:

No arranque

A mistura deve ser extremamente rica quando o motorestá frio, uma vez que parte do combustível condensanas paredes frias do colector de admissão e nos cilin-dros.

Em progressão

A mistura deve ser enriquecida para que se obtenha umatransição suave do ralenti para uma velocidade baixa.

Em aceleração

Quando a borboleta do acelerador abre rapidamente, ocombustível não consegue acompanhar a aceleração dofluxo de ar (devido ao seu peso mais elevado) e partedele não chega a entrar no cilindro. A mistura deve serenriquecida nesta fase para evitar qualquer hesitação domotor.

Nos motores com carburador, o enriquecimento é feitoatravés da bomba de aceleração e nos motores deinjecção, a gestão do motor detecta esta situação, pro-longando o tempo de injecção.

A meia carga

É desejável, a meia carga do motor, uma mistura pobrecombinada com um consumo baixo e níveis de emis-sões poluentes igualmente baixos.

Á potência máxima

Á potência máxima do motor, o arrefecimento adicionalda câmara de combustão é obtido por meio de um au-mento na proporção de combustível, evitando-se osobreaquecimento do motor. Para além disto, assegura-se a quantidade de combustível necessária para que seobtenha a energia máxima.

10.4. TIPOS DE ALIMENTAÇÃO

Os motores a gasolina podem ter dois tipos de alimenta-ção:

- com carburador

- com injecção.

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

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


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

Taxa de compressão (ε)=

A taxa de compressão não tem unidades, pois resultada divisão de duas grandezas com as mesmas unida-des. Pode-se calcular um dos volumes a partir do outro edo valor da relação.

Nos motores de explosão a quatro 4 tempos a gasolinasão comuns valores de taxa de compressão entre 7 e12.

Se a taxa de compressão aumentar, o rendimento e apotência do motor aumen-tam também. A energia docombustível é aproveitada de uma forma mais eficiente,embora tenha que se fornecer maior quantidade de tra-balho para a compressão.

O aumento de potência deve-se aos seguintes factores:

- Temperatura de compressão mais elevada, com umacorrespondente melhoria da gaseificação

- Melhor saída dos gases de escape das câmaras decompressão

Como a temperatura de compressão aumenta com a taxade compressão, a mistura pode auto inflamar-se antesque se dê a ignição através da faísca da vela. Assim,existe um limite para a taxa de compressão que variaconforme o grau de resistência do combustível à detona-ção.

Fig. 51 - Taxa de compressão - motor a gasolina

1 Ponto morto superior (PMS)2 Câmara de compressão (Vc)3 Elevação (s)4 Cilindrada (Vh)5 Ponto morto inferior (PMI)

cVcVhV +

que se obtenha uma boa combustão no cilindro.

Esta operação realiza-se no carburador ao qual se fazchegar a gasolina proveniente do depósito e ali se mistu-ra com o ar aspirado pelo motor.

Na injecção a gasolina o combustível é injectado nocolector de admissão justamente antes das válvulas deadmissão, por meio de um sistema de injecção autónomocontrolado, hidromecanicamente ou mediante uma ges-tão electrónica.

Através dos colectores de admissão circula somente ar.

Os sistemas de injecção a gasolina actuais resolvemtodas as restrições impostas pelos governos quanto apoluição atmosférica nos automóveis.

10.5. SISTEMA DE IGNIÇÃO

Para inflamar a mistura ar/combustível, os motores agasolina fazem uso de sistemas de ignição como o dafigura abaixo, sistema tradicional, ou outros mais evoluí-dos, já sem distribuidor, usados nas viaturas actuais. Aestes novos sistemas chamamos-lhes Integrados, poisgeram em conjunto a ignição e a injecção através de ummódulo electrónico, ECU.

Fig. 50

1 Bateria2 Interruptor de ignição3 Bobina de ignição3a Enrolamento primário3b Enrolamento secundário4 Distribuidor5 Velas6 Excêntrico7 Platinados8 Condensador9 Conjunto do avanço de vácuo10 Rotor11 Veio de excêntricos

10.6. TAXA DE COMPRESSÃO

Quando o pistão se desloca do PMI para o PMS duranteo tempo de compressão, a mistura ar/combustível quese encontra no cilindro é comprimida para um volume 7 a12 vezes menor que o original.

