45
  Julho 2010 Noções Básicas de Motores Diesel VARELLA & SANTOS

NOÇÕES BASICAS DA MECANICA A DIESEL

Embed Size (px)

Citation preview

Julho 2010

Noes Bsicas de Motores DieselVARELLA & SANTOS

NOES BSICAS DE MOTORES DIESEL NOES BSICAS DE MOTORES DIESEL 1 Edio Julho 2010

1

Carlos Alberto Alves Varella Professor do Departamento de Engenharia UFRRJ

Gilmar de Souza Santos Mecnico da Prefeitura Universitria UFRRJ

Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro Seropdica RJ Julho - 2010

SUMRIO

2

SUMRIO NOES BSICAS DE MOTORES DIESEL ........................................................................... 1 SUMRIO .......................................................................................................................... 2 INTRODUO .................................................................................................................... 3 PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES ................................................................................. 5 CABEOTE DO MOTOR ................................................................................................. 5 BLOCO DO MOTOR ....................................................................................................... 7 CRTER DO MOTOR .................................................................................................... 10 CMARA DE COMBUSTO .......................................................................................... 10 MOTOR DIESEL DE QUATRO TEMPOS ............................................................................ 12 COMBUSTVEIS PARA MOTOR DIESEL ............................................................................ 15 QUALIDADE DO LEO DIESEL ..................................................................................... 16 SISTEMA DE ALIMENTAO ........................................................................................... 18 INTRODUO .............................................................................................................. 18 CIRCUITO DE AR .......................................................................................................... 19 CIRCUITO DE COMBUSTVEL ....................................................................................... 23 SISTEMA DE LUBRIFICAO ............................................................................................ 28 LEOS LUBRIFICANTES................................................................................................ 28 TIPOS DE SISTEMAS DE LUBRIFICAO ...................................................................... 30 Sistema de mistura com o combustvel ...................................................................... 30 Sistema por salpico ..................................................................................................... 30 Sistema de circulao e salpico .................................................................................. 31 Sistema de circulao sobpresso .............................................................................. 31 SISTEMA DE ARREFECIMENTO........................................................................................ 35 SISTEMA DE CIRCULAO FORADA .......................................................................... 35 SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DIESEL..................................................................... 39 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 44

INTRODUO INTRODUO A ideia de se construir um motor aproveitando a fora expansiva dos gases provenientes da combusto de plvora num cilindro fechado foi proposta pelo Padre HAUTEFOILLE em 1652, no entanto no deixou nada escrito sobre o assunto. Em 1680, HUYGENS props um motor cujo combustvel era a plvora e funcionaria com cilindro e pisto. Em 1687, DNIS PAPIM desenvolveu e descreveu o princpio de funcionamento de uma mquina a vapor com pisto. Em 1767, JAMES WATTS construiu um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros. B. THOMPSON (1797), conde RUMFORD, durante a construo de um canho, comea a observar a equivalncia entre calor e trabalho, aumentando com isso as possibilidades de clculos sobre os motores. O inventor da iluminao a gs, PHILLIP LEBEN obteve em 1801, a patente de um motor de combusto, que funcionava tendo como princpio a expanso dos gases proveniente da combusto de uma mistura de ar e gs inflamado. W. CECIL (1821) desenvolveu um motor de combusto que trabalhava com a mistura de ar e hidrognio, que foi realmente o primeiro motor a funcionar com sucesso. JEAN ETIENNE LENOIR (1852) partindo dos princpios de CECIL (1821), comeou a trabalhar no projeto de construo de um motor. Em 1858, tentou o seu primeiro motor fixo de exploso a gs, que patenteou em 1860. A partir desse motor comeou a pensar na possibilidade de transformar movimento retilneo em movimento de rotao. Em 1863 construiu um triciclo com motor a gs de hilha ou leo leve (xisto ou alcatro) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 1,5 hp. Em gs comprimido no interior de um cilindro dava-se a combusto por intermdio de uma fasca eltrica. Nesse motor no havia a mistura do combustvel com o ar, sendo que somente o combustvel (o gs hilha) era comprimido no cilindro. LENOIR no foi capaz de compreender a importncia da mistura do combustvel com o ar no processo da combusto para o aumento da produo de calor devido ao aumento da quantidade de oxignio. Com o triciclo viajou por toda a Europa, chegando a ganhar o grande prmio Argenteuil (corrida automobilstica Paris Joinville-leponte). Apesar do sucesso que obteve com o triciclo no chegou a ser comercializado. DUGALD CLERK (1854) construiu o primeiro motor de combusto de dois tempos. GOTTLIEB DAIMLER, 1885, foi pioneiro na construo de motores de combusto interna de dois tempos para automveis e introduziu a ignio por centelha nos motores, o que tornou vivel a construo dos automveis anos mais tarde. BARSANTI e MATTEUCI (1857) construram um motor de pisto livre que operava da seguinte forma: a expanso dos gases da combusto impulsionava o pisto verticalmente para cima e quando o pisto descia, pela ao da gravidade, acionava uma catraca, que por sua vez acionava um eixo. Foi comercializado por OTTO e LANGEN at o ano de 1867. BEAU DE ROCHS (1862) props e patenteou os princpios de funcionamento

3

INTRODUO

4

dos motores de quatro tempos de combusto interna com mbolos, que devido suas caractersticas apresentava condies de eficincia elevada. Nunca obteve sucesso na aplicao de suas teorias, ou seja, nunca conseguiu construir seu motor. NIKOLAUS AUGUST OTTO (1876), alemo, caixeiro viajante e scio de uma fabrica de motores a gs, foi quem construiu depois de ter inventado independentemente o mesmo ciclo, descrito por BEAU DE ROCHS, o motor que foi chamado de OTTO silencioso. interessante saber que OTTO conheceu o projeto e o motor de LENOIR, construindo primeiro um motor semelhante. Aps esse experimento OTTO conseguiu formar uma opinio e solidificar seus conhecimentos para somente em 1878 apresentar seu motor na Feira Internacional de Paris. O experimento de OTTO foi o seguinte: movimentou o pisto manualmente at onde pode. Esse movimento do pisto resultou na compresso da mistura arcombustvel no cilindro. Feito isso, ligou a ignio e ocorreu a exploso seguida de rpidas rotaes no volante do motor, desta forma concluiu que: A mistura ar-combustvel deve ser admitida no primeiro movimento, onde ocorre o recuo do pisto; A mistura ar-combustvel deve ser comprimida no segundo movimento; A expanso ocorre no terceiro movimento, a expanso (combusto), cria a fora til. A descarga ocorre no quarto movimento (volta do pisto) ocorre a descarga: liberao e expulso dos resduos da combusto. OTTO se associou com o engenheiro EUGEN LOGEN e fundou a N. A. OTTO & CIA, primeira fbrica de motores de combusto do mundo. Em 1893 RUDOLF DIESEL, alemo, engenheiro, inventou o tipo de motor que hoje leva seu nome: motor diesel. Aps algumas dificuldades para financiar seu projeto, construiu um motor que explodiu aps a primeira injeo de combustvel, escapando pr pouco de morrer. E aps mais quatro anos de estudos e experimentos conseguiu um motor operacional. As diferenas bsicas entre seu motor e o de OTTO a forma de misturar o ar com o combustvel e a ignio do motor. No diesel a ignio por compresso e no OTTO por centelha eltrica. Os motores de combusto interna so classificados em relao ao ciclo de funcionamento em dois tipos: ciclo OTTO e ciclo DIESEL. O ciclo de funcionamento o conjunto de transformaes na massa gasosa que ocorre no interior dos cilindros, desde sua admisso, at a eliminao para o meio ambiente. O ciclo OTTO foi descrito por NIKOLAUS A. OTTO (1876) e o ciclo DIESEL por RUDOLF DIESEL (1893). Ambos os ciclos podem ser completados em dois ou quatro cursos do pisto. Quando o motor completa o ciclo em dois cursos do pisto chamado de motor de dois tempos e quando completa o ciclo em quatro cursos chamado motor de quatro tempos.

PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES Os motores de combusto interna apresentam trs principais partes: cabeote, bloco e crter, conforme ilustrado na Figura 1.

5

Figura 1. Cabeote, bloco e crter do motor.

CABEOTE DO MOTOR O cabeote a parte superior do motor. Normalmente os cabeotes de motores resfriados a gua so fabricados em ferro fundido, e em circunstncias especiais que exige pouco peso, so fabricados em alumnio. A Figura 2 ilustra o cabeote de um motor de quatro tempos.

Figura 2. Cabeote do motor.

PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES Vlvulas Atualmente, quase todos os motores apresentam as vlvulas no cabeote. As vlvulas controlam a entrada e sada dos gases no cilindro. A passagem dos gases de admisso mantm sua temperatura da vlvula de admisso entre 250 e 300C. A vlvula de descarga suporta temperaturas entre 700 e 750C. O motor de quatro tempos convencional apresenta duas vlvulas por cilindro: uma de admisso e outra de descarga. Segundo TAYLOR (1976), a capacidade de escoamento da vlvula de descarga pode ser menor que da vlvula de admisso, e recomenda que o dimetro da vlvula de descarga deva ser 0,83-0,87 do dimetro da vlvula de admisso. A Figura 3 ilustra diversos tipos de vlvulas para motores.

6

Figura 3. Diversos tipos de vlvulas para motores. Eixo de cames ou de comando de vlvulas Este eixo controla a abertura e fechamento das vlvulas de admisso e descarga. Recebe movimento da rvore de manivelas, possui um ressalto ou came para cada vlvula e gira com metade da velocidade da rvore de manivelas. Os ressaltos atuam sobre os impulsionadores das vlvulas em tempos precisos. Os eixos de cames so fabricados em ao forjado ou ferro fundido (ao nquel-cromo-molibdnio). Passam por tratamentos como cementao e tempera de maneira a oferecer a mxima resistncia ao desgaste dos ressaltos. O eixo de comando de vlvulas pode ser encontrado no cabeote ou no bloco do motor. A Figura 4 ilustra o eixo de cames ou de comando de vlvulas.

PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES

7

Figura 4. Eixo de cames ou de comando de vlvulas. BLOCO DO MOTOR O bloco a parte central do motor. So, na sua maioria, de ferro fundido. A resistncia do bloco pode ser aumentada, se for utilizada na sua fabricao uma liga de ferro fundido com outros metais. Alguns blocos de motor so fabricados com ligas de metais leves, o que diminui o peso e aumenta a dissipao calorfica. Neste caso o cilindro revestido com camisa de ferro fundido. A Figura 5 ilustra o bloco do motor de combusto interna.

Figura 5. Bloco do motor de combusto interna. Cilindro O cilindro um furo no bloco aberto nas extremidades. Os cilindros podem ser constitudos por uma pea sobressalente denominada camisa, que colocada no furo do bloco, evitando que este sofra desgaste. A camisa ou cmara de gua um conjunto de condutores para circulao da gua de resfriamento dos cilindros, e, normalmente fundida com o bloco do qual faz parte integrante. O dimetro do cilindro determinado conforme ilustrado na Figura 6.

PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES

8

Figura 6. Dimetro do cilindro do motor. rvore de manivelas ou virabrequim rvore de manivelas possui na extremidade posterior um flange para acoplamento do volante do motor e na extremidade anterior um eixo para transmisso de rotao ao eixo de comando de vlvulas, diretamente engrenado ou por intermdio de corrente/correia dentada. So normalmente fabricadas em ao ou ao fundido. A Figura 7 ilustra rvore de manivelas de um motor de quatro cilindros.

Figura 7. rvore de manivelas ou virabrequim. Pisto O pisto fechado na parte superior e aberto na inferior. O pisto se movimenta linearmente no interior do cilindro percorrendo sempre uma mesma distncia denominada de curso. Curso a distncia entre o ponto morto superior e o ponto morto inferior do pisto.

PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES

9

Figura 8. Curso do pisto. O pisto apresenta ranhuras na parte superior para fixao dos anis de segmento. Existem dois tipos de anis de segmento: de vedao e de lubrificao. Os anis de vedao impedem a passagem dos gases de compresso e os queimados para o crter, mantendo assim, a presso constante sobre a cabea do pisto. Os anis de lubrificao lubrificam e raspam o excesso de leo que fica na parede do cilindro, removendo-o para o crter. A Figura 9 ilustra um pisto com trs ranhuras na cabea para colocao dos anis de segmento.

Figura 9. Pisto com trs ranhuras na cabea para colocao dos anis de segmento. Biela Em forma de haste, serve para transmitir o movimento linear alternativo do pisto para a rvore de manivelas. A biela fixada nos mancais mveis ou de bielas do virabrequim e no fica em contato direto com o eixo. Entre a biela e o virabrequim so colocados os casquilhos para evitar desgaste do virabrequim. Mesmo assim, essas peas no so justas, existindo entre elas, uma folga, por onde circula o leo lubrificante. A biela e casquilhos so ilustrados na Figura 10.

PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES

10

Figura 10. Bielas e casquilhos. CRTER DO MOTOR O crter a parte inferior do motor. Nos motores de quatro tempos basicamente o reservatrio de leo lubrificante. A bomba de leo lubrificante est localizada no crter. A Figura 9 ilustra o crter do motor de combusto interna.

Figura 11. Crter do motor de combusto interna. CMARA DE COMBUSTO A cmara de combusto o espao compreendido entre o cabeote e a cabea do pisto no ponto morto superior. Apresentam formas irregulares e onde ocorre a combusto da mistura ar-combustvel (Figura 12).

PRINCIPAIS PARTES DOS MOTORES

11

Cmara de combusto

Figura 12. Cmara de combusto.

MOTOR DIESEL DE QUATRO TEMPOS MOTOR DIESEL DE QUATRO TEMPOS Os motores de quatro tempos so assim denominados porque realizam o ciclo em quatro cursos do pisto. O ciclo do motor composto por quatro fases: admisso, compresso, expanso e descarga. Primeiro curso: admisso O pisto se desloca do PMS para o PMI. Neste curso ocorre a admisso somente de ar interior do cilindro (Figura 13). Durante a admisso a vlvula de admisso est aberta e a vlvula de descarga est fechada. O volume de ar admitido denominado de volume de admisso ou cilindrado parcial do motor. Esse volume de ar aspirado sempre o mesmo, sendo a variao da potncia obtida pela variao do volume de combustvel injetado de acordo com a posio do acelerador.