Comparando o volume acima do pistão quando este se


11. MOTORES DIESEL

11.1. COMBUSTÍVEL

O combustível dos motores Diesel, o gasóleo, é consti-tuído, tal como a gasolina, quase exclusivamente porhidrocarbonetos. Contém, adicionalmente, pequenaspercentagens de enxofre e acrílatos, dependendo dosdiferentes tipos do petróleo bruto (“crude”) e dos aditivossintéticos aplicados.

O gasóleo é muito pouco volátil. Não se verifica, pratica-mente, evaporação a temperaturas ambientes exterioresnormais pelo que não se formam gases explosivos.

Dentro de uma certa medida, os componentes sulfurosospresentes no gasóleo, desempenham uma função lubrifi-cante da bomba injectora, no entanto, dão também ori-gem a um aumento das emissões poluentes.

Como o gasóleo começa a cristalizar (formando parafi-na) a temperaturas inferiores a ºC, juntam-se váriosaditivos, para atrasar este processo.

Utilizam-se para este efeito, normalmente, a gasolinanormal ou o petróleo. Estes aditivos, no entanto, redu-zem a potência do motor. Durante algum tempo, as com-panhias petrolíferas de vários países, oferecem o que sechama Gasóleo de Inverno, contendo aditivos mas pou-co afectando a potência do motor.

11.1.1. ÍNDICE DE CETANO

O índice de cetano indica a facilidade de auto-inflamaçãodo gasóleo. Quanto mais elevado for este valor, mais fa-cilidade o gasóleo tem de se auto-inflamar.

Uma boa auto-inflamação do combustível melhora aperformance da queima de um motor Diesel, diminuindoo ruído provocado pela combustão e o esforço sobre osórgãos mecânicos do motor.

Este índice compara a facilidade de auto-inflamação docetano (hidrocarboneto com boa capacidade de auto-inflamação; índice de cetano = 100) com a do própriogasóleo.

11.2. FORMAÇÃO DA MISTURA

Para uma melhor compreensão do ciclo diesel, vamosanalisar pormenorizadamente cada um dos seus quatrotempos:

Admissão: O motor só aspira ar.

Compressão: Quando o pistão sobe, o ar é comprimidoaté uma pressão próxima dos 35 bar, o que faz aumentara sua temperatura para valores altíssimos.

Inflamação: Num ponto pré-determinado, durante o cur-so da compressão, é injectada para dentro do cilindrouma quantidade rigorosamente calibrada de combustívelatomizado. O ar mistura-se com o combustível atomizadoe a temperatura que se regista no interior do cilindro faz

com que a mistura se auto-inflame. A expansão resul-tante dos gases inflamados desloca o pistão em direcçãoao PMI, fazendo rodar a cambota.

Escape: Neste curso, ao deslocar-se para cima, o pis-tão empurra os gases queimados para fora do cilindro,ao mesmo tempo que se prepara já o curso de admissãodo 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.

Fig. 52 - Tipos de câmaras de combustão

A Injecção indirecta (câmara de turbulência)B Injecção directa

11.3.1. INJECÇÃO INDIRECTA

Neste tipo de motor, o ar que é aspirado para o cilindrono tempo de admissão é forçado no tempo de compres-são a passar por uma abertura muito estreita para umapequena câmara (câmara de turbulência) existente nacabeça do motor. O objectivo da câmara de turbulência éimprimir ao ar um movimento turbilhonar antes da injecçãode combustível. Criam-se assim as condições ideais para


uma perfeita mistura ar/combustível e uma combus-tão óptima da mistura quando o gasóleo é injectado nacâmara de turbulência.

Este tipo de motor é dotado de velas de incandescênciaque facilitam o arranque a frio. Os injectores utilizadosabrem com pressões da ordem dos 110 a 135 bar. Estapré-injecção produz uma combustão menos ruidosa eviolenta do que o sistema de injecção directa que vamosestudar a seguir.

11.3.2. INJECÇÃO DIRECTA

Neste tipo de motor, as passagens de entrada de ar euma câmara aberta na coroa de cada pistão, foram con-cebidas de forma a provocar uma forte turbulência do ardurante o tempo de admissão. No tempo de compres-são, o ar é comprimido na câmara do pistão e o gasóleoé injectado directamente nesta câmara.