12

AR

Figura 13. Admisso de somente ar durante o primeiro curso do motor diesel.. Segundo curso: compresso O pisto se desloca do PMI para o PMS. Neste curso ocorre a compresso do ar. As vlvulas de admisso e descarga esto fechadas. A compresso do ar na cmara de combusto produz elevao da temperatura. No fim da compresso para a relao volumtrica de 18:1, a presso de 40-45 kgf.cm-2 e a temperatura de aproximadamente 800 C. No final da compresso, o combustvel dosado e injetado na cmara de combusto. A medida exata do combustvel e o momento da injeo so fatores muito importantes para o bom funcionamento dos motores diesel. A injeo do combustvel na cmara de combusto feita pelo bico injetor (Figura 14). Imediatamente aps a injeo, o combustvel se inflama devido ao contato com o ar aquecido, iniciando-se a combusto.

MOTOR DIESEL DE QUATRO TEMPOS Bico injetor Combustvel

13

Figura 14. Injeo de combustvel pelo bico injetor ao final do segundo curso. Terceiro curso: expanso O pisto se desloca do PMS para o PMI. Neste curso ocorre a expanso da mistura ar-combustvel. As vlvulas de admisso e descarga esto fechadas. A medida que o combustvel injetado, vai se inflamando, aumentando a temperatura dos gases que tendem a se dilatar cada vez mais. Durante a expanso o pisto acionado pela fora de expanso dos gases transformando a energia trmica em mecnica (Figura 15). A fora vinda da expanso dos gases transmitida para a rvore de manivelas, atravs da biela, promovendo assim o movimento de rotao do motor. A expanso o nico curso que transforma energia. Parte da energia transformada armazenada na rvore e no volante do motor, sendo consumida durante os outros trs cursos. Ar-Combustvel

Figura 15. Deslocamento do pisto pela fora de expanso dos gases transformando a energia trmica em mecnica.

MOTOR DIESEL DE QUATRO TEMPOS Quarto curso: descarga O pisto se desloca do PMI para o PMS. Neste curso ocorre a descarga dos resduos da combusto. A vlvula de admisso est fechada e a de descarga est aberta. O movimento ascendente do pisto expulsa do cilindro os resduos da combusto atravs da vlvula de descarga (Figura 16)..

14

Resduos da combusto

Figura 16. Resduos da combusto so eliminados atravs da vlvula de descarga.

COMBUSTVEIS PARA MOTOR DIESEL COMBUSTVEIS PARA MOTOR DIESEL Os combustveis utilizados em motor diesel so o leo diesel, biodiesel e lcool. Contudo o leo diesel ainda o combustvel mais utilizado em motores diesel. O leo diesel um derivado da destilao do petrleo bruto constitudo basicamente por hidrocarbonetos. O leo diesel um composto formado principalmente por tomos de carbono, hidrognio e em baixas concentraes por enxofre, nitrognio e oxignio. um produto pouco inflamvel, medianamente txico, pouco voltil, lmpido, isento de material em suspenso e com odor forte e caracterstico. Recebeu este nome em homenagem ao engenheiro alemo Rudolf Diesel, (Wikipdia, 2010). Desde 1994, a Petrobras produz dois tipos de leo diesel rodovirio: metropolitano e interior. O metropolitano, com menor teor de enxofre, consumido em regies que necessitam de um leo com menor emisso de material particulado e que produza ganho ambiental. O diesel interior consumido nas demais regies do Pas. Dentro desses dois tipos existem ainda os seguintes subtipos: leo diesel aditivado e leo diesel Inverno. O Diesel rodovirio metropolitano comercializado atualmente possui, desde maio de 2006, um teor de enxofre de no mximo 0,05% (500 ppm), visando reduzir ainda mais as emisses de material particulado. No primeiro semestre de 2005 a Petrobras passou a fornecer o leo Diesel D 500 nas regies metropolitanas dos estados do Rio de Janeiro, So Paulo e Minas Gerais (Petrobras, 2010). O leo diesel rodovirio classificado conforme o teor de enxofre em trs classes (Art. 3, Resoluo da ANP n 42): a) leo diesel A S50 e B S50: combustveis com teor de enxofre, mximo, de 50 mg/kg; b) leo diesel A S500 e B S500: combustveis com teor de enxofre, mximo, de 500 mg/kg; c) leo diesel A S1800 e B S1800: combustveis com teor de enxofre, mximo, de 1800 mg/kg. leo diesel rodovirio interior (S1800) Esse produto comercializado nas regies do pas onde no h venda do diesel metropolitano. Para diferenci-lo deste, o leo diesel rodovirio interior recebe um corante de cor vermelha. O teor de enxofre desse produto de no mximo 0,18% (1800ppm). Da mesma forma que o leo diesel metropolitano, ele pode ser comercializado pelas distribuidoras aditivado ou no. Conforme determinao do DNC, a PETROBRAS coloca disposio do mercado trs tipos de leo Diesel, a saber: TIPO A Diesel automotivo, utilizado em motores diesel e instalaes de aquecimento de pequeno porte. TIPO B Diesel metropolitano. tambm utilizado para aplicao automotiva. Difere do diesel Tipo A por possuir no mximo 0,5 % de enxofre e por somente ser comercializado para uso nas regies metropolitanas das seguintes capitais: Porto Alegre, Curitiba, So Paulo, Rio de Janeiro, Belo Horizonte, Salvador,

15

COMBUSTVEIS PARA MOTOR DIESEL

16

Recife, Fortaleza e Aracaju. TIPO D Diesel martimo. produzido especialmente para utilizao em motores de embarcao martima. Difere do diesel Tipo A por Ter especificado o seu ponto de fulgor em, no mnimo, 60oC. Este diesel no produzido pela REGAP. QUALIDADE DO LEO DIESEL A qualidade do leo diesel e especificada em funo de diversas caractersticas do combustvel. As principais so: pureza, densidade, viscosidade, nmero de cetano e ponto de fulgor. Pureza uma medida do teor de gua e sedimentos presentes no leo diesel. Essas impurezas normalmente so provenientes do transporte e armazenamento inadequados do combustvel. A presena desses contaminantes, em teor maior que o permitido, causa desgaste excessivo do motor. A gua causa corroso dos bicos injetores, combusto imperfeita e promove a formao de partculas de ferrugem. Os slidos em suspenso devido aos danos causados ao sistema de alimentao de combustvel, principalmente bomba e bicos injetores. O teste de pureza feito em laboratrios credenciados pela Agncia Nacional do Petrleo (ANP). Consiste em se centrifugar 50 ml de diesel misturado em tubo de ensaio com quantidade igual de um solvente (tolueno). No final, l-se a camada de gua e de sedimentos presentes na parte inferior do tubo e a seguir calcula-se a percentagem em relao amostra tomada. Os limites mximos previstos pela ANP para presena de gua e sedimentos no leo diesel de 0,05% em volume, isto , para cada 50 ml de diesel o mximo permitido de gua e sedimentos 0,025 ml. Contagem de Partculas Pesquisa e quantifica a presena de contaminantes no leo diesel. Detecta tanto partculas metlicas como no metlicas inclusive sujeiras de fontes externas como, por exemplo, slica. Um contador de partculas emite raio de luz a laser, quantificando e registrando os tamanhos dos contaminantes. O resultado segue a norma ISO 4406 que classifica partculas em maior que cinco e maior que 15 micra.

Densidade a relao entre massa e volume de leo diesel a temperatura de 20 o C, expressa em g/cm3. Variaes na densidade tem influncia na massa de combustvel injetado, visto que a bomba injetora controla a injeo em funo da variao do volume. Os limites especificados pela ANP so: 820-880 kg/m para diesel B- interior e 820 a 865 kg/m para diesel D-metropolitano (Pitanguy, 2004).

COMBUSTVEIS PARA MOTOR DIESEL Viscosidade A viscosidade do leo diesel e determinada em condies cinemticas seu resultado expresso em centsimos de Stokes (centiStokes). A viscosidade medida em funo da resistncia ao escoamento do leo diesel em orifcio padro. A viscosidade tem influncia na lubrificao da bomba e bicos injetores. Valores baixos de viscosidade resultam em desgaste excessivo e vazamentos nestas partes do sistema de alimentao. Valores altos resultam em maior esforo da bomba injetora e atomizao inadequada do combustvel pelos bicos injetores. Nmero de Cetano O nmero de cetano mede a qualidade de ignio do diesel e tem influncia direta na partida do motor e no seu funcionamento sob carga. Fisicamente, o nmero de cetano se relaciona diretamente com o retardo da ignio do motor de modo que, quanto menor o nmero de cetano maior ser o retardo da ignio. Consequentemente, maior ser a quantidade de combustvel que permanecer na cmara sem queimar no tempo certo (Pinheiro, 1998). Ponto de fulgor O ponto de fulgor indica a facilidade do diesel inflamar, varia em funo do teor de hidrocarbonetos leves existentes no diesel. Atualmente, o ponto de fulgor especificado apenas para o diesel tipo D, produzido especialmente para motores martimos.

17

SISTEMA DE ALIMENTAO SISTEMA DE ALIMENTAO

18

INTRODUO O Sistema de alimentao dos motores de combusto responsvel pelo suprimento de ar e combustvel ao motor. Existem basicamente dois tipos de sistemas de acordo com o ciclo de funcionamento dos motores: o sistema para motores otto e o sistema para motores diesel. No sistema de alimentao otto o combustvel mistura ao ar antes de ser admito nos cilindros, enquanto que no sistema diesel, o combustvel injetado nos cilindros por um circuito diferente do percorrido pelo ar. Tanto num sistema quanto no outro a admisso ocorre quando o pisto se desloca do ponto morto superior para o ponto morto inferior com a vlvula de admisso aberta. O sistema de alimentao diesel composto por dois circuitos: o circuito de ar e o circuito de combustvel. A Figura 17 ilustra o fluxo do ar e do combustvel em um sistema de alimentao diesel turbinado com intercooler.

SISTEMA DE ALIMENTAO

19

Pr-filtro

AR

Combustvel

Tanque

Filtro primrio

Copo de sedimentao

Filtro secundrio

Bomba alimentadora

Turbina (Turbocharger ) Resfriador (Intercooler)

Filtro de combustvel

Bomba injetora

Coletor de admisso

Cilindro do motor

Bico injetor

Coletor de descarga

Abafador

Resduos da combusto

Figura 17. Fluxo de ar e do combustvel em um sistema de alimentao diesel turbinado com intercooler. CIRCUITO DE AR O circuito de ar tem como funo conduzir o ar do meio ambiente at o interior dos cilindros e depois eliminar os resduos da combusto. constitudo das seguintes partes: pr-filtro, filtro de ar, coletor de admisso, coletor de descarga e abafador (Figura 18).

SISTEMA DE ALIMENTAOPR-FILTRO

20

ABAFADOR

COLETOR DE DESCARGA VLVULA DE DESCARGA FILTRO COLETOR DE ADMISSO VLVULA DE ADMISSO

CILINDRO

Figura 18. Circuito de ar do sistema de alimentao diesel. Pr-filtro O pr-filtro (Figura 19) est localizado antes do filtro primrio de ar. Tem como funo reter partculas grandes contidas no ar.

Ar sem partculas grandes

Figura 19. Pr-filtro do circuito de ar do sistema de alimentao. Filtro de ar O filtro de ar tem como funo reter pequenas partculas contidas no ar. Podem ser de dois tipos: em banho de leo ou de ar seco. Filtros em banho de leo Nos filtros em banho de leo o ar passa por uma camada de leo antes de atravessar o elemento filtrante (Figura 20). O elemento filtrante fabricado de palha

SISTEMA DE ALIMENTAO

21

de coco e no trocado, devendo ser limpo periodicamente. Ar com impurezas

Ar filtrado

Elemento filtrante

Cuba de leo

Figura 20. Filtro de ar em banho de leo do sistema de alimentao diesel. Filtros de ar seco Os filtros de ar seco (Figura 21) so constitudos por dois elementos filtrantes descartveis: o elemento primrio de papel e o elemento secundrio de feltro. Ar com impurezas Centrifugao do ar Ciclonizador Ar filtrado

Vlvula de descarga Figura 21. Filtro de ar seco do sistema de alimentao diesel. Fonte: (Stone & Gulvin, 1977). Elemento primrio do filtro de ar seco O elemento primrio de papel (Figura 22) aceita limpezas e deve ser limpo sempre que for avisado pelo indicador de restrio. O indicador de restrio um dispositivo mecnico do circuito de ar do sistema de alimentao de tratores agrcolas que avisa ao operador da necessidade de limpeza do elemento primrio do filtro de ar. A restrio da passagem de ar pelo filtro reduz a eficincia do elemento filtrante, pode

SISTEMA DE ALIMENTAO

22

levar o motor a perder potncia, aumentar o consumo e provocar superaquecimento (REIS et al., 1999).

Figura 22. Elemento primrio do filtro de ar seco. Elemento secundrio do filtro de ar seco O elemento secundrio do filtro fabricador em feltro (Figura 23), no aceita limpezas e deve ser substitudo periodicamente conforme recomendao do fabricante do motor.

Figura 23. Elemento secundrio do filtro de ar seco. Coletor de admisso O coletor de admisso conduz o ar filtrado at os cilindros do motor. A admisso do ar pode ser apenas por meio de vcuo criado pelo movimento descendente do pisto no interior dos cilindros, neste caso o motor dito aspirado, ou sob presso com auxlio de uma turbina denominados de motores turbinados. Turbocompressor O turbocompressor normalmente tambm denominado de turbina, turbocharger, turboalimentador ou turbo (Figura 24). Constitudo por um conjunto de dois rotores montados nas extremidades de um eixo, a turbina acionada pela energia cintica dos gases da descarga. O ar quente impulsiona o rotor quente fazendo que o rotor frio, na outra extremidade, impulsione o ar para os cilindros. Nos motores do ciclo diesel o turbocompressor tem como objetivo aumentar a presso do ar no coletor de admisso acima da presso atmosfrica. Isso aumenta a massa de ar sem aumento do volume. O resultando mais combustvel injetado e mais potncia. O turbocompressor aumenta a potncia em torno de 35% e reduz o consumo especfico

SISTEMA DE ALIMENTAO

23

de combustvel em torno de 5%.