A concepção deste motor permite-lhe arrancar a frio sema utilização de velas de incandescência, mas alguns fa-bricantes utilizam-nas para facilitar os arranques a frioe a combustão, enquanto o motor não atinge a tempera-tura ideal de funcionamento. Neste tipo de motores aspressões de injecção chegam a atingir os 1000 bar.

Devido a este facto, a combustão processa-se num in-tervalo de tempo mais curto e, consequentemente, de

forma mais violenta do que nos motores de injecçãoindirecta. Este inconveniente é no entanto compensadopor um consumo de combustível cerca de 20% mais bai-xo.

Fig. 53 - Injecção indirecta

A Pistão em compressãoB Fluxo de ar para a câmara de turbulênciaC Turbilhão de ar1 Câmara de turbulência2 Canal de combustão3 Bico do injector

Fig. 51 - Tabela comparativa entre injecção Indirecta e Directa


Fig. 54 - Motor de injecção directa

A Câmara de combustãoC Câmara de combustão1 Câmara na cabeça do pistão2 Zona côncava3 Anel de turbulência4 Injector

11.4. INJECTORES DIESEL

São utilizados injectores diferentes, conforme o motor éde injecção indirecta ou directa. Os injectores são afina-dos para a bomba injectora com que trabalham e não sepodem trocar (diferentes pressões de injecção).

Normalmente, os motores de injecção indirecta estãoequipados com injectores de bico de furo único, que pro-duzem um jacto de formato cónico. Deste modo, ogasóleo é inicialmente pré-injectado num pequeno jacto,que em seguida muda para um jacto forte à medida quea agulha sobe, produzindo uma combustão menos vio-lenta.

Fig. 55 - Injector com bicos de furos múltiplos

Os motores Diesel de injecção directa usam injectorescom bicos de furos múltiplos distribuídos em relação àcâmara de combustão. Estes injectores disparam comuma pressão de cerca de 280 bar, podendo atingir emmotores industriais e marítimos pressões acima de 1000bar. No entanto, a pressão gerada na bomba sobe a umvalor muito mais elevado.

Fig. 56 - Injector com bico de furo único

A. Pré-injecção, quando a agulha começa a subirB. Injecção, com a agulha completamente levantada

11.5. BOMBA INJECTORA

A bomba deve injectar o gasóleo a uma pressão muitoelevada, mas numa quantidade reduzida e muito doseada(para queimar 1 g de gasóleo são necessários cerca de32 g, ou seja 25 litros de ar, o que corresponde a 0,04 gde gasóleo para 1 litro de ar).

O princípio da injecção baseia-se na deslocação de umpistão situado no interior de um cilindro de grande preci-são, sendo o deslocamento provocado pela rotação deum excêntrico.

A função essencial do pistão é a de elevar a pressão docombustível de cerca de 8 bar, até um valor compreendi-do entre 130 e 200 bar , embora em alguns casos possaatingir pressões da ordem dos 1000 bar.

11.6. TAXA DE COMPRESSÃO

Como só se comprime ar, a taxa compressão é muitomais elevada que num motor a gasolina, pois não existeo perigo de detonação antes do início da combustão.

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


elevada proporciona um melhor aproveitamento da ener-gia disponível durante o processo de combustão.

A taxa de compressão, nos motores Diesel, pode atingirvalores que variam entre 14:1 e 23:1.

Com uma taxa de compressão de cerca de 22:1, for-mam-se pressões da ordem dos 30/35 bar e a tempera-tura do ar sobe até 500-800 ºC O volume do ar no fim dacompressão será 22 vezes inferior ao volume total docilindro.

Fig. 57 - Taxa de compressão - motor Diesel

1. Volume do cilindro no PMI2. Volume comprimido no PMS

12. TIPOS DE COMBUSTÍVEIS

Nos motores de combustão interna, os combustíveisuniversalmente usados são a gasolina e o gasóleo, am-bos obtidos da destilação do petróleo bruto.

Para além dos combustíveis obtidos por destilação, exis-

tem também outros cuja origem não provém do petróleocru, sendo elaborados em países onde este não existeou há dificuldade em retirá-lo do subsolo.

Alguns deste combustíveis são:

- Gasolina sintética, variedade composta a partir dahidrogenação do carvão fóssil com um elemento catali-zador.

- Etanol, é álcool etílico puro que se obtém de substânci-as como batatas ou cereais, mediante fermentação edestilação posterior.

- Metanol, é álcool metílico puro que se obtém por pro-cessos de catálise a altas pressões, partindo do óxidode carbono e do hidrogénio. Este combustível é pobreem calorias e costuma-se misturar com o etanol em pro-porções de 2 para 1.

- Gases líquidos, são misturas de gases como o butano,metano e propano, que se obtém dos gases naturais nosprocessos de hidrogenação dos hidrocarbonetos (petró-leo bruto). O gás mais utilizado é o GPL (Gás liquefeitodo petróleo).

13. COMPARAÇÃO GASOLINA/DIESEL

13.1. DIFERENÇAS ENTRE MOTORES A GASOLINA EDIESEL

Fig. 57 - Diferenças entre motores a gasolina e Diesel


14. COMBUSTÃO

14.1. COMBUSTÃO

Para um baixo consumo de combustível e, deste modo,para um rendimento elevado, são favoráveis tempos decombustão curtos, ou seja, velocidades de combustãoelevadas.

Fig. 58 - Representação esquemática do processo de combustão

N2O2 Ar (azoto + oxigénio)HC Combustível (hidrogénio + carbono)1 Carburador2 Combustão3 Energia térmica4 Energia mecânicaCO2 Dióxido de carbonoCO Monóxido de carbonoHC HidrocarbonetosH2O ÁguaO2 OxigénioNOX Óxidos de azoto

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

14.2. PRODUTOS DA COMBUSTÃO

A composição das emissões de escape é um indicadordo tipo de mistura. A legislação é cada vez mais exigentee a composição da mistura deve ser ajustada por forma afacilitar a condução do veículo e a proporcionar consumose emissões de gases poluentes o mais baixos possível.

O nível de monóxido de carbono (CO) nos gases deescape indica se a mistura é rica ou pobre. Como amedição da percen-tagem de monóxido de carbono érelativamente simples, utiliza-se o nível de CO dos gasesde escape como valor de medição para afinação damistura.

O valor correcto para o nível de CO de cada veículoencontra-se no respectivo manual de oficina.

Fig. 59 - Concentrações poluentes a diferentes teores de misturas

CO Monóxido de carbonoHC HidrocarbonetosNO Monóxido de azoto

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

14.3. COMBUSTÃO DIESEL

A maior diferença entre os motores Diesel e a gasolina éo seu processo de combustão. O motor Diesel só admitear atmosférico para dentro do cilindro. Durante o cursode compressão, a temperatura do ar admitido torna-sesuficientemente elevada para inflamar o gasóleo injectadoatravés do injector.

O motor Diesel baseia-se no princípio da auto-ignição esó pode funcionar com um sistema de injecção decombustível. A formação da mistura dá-se durante asfases de compressão e combustão. No fim do tempo dacompressão, é injectado combustível na câmara decombustão, onde se atomiza, se mistura com o ar quente,vaporiza e arde. A qualidade deste processo de combustãodepende da formação da mistura e do aquecimento docombustível pelo ar da câmara.

O motor Diesel trabalha sempre com uma mistura pobre,pois não é possível a queima à relação estequiométrica.No entanto, devido ao facto de a vaporização docombustível no interior do cilindro não permitir umadistribuição uniforme do combustível por toda a câmarade combustão, há zonas em que a relação ar/combustívelé maior e outras em que é menor que a estequiométrica.

Nas zonas em que a mistura é pobre (relação maior quea estequiométrica) não há problemas que afectem acombustão, mas nas zonas ricas (relação menor que aestequiométrica) o combustível não vai encontrar todas


as moléculas de ar que são necessárias para haver umacombustão completa.

Normalmente, utiliza-se um excesso de ar de 20% oumais. Na figura, demos o valor 1 à relação da misturaestequiométrica, sendo 1,2 a relação realmente usadanos motores diesel. Abaixo desse valor, a combustãonão é completa originando a saída de fumos negros peloescape.

Fig. 60 - Relação Ar/combustível nos motores dieselA Relação ar/combustívelB Zona de combustão incompleta (fumo negro)n Velocidade do motor em rpm

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

14.4. EMISSÕES POLUENTES

As emissões poluentes provenientes dos motores decombustão interna são substâncias gasosas que selibertam para a atmosfera através do sistema de escapee através dos diferentes sistemas de ventilação.

Mesmo em baixas concentrações estas substâncias sãoprejudiciais ao bem estar das pessoas, animais e plantas.Se as concentrações forem elevadas, poderão causardanos permanentes à saúde.