Figura 24. Turbocompressor, turbina, turbocharger, turboalimentador ou turbo. Intercooler O intercooler um sistema de resfriamento de ar para motores turbinados (Figura 25). Tem como objetivo resfriar o ar proveniente do turbocompressor. Fica localizado no coletor de admisso e contribui para aumentar a massa de ar admitida. A tendncia que todo o motor diesel seja turbinado.

Figura 25. Intercooler para motores turbinados. CIRCUITO DE COMBUSTVEL O circuito de combustvel tem como funo conduzir o combustvel deste o tanque de combustvel at o interior dos cilindros. responsvel pela dosagem e injeo do combustvel pulverizado no interior dos cilindros segundo a ordem de

SISTEMA DE ALIMENTAO ignio do motor. A presso de injeo em torno de 2000 kgf.cm-2 ou duas mil atmosferas. constitudo das seguintes partes: tanque de combustvel, copo de sedimentao, bomba alimentadora, filtros de combustvel, tubulaes de baixa presso, bomba injetora, tubulaes de alta presso, bicos injetores e tubulaes de retorno (Figura 26).

24

Figura 26. Circuito de combustvel do sistema de alimentao diesel. Tanque de combustvel So atualmente na sua maioria fabricados de polietileno de alta densidade (Hemais, 2003). O uso desse material devido a sua resistncia ao calor, resistncia a solventes, baixa permeabilidade, fcil de processar e baixo custo. Podemos encontrar o tanque de combustvel em diversos locais dos tratores. Atualmente existe uma tendncia de se colocar o tanque em local protegido do calor e menos sujeito a impactos acidentais. Os tanques de tratores agrcolas devem apresentar capacidade suficiente para autonomia de uma jornada de trabalho sem necessidade de abastecimento. Segundo (Pacheco, 2000) difcil avaliar com preciso o consumo de combustvel de um trator, devido s variaes de carga nos trabalhos de campo. Portanto quando no se tem informao segura do fabricante do trator, vrias literaturas citam que o consumo de combustvel (leo diesel), fica na faixa de 0,25 a 0,30 L.h-1 para cada unidade de potncia (cv) exigido na barra de trao. A Tabela 2 apresenta a capacidade do tanque de combustvel para alguns modelos de tratores agrcolas.

SISTEMA DE ALIMENTAO

25

Tabela 1. Capacidade do tanque de combustvel para alguns modelos de tratores agrcolasMarca John Deere Massey Ferguson Valtra Modelo 5403 5705 6360 265 Advanced BM 100 900 4x4 Potncia ISO 1585 (cv-kw) 75-55 85-63 220-162 65-47,8 100-73,2 86-63 Capacidade do tanque, L 58 105 500 75 106 79

Fonte: Manuais dos fabricantes John Deere, Massey Ferguson e Valtra. Copo de sedimentao O copo de sedimentao est localizado antes da bomba alimentadora. Tem como principal funo decantar a gua contida no combustvel. Apresenta na parte inferior um parafuso para drenagem. A drenagem dever ser feita todos os dias para evitar que a gua se misture com o combustvel e danifique partes sensveis do circuito, tais como a bomba injetora e os bicos injetores. Bomba alimentadora A bomba alimentadora est localizada entre o copo de sedimentao e o filtro de leo combustvel. Tem como funo promover o fluxo de leo do tanque at a bomba injetora. Filtros de combustvel O filtro de combustvel est localizado entre a bomba alimentadora e a bomba injetora. Tem como funo proteger o sistema de injeo contra impurezas presentes no leo diesel. O elemento filtrante de papel e normalmente vem conjugado com copo de sedimentao e dreno para retirada de gua do circuito de combustvel do sistema de alimentao (Figura 27).

SISTEMA DE ALIMENTAO

26

Figura 27. Filtro de combustvel e seus componentes. Tubulaes As tubulaes entre o tanque de combustvel e a bomba injetora, e as tubulaes de retorno so de baixa presso. As tubulaes entre a bomba injetora e os bicos injetores so de alta presso. A Figura 28 ilustra a localizao das tubulaes de baixa e alta presso do sistema de alimentao diesel.

Figura 28. Localizao das tubulaes de baixa e alta presso do sistema de alimentao diesel. Bomba injetora A bomba injetora est localizada entre o filtro de combustvel e os bicos injetores. a principal parte do sistema de alimentao diesel. Tem como funes: dosar o combustvel de acordo com as necessidades do motor; enviar o combustvel para os bicos injetores de acordo com a ordem de ignio do motor e promover presso suficiente para pulverizar o combustvel na massa de ar quente na cmara de combusto. A bomba injetora regulada eletronicamente por um sistema de medio

SISTEMA DE ALIMENTAO

27

de dbitos. O sistema eletrnico de medio de dbitos (Figura 29) regula sistemas mecnicos e eletrnicos de monitoramento de bombas injetoras.Bomba injetora

Resultados do teste

Figura 29. Bancada Bosch para regulagem eletrnica de bombas injetoras. Bicos injetores Os bicos injetores esto localizados no cabeote (Figura 30) e tm como principal funo pulverizar o combustvel sobpresso na massa de ar quente dentro da cmara de combusto. Aps a injeo o bico fecha-se rapidamente impedindo o retorno de gases da combusto. Bico Injetor

Figura 30. Localizao do bico injetor no cabeote do motor. Fonte: http://www.blackclouddiesel.com/Tech/Injectionproblems.htm .

Existem no mercado bicos injetores de controle mecnico e eletrnico. Nos bicos de controle mecnico a injeo controlada mecanicamente e operaram em

SISTEMA DE LUBRIFICAO

28

presses menores que os eletrnicos. O diesel entra no bico e comprime a mola de presso at que a vlvula de fluxo se abre e o combustvel injetado na cmara de combusto. A Figura 31 ilustra as principais partes de bicos injetores de controle mecnicos.

Figura 31. Principais partes de bicos injetores de controle mecnico. SISTEMA DE LUBRIFICAO O sistema de lubrificao tem como funo distribuir o leo lubrificante entre as partes mveis do motor com objetivo de diminuir o desgaste, o rudo e auxiliar no arrefecimento do motor. Nos motores diesel de quatro tempos o leo lubrificante armazenado no crter do motor. O fluxo de leo feito sobpresso atravs de galerias existentes no motor. LEOS LUBRIFICANTES So fluidos utilizados na lubrificao dos motores e no sistema de transmisso dos tratores. Deve-se sempre utilizar o leo lubrificante recomendado pelo fabricante. leos com viscosidades acima da recomendada (grossos) no penetram nas folgas, deixando de executar a lubrificao, por sua vez leos com viscosidades abaixo da recomendada (finos) escorrem entrem as folgas no realizando a lubrificao. Funes do leo lubrificante 1. Diminuir o atrito com consequente diminuio do desgaste das partes em contato; 2. Atuar como agente de limpeza, retirando os carves e partculas de metais que

SISTEMA DE LUBRIFICAO

29

se formam durante o funcionamento do motor; 3. Realizar um resfriamento auxiliar do motor; 4. Impedir a passagem dos gases da cmara de combusto para o crter, completando a vedao entre os anis do pisto e a parede do cilindro; 5. Reduzir o rudo entre as partes em funcionamento; 6. Amortecer os choques e as cargas entre os mancais. Para que o leo lubrificante possa atingir os objetivos acima deve atender as especificaes de VISCOSIDADE e de QUALIDADE indicadas pelo fabricante do motor. Viscosidade do leo lubrificante A viscosidade a resistncia que um leo impe ao seu escoamento. o tempo em segundos, para que certa quantidade de leo, numa dada temperatura, escoe atravs de um orifcio de formato e dimenses padronizados. medida em instrumento padro, denominado viscosmetro saybolt universal (Figura 32).

Figura 32. Viscosmetro saybolt universal.

Classificao SAE Esta classificao foi elaborada pela Associao dos Engenheiros Automotivos dos Estados Unidos (SAE) adotada como padro de medida da viscosidade de leos lubrificantes. A viscosidade deve ser estampada na lata do leo lubrificante. Quanto maior o nmero maior a viscosidade do leo. Na Tabela 1 so apresentadas recomendaes de viscosidade de leos para crter e transmisso de motores diesel.

SISTEMA DE LUBRIFICAO

30

Tabela 2. Recomendaes de viscosidade de leos para crter e transmisso de motores diesel Crter Transmisso SAE 5W SAE 75 SAE 10W SAE 80 SAE 20W SAE 90 SAE 30 SAE 140 SAE 40 SAE 250 SAE 50

Qualidade do leo lubrificante Baseada na classificao API do Instituo Americano de Petrleo define os aditivos em funo das condies de uso do motor. Classificao API para motor diesel CS - Servios leves CB - Servios mdios CC - Servios pesados CD - Servios muito pesados Geralmente os leos de baixa viscosidade contm aditivos anti-congelantes, identificados pela letra W (Winter = Invervo). Existem leos monoviscosos (SAE-30) e tambm leos multiviscosos (SAE 10W-40) que atendem as necessidades de uso dentro da faixa que o cdigo especifica (SAE 10-20-30-40). Os procipais aditivos contidos em leos lubrificantes so antioxidantes, anticorrosivos, ampliadores de viscosidade, detergentes e antiespumantes. TIPOS DE SISTEMAS DE LUBRIFICAO Os sistemas de lubrificao so classificados de acordo com a forma de distribuio do leo pelas diferentes partes do motor: 1. Mistura com o combustvel; 2. Salpico; 3. Circulao e salpico; 4. Circulao sobpresso. Sistema de mistura com o combustvel Utilizado nos motores de 2 tempos a gasolina. O leo mistura ao combustvel na proporo de 1:20 a 1:40. Sistema por salpico Mais utilizado em motores estacionrios, monocilndricos de uso agrcola. O p da biela apresenta um prolongamento afilado denominado pescador (Figura 33). Uma

SISTEMA DE LUBRIFICAO

31

bomba alimenta com leo o pescador. Ao girar o motor o leo borrifado pelo pescador nas paredes dos cilindros e nas peas da parte inferior do bloco.

Figura 33. Sistema de lubrificao por salpico. Sistema de circulao e salpico Neste sistema uma bomba fora a passagem do leo atravs de uma galeria principal contida no bloco do motor ao mesmo tempo em que abastece as calhas de lubrificao por salpico. Da galeria principal o leo, sobpresso, direcionado par a rvore de manivelas, eixo de cames e eixo de balancins. O leo que escapa dos eixos pulverizado na parte superior das paredes dos cilindros, nos pistes e pinos das bielas. Sistema de circulao sobpresso O leo sobpresso circula entre as partes mveis do motor. Passa atravs dos mancais do eixo da rvore de manivelas, cames, balancins e pinos dos pistes. Os pinos dos pistes so lubrificados por galerias existentes nas bielas. As partes superiores dos cilindros e dos pistes so lubrificadas pelo leo que escapa de furos existentes nas conexes das bielas com os pinos dos pistes e a parte inferior das paredes dos cilindros e dos pistes pelo leo pulverizado de furos existentes nas conexes da rvore de manivelas com as bielas. Devido a longa distncia e diversas galerias percorridas pelo leo neste sistema, o requerimento de presso na maioria dos motores varia entre 15 e 40 psi, podendo chegar a 65 psi em alguns motores. A Figura 34 ilustra a circulao do leo no sistema de lubrificao sobpresso.

SISTEMA DE LUBRIFICAO

32

Eixo dos balancins Cames

Pinos do pisto

Galerias de leo Vlvula de alvio rvore de manivelas Bomba e filtro

Figura 34. Circulao do leo lubrificante no sistema de lubrificao sobpresso. O sistema de lubrificao sobpresso constitudo dos seguintes componentes: reservatrio de leo, bomba de leo, galerias, filtro de leo, vlvula de alvio, manmetro e radiador de leo. Reservatrio de leo O reservatrio de leo lubrificante nos motores diesel de quatro tempos o prprio crter do motor. Bomba de leo A bomba de leo est localizada no reservatrio de leo lubrificante, pode ser acionada pelo movimento do eixo de manivelas ou pelo eixo pelo eixo do comando de vlvulas. Sua funo suprir leo lubrificante sob presso as diversas partes do motor. As bombas de leo na sua maioria so do tipo de engrenagens (Figura 35). Estas bombas so constitudas por um par de engrenagens encerradas em uma caixa fechada. O leo entra por uma das extremidades da caixa e forado a passar entre as engrenagens. A medida que as engrenagens giram obtido o aumento de presso.

SISTEMA DE LUBRIFICAO

33

Figura 35. Bomba de engrenagens. Galerias So passagens localizadas no interior do bloco do motor por onde o leo bombeado at as partes a serem lubrificadas. Filtro de leo O filtro de leo est Localizado na parte externa do bloco do motor. Tem como funo reter partculas indesejveis visando promover a limpeza do leo lubrificante. As impurezas reduzem significativamente a vida dos motores, desta forma os filtros devem sempre ser trocados de acordo com a recomendao do fabricante do trator. A Figura 36 ilustra a localizao do filtro de leo no sistema de lubrificao do motor.

Filtro de leo

Figura 36. Localizao do filtro de leo no sistema de lubrificao. Vlvula de alvio Localizada na linha de alta presso do sistema. Tem como objetivo evitar que a presso atinja valores acima do recomendado. Manmetro O manmetro est localizado no painel de instrumentos, indica a faixa de presso de funcionamento do sistema de lubrificao. A Figura 37 ilustra um manmetro mecnico utilizado em diversas marcas de tratores agrcolas.

SISTEMA DE LUBRIFICAO

34

Figura 37. Manmetro mecnico. Fonte: http://www.12m.com.br/p_trator.asp Radiador de leo Alguns sistemas de lubrificao possuem radiador de leo que tem como funo resfriar o leo lubrificante do motor (Figura 38)..