A concepção de um bom motor caracteriza-se, destemodo, por uma produção baixa de poluentes. Para alémdisso, é necessária uma manutenção regular na oficina,de maneira a garantir que os níveis de emissão de gasespoluentes se mantêm baixos durante toda a vida útil doveículo.

Comparando os motores a gasolina e Diesel em níveisde emissões poluentes, podemos afirmar que estesúltimos são menos prejudiciais ao meio ambiente.

Fig. 61 - Sem controlo anti-poluição

Fig. 62 - Com controlo anti-poluição


14.5. GASES LIQUEFEITOS E SUA COMBUSTÃO

O G.P.L. é um excelente combustível para motores decombustão interna, pois possui uma elevada propriedadeanti-detonante, permite potências próximas às dosmotores a gasolina e um melhor rendimento, conseguindo-se ainda gases de escape praticamente isentos depoluentes.

O uso de G.P.L. nos motores confere as seguintescaracterísticas:

- Gases de escape “limpos”

- Maior longevidade do óleo de lubrificação (ascaracterísticas do óleo são mantidas durante maistempo dado que não existe diluição com a gasolina)

- Uma maior longevidade do motor devido à ausência dedepósitos de carbono

- Uma potência inferior em cerca de 10%, que se traduznuma diminuição da velocidade máxima em cerca de3%

- Um ligeiro aumento do consumo em volume (devido àdensidade inferior do gás) comparando com a gasolina.

Os gases libertados pela combustão de G.P.L. são osmesmos que seriam no caso da gasolina, embora emproporções bastante inferiores.

14.6. CATALISADORES

Desde meados da década de 70 foi sendo desenvolvidoum sistema capaz de transformar os três gases poluentesmais nocivos (CO, HC e NOx) noutros compostosrecicláveis pelo ambiente (CO2, H2O e N2). A estesdispositivos deu-se o nome de catalisadores. Oscatalisadores executam a transformação química noespaço de tempo em que os gases percorrem o tubo deescape até chegarem à atmosfera.

14.6.1. TIPOS DE CATALISADOR

Existem três tipos de catalisador:

- Catalisador de oxidação

- Catalisador de 2 vias

- Catalisador de 3 vias

Catalisador de oxidação

Foi o primeiro a ser desenvolvido. Provoca a oxidação doCO e do HC através da injecção de ar suplementar antesdo catalisador. Este sistema não tem qualquer tipo decontrolo sobre a composição da mistura.

Catalisador de 2 vias

Este tipo de catalisador é composto por dois elementos.O primeiro vai reduzir os NOx e o segundo destina-se àoxidação do CO e do HC. Entre os dois há injecção dear. Este sistema também não tem qualquer tipo de controlo

sobre a composição da mistura.

Catalisador de 3 vias

O catalisador de 3 vias elimina os três principais poluentes(CO, HC e NOx). Ao seu funcionamento está associadoum sistema de controlo da mistura admitida, com a ajudada informação de um ou mais sensores de oxigénio(sonda lambda). É este o sistema mais recente e emvigor nos países com legislação sobre esta matéria.

O catalisador apresenta um aspecto exterior semelhanteao de uma panela de escape. Este possui no seu interiorum bloco cerâmico formando uma malha imensa depequenos canais. Este bloco está envolvido por uma placade alumínio revestida por uma camada catalítica activaconstituída por metais preciosos como a platina e o ródio.

A platina provoca a oxidação do CO e dos HC ao passoque o ródio elimina os NOx. Esta transformação químicaexige um sistema de controlo em circuito fechado paraser bem sucedida.

A conversão dos elementos poluentes só se iniciará comtemperaturas acima de 250°C no catalizador. Atemperatura de funcionamento de um catalisador de 3vias varia entre 400°C e 800°C, de modo a obter um bomrendimento e uma vida longa. Para temperaturassuperiores a 1000°C, o catalizador diminui drasticamenteo seu tempo de vida.

A utilização de gasolina sem chumbo é outra condiçãoessencial para o bom funcionamento do catalisador. Osresíduos provenientes do óleo do motor (por exemplo,segmentos gastos) podem provocar a contaminação doscanais e diminuem o tempo de vida do catalisador.

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MANUAL_DESCRIÇÃO MECANICA DOS MOTORES