Figura 38. Radiador de leo. Fonte: http://www.vilauto.com/storage/SETRAB.pdf

SISTEMA DE ARREFECIMENTO SISTEMA DE ARREFECIMENTO O sistema de arrefecimento um conjunto de dispositivos eletromecnicos que controla a temperatura dos motores de combusto interna. Os motores de combusto interna so mquinas trmicas relativamente ineficientes. Segundo (Barger, Liljedahl, Carleton, & McKibben, 1966), apenas 35% do calor total da combusto transformado em trabalho efetivo. O restante (65%) liberado para o meio ambiente por radiao direta, perdas por atrito, gases da descarga e pelo prprio sistema de arrefecimento. O trabalho mecnico o trabalho til mais o trabalho para vencer resistncias. A Figura 39 ilustra o balano trmico tpico de um motor diesel de combusto interna. Trabalho efetivo = 35% Calor total da combusto = 100%

35

Arrefecimento = 28,5%

Gases do escape = 25%

Perdas por atrito = 6,5%

Radiao direta = 5%

Figura 39. Balano trmico tpico de um motor diesel de combusto interna. Funo do sistema de arrefecimento O Sistema de arrefecimento tem como objetivo retirar o excesso de calor do motor mantendo a temperatura na faixa de 85-95o C. Meios arrefecedores Os meios arrefecedores usados so o ar e a gua. O meio arrefecedor entra em contato com as partes aquecidas do motor, absorver calor e transfere para o meio ambiente. SISTEMA DE CIRCULAO FORADA Utiliza em conjunto o ar e a gua como meios arrefecedores. A gua absorve o calor excedente dos cilindros do motor, e atravs de um radiador, transfere calor ao ar. Sistema utilizado nos motores de tratores agrcolas. Possui bomba centrfuga que promove a circulao forada da gua. Possui vlvula termosttica entre o cabeote do motor e o radiador para o controle da temperatura. A quantidade de gua do sistema

SISTEMA DE ARREFECIMENTO

36

pode ser reduzida consideravelmente, pois neste sistema a gua circula em circula com maior velocidade. A Figura 40 ilustra o sistema de arrefecimento de circulao forada. Depsito superior Vlvula termosttica Camisa d`gua

Depsito inferior

Bomba d`gua

Figura 40. Sistema de arrefecimento de circulao forada. Radiador Trocador de calor entre a gua e o ar. A gua do sistema de arrefecimento do motor deve ser limpa e livre de agentes qumicos corrosivos tais como cloretos, sulfatos e cidos. A gua deve ser mantida levemente alcalina, com o valor do pH em torno de 8,0 a 9,5. Qualquer gua potvel boa para beber pode ser tratada para ser usada no motor. O tratamento da gua consiste na adio de agentes qumicos inibidores de corroso. A qualidade da gua no interfere no desempenho do motor, porm a utilizao de gua inadequada por longo prazo pode resultar em danos irreparveis. A formao de depsitos slidos de sais minerais, produzidos por gua com elevado grau de dureza, que obstruem as passagens, provocando restries e dificultando a troca de calor, so bastante freqentes. gua muito cida pode causar corroso eletroltica entre materiais diferentes. O tratamento prvio da gua deve ser considerado quando, por exemplo, for encontrado um teor de carbonato de clcio acima de 100 ppm ou acidez, com pH abaixo de 7,0. O sistema de arrefecimento, periodicamente, deve ser lavado com produtos qumicos recomendados pelo fabricante do motor. Geralmente recomendado uma soluo a base de cido oxlico ou produto similar, a cada determinado numero de horas de operao. Bomba dgua Promove a circulao forada da gua do depsito inferior para o interior do motor. Fica acoplada por meio de correia e polias ao no eixo de acionamento da ventoinha. Vlvula termosttica

SISTEMA DE ARREFECIMENTO

37

A vlvula termosttica (Figura 41) controla a temperatura atravs do fluxo de gua do motor para o radiador. Comea a se entre 70-80o C. Possui em seu interior um lquido termosttico. falsa a ideia de que a eliminao da vlvula termosttica melhora as condies de arrefecimento do motor. Muitos mecnicos, ao se verem diante de problemas de superaquecimento do motor, eliminam a vlvula termosttica, permitindo que o motor trabalhe abaixo da temperatura ideal em condies de pouca solicitao.

a = afluxo; b = sada fria; c = sada quente; d = prato da vlvula do lado quente com frestas de vedao para deixar escapar o ar durante o abastecimento; e = prato da vlvula lado frio; f = enchimento de cera; g = vedao de borracha; o curso da vlvula depende da variao de volume do material elstico (cera) durante a fuso ou solidificao.

Figura 41. Vlvula termosttica para controle do fluxo de gua de arrefecimento. A presso interna do sistema controlada pela vlvula existente na tampa do radiador (ou do tanque de expanso) que, em geral, menor que 1,0 atm. recomendado manter a pressurizao adequada do sistema de arrefecimento de acordo com as recomendaes do fabricante do motor. Tampa do radiador A tampa do radiador (Figura 42) apresenta vlvulas de sobre-presso e depresso para controle da presso e depresso no interior do radiador. a = vlvula de sobre presso; b = molas de a; c = tubo de descarga; d = vlvula de depresso; e = tampa.

Figura 42. Tampa do radiador.

SISTEMA DE ARREFECIMENTO Ventoinha Fora a passagem do fluxo de ar atravs do radiador.

38

Mangueiras Conduo da gua do radiador at a bomba dgua e do motor para o radiador. Camisas dgua Superfcie externa a parede dos cilindros, a qual forma galerias por onde a gua circula retirando calor excedente do motor. Elementos do radiador O radiador constitudo de depsito superior, colmeia e depsito inferior (Figura 43). O depsito superior armazena gua quente proveniente do motor. A colmeia a regio central constituda de capilares verticais e aletas horizontais. O depsito inferior armazena gua resfriada pela passagem atravs da colmeia do radiador.

Figura 43. Elementos do radiador: depsito superior, colmeia e depsito inferior.

SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DIESEL SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DIESEL A injeo eletrnica em motores diesel surgiu na dcada de 80. Neste sistema o processo de combusto mais bem controlado que nos sistemas mecnicos. A quantidade e o tempo de pulverizao do combustvel so mais precisos, o que resulta em melhor combusto e reduo de poluentes. As vantagens do sistema eletrnico em relao ao mecnico so: maior rendimento do motor, menor consumo de combustvel e emisso de poluentes. Os sistemas eletrnicos mais utilizados atualmente so: Diesel Eletrnico (EDC), Unit Injector System (UIS) e Common Rail System (CRS). Diesel Eletrnico (EDC) Neste sistema a injeo monitorada por sensores, contudo ainda existe a presena da bomba injetora. A bomba injetora desse sistema denominada de bomba injetora eletrnica (Figura 44). Conhecida tambm por Fly By Wire Electronic Pump, devido que no existe nenhuma conexo mecnica entre a bomba e o pedal do acelerador. Foi o primeiro sistema de injeo eletrnica diesel, lanado no mercado pela Bosch em 1989 em veculos comerciais.

39

Figura 44. Bomba injetora EDC com unidade de controle eletrnico integrado. Fonte: http://hcii.webs.com/pumpidentification.htm. Acesso: 23/08/2010. A dosagem e injeo do combustvel so controladas electronicamente por uma unidade eletrnica, denominado de unidade de controle eletrnico (ECU) que processa todas as informaes relacionadas com o funcionamento do sistema de injeo de combustvel. Por meio do pedal do acelerador e de informaes recebidas, tais como rotao do motor, velocidade de deslocamento, temperatura do lquido de arrefecimento, massa de ar admitida, entre outros fatores, a unidade de controle eletrnico (ECU) calcula o volume de combustvel que deve ser enviado aos bicos injetores. O sistema de injeo eletrnica EDC combina todas as funes de controle e regulagem em na unidade de controle eletrnico (Figura 45), a qual esto conectados o

SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DIESEL

40

sistema de injeo e diversos sensores e ativadores.

Figura 45. Unidade de controle eletrnico do sistema de injeo EDC. Fonte: http://rb-kwin.bosch.com/br. Acesso em: 23/08/2010. Sistema de injeo Unit Injector System (UIS) O sistema UIS (Figura 46) foi lanado no mercado pela Bosch em 1994. Sua caracterstica principal combinar a bomba injetora e o bico injetor em uma nica unidade (Unit Injector). Apresenta uma unidade injetora para cada cilindro, permite variar o perodo da injeo e pode gerar presses de injeo de at 2.200 bar. Os principais componentes do sistema de injeo eletrnica diesel UIS so: unidade injetora (12), sensor de presso e temperatura do ar (13), sensores de temperatura, os quais medem temperaturas em diversos locais do motor (16), sensor de fase que informa qual cilindro est em compresso e sensor de rotao do motor (17).

Figura 46. Sistema de injeo eletrnica diesel UIS. Fonte: http://www.bosch.com.br/br/autopecas/produtos/diesel/downloads/banner_injecao_ eletronica.pdf. A unidade injetora do sistema composta bomba de alta presso (1), bico injetor (5) e vlvula solenoide (4) para controle da injeo (Figura 47). Cada cilindro

SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DIESEL

41

apresenta uma unidade injetora localizada no cabeote. Devido a isso h uma reduo das tubulaes de alta presso.

Figura 47. Unidade injetora com bomba de alta presso (1), bico injetor (5) e vlvula solenoide (4). Fonte: http://www.vector-tuning.com/en/pde_einspritzsystem.php . Acesso em: 22/08/2010. Sistema de injeo Common Rail(CRS) O Common Rail System (Figura 48) lanado no mercado pela Bosch em 1997. Possui uma nica bomba de alta presso que envia combustvel para todos os bicos injetores. Neste sistema os processos de pressurizao e injeo so independentes entre si; possvel realizar mais de uma pulverizao de combustvel durante a fase de expanso. A 1 Gerao do sistema funciona com presses de 1.600 bar. Atualmente, a 4 Gerao do sistema funciona com presso de injeo de 2.100 bar. Os principais componentes do sistema so: bomba de alta presso comprime o diesel at atingir a presso de injeo (4); galeria de combustvel armazena o diesel sobe presso (5), tubos de alta presso (6), bomba de baixa presso transporta o diesel do tanque at a bomba de alta presso (7), bico injetor injeta o diesel nos cilindros (8), vlvula reguladora de presso regula a presso do diesel nas galerias (9), vlvula de desativao desativa um cilindro da bomba de alta presso, evitando superaquecimento (10), sensor de presso obtm a presso do diesel nas galerias (11), sensor de presso e temperatura do ar (13), Sensor de fluxo de massa informa ao mdulo de controle a massa de ar aspirada pelo motor (14), sensores de temperatura, os quais medem temperaturas em diversos locais do motor (16), sensor de fase que informa qual cilindro est em compresso e sensor de rotao do motor (17).

SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DIESEL

42

Figura 48. Sistema de injeo eletrnica diesel CRS. Fonte: http://www.bosch.com.br/br/autopecas/produtos/diesel/downloads/banner_injecao_ eletronica.pdf A Figura 49 ilustra o sistema de injeo eletrnica diesel common rail de um motor martimo da Volvo Penta Brasil.

Figura 49. Sistema de injeo eletrnica Common Rail 'Volvo Penta Brasil'. Fonte: http://www.volvopenta.com/volvopenta/brazil/ptbr/marine_leisure_engines/technology/common_rail/Pages/common_rail.aspx A= filtro primrio de combustvel; B = filtro secundrio de combustvel; C = bomba de alta presso: envia o combustvel sobpresso (2000 bar) para o tubo de distribuio E (rail); D = mdulo de controle (ECU-electronic control unit): controla o suprimento de combustvel aos bicos injetores a partir de informaes recebidas de sensores (rotao, presso entre outros); E = tubo distribuidor comum (Common Rail): distribuir o combustvel para os bicos injetores. Possui sensor que informa ao mdulo de controle (ECU) a presso atual do combustvel no tubo distribuidor comum; F = cooler (resfriador de combustvel): resfriar o combustvel que retorna para o tanque; G = bicos injetores: so controlados eletronicamente pelo mdulo de controle D.

SISTEMA DE INJEO ELETRNICA DIESEL Aparelhos para teste de injeo eletrnica diesel Existem diversas marcas de equipamentos para teste de sistemas de injeo eletrnica diesel. O equipamento comercializado pela Bosch denominado SDC 701 (Figura 50). Possui scanner porttil, cabos e adaptadores para 12 e 24 V. O aparelho compacto e porttil, projetado para fazer toda a leitura dos componentes eletrnicos do sistema de injeo. Possibilita a anlise de grficos e impresso dos resultados. Entre as funes esto: identificao do nmero da ECU, leitura dos cdigos de defeito do mdulo, apaga a memria de erros do mdulo, testa a compresso dinmica do motor, corte dos cilindros, ajuste do pedal do acelerador, leitura dos sensores do sistema, testes dos atuadores, identificao dos estados de entrada e sada do sistema. O SDC 701 pode ser utilizado em diversos tipos de motores tais como, Mercedes-Benz, Diesel Ford, Diesel GM, GMC, International, Iveco, Diesel Mitsubishi, Diesel Nissan, Scania, Diesel Toyota, Troller, Diesel Volvo e Diesel VW. " (Vilanova, 2007).

43

Figura 50. Equipamento para teste de injeo eletrnica diesel.Fonte http://www.bosch.com.br/br/equiteste/produtos/eqpdiesel/download/SDC_701_V104_pt.pdf

BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA Barger, E., Liljedahl, J., Carleton, W., & McKibben. (1966). Tatores e Seus Motores. So Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda. Hemais, C. (2003). Polmeros e a industria automobilstica. Cincia e Tecnologia, n.2, v.13, pp. 107-114. Pacheco, E. P. (2000). Seleo e Custo Operacional de Mquinas Agrcolas. Acesso em 16 de Julho de 2010, disponvel em Embrapa Acre: http://www.cpafac.embrapa.br/pdf/doc58.pdf Petrobras. (2010). Petrobras Proodutos. Acesso em 07 de Julho de 2010, disponvel em Diesel: http://www.petrobras.com.br/pt/produtos/para-o-seunegocio/rodoviario/ Pinheiro, P. C. (1998). UFMG. Acesso em 01 de Julho de 2010, disponvel em Departamento de Engenharia Mecnica: http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/liquidos/diesel/diesel.htm Pitanguy, J. G. (28 de Janeiro de 2004). Sotreq-Cat. Acesso em 23 de jun de 2010, disponvel em Atigos Tcnicos: http://www.sotreq.com.br/artigostecnicos/qualidade_diesel.pdf Stone, A. A., & Gulvin, H. E. (1977). Machines for Power Farming (3a. ed.). New York, NY, USA: John Wiley and Sons. Vilanova, C. (2007). Diagnstico da linha diesel. Acesso em 14 de Julho de 2010, disponvel em O Mecnico: http://www.omecanico.com.br/modules/revista.php?recid=176&edid=17 Wikipdia. (2010). Wikipdia a Enciclopdia Livre. Acesso em 07 de Julho de 2010, disponvel em http://pt.wikipedia.org/wiki/Diesel

44