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MECÂNICA DE LOCOMOTIVAS GE / GM

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DISPOSIÇÃO GERAL

LOCOMOTIVA EMD / VILLARESMODELO SD40 -2

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PRINCÍPIOS BÁSICOS DOS MOTORES DIESEL

GM - EMD

SEÇÃO A

PRINCÍPIOS BÁSICOS DOS MOTORES DIESEL

GM - EMD

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MOTOR DIESEL GM / EMD

Descrição

Os motores diesel turboalimentados de dois tempos em "V" incorporam as vantagens do baixo peso por HP, sistema de admissão e exaustão de ar dos cilindros com pressão positiva, unidade de injeção sólida e alta compressão.

Operação

Nos motores de dois tempos, cada cilindro completa um ciclo de trabalho (força) útil em uma rotação de girabrequim, como não acontece nos motores de quatro tempos, os quais necessitam de duas rotações do girabrequim para que cada um cilindro complete uma explosão de força. Nos motores de dois tempos foi previsto um dispositivo separado para fornecer o ar necessário e para eliminar os gases de combustão do cilindro.

O motor está equipado com um turboalimentador Fig. 1 para fornecer eficientemente o ar necessário para a combustão e a lavagem. O turboalimentador fornece uma quantidade de ar maior do que o proporcionado por sopradores de deslocamento positivo usados em outros modelos de motores.

Durante a operação do motor o turboalimentador utiliza a energia dos gases do escapamento do motor, assim como a força do conjunto de engrenagens do comando de válvulas para acionar a turbina, contudo quando a exaustão é suficiente para acionar a turbina, a embreagem do trem de engrenagens desengata. A turbina aciona um soprador centrífugo que fornece ar ao motor.

O ar do soprador centrífugo é elevado a uma pressão maior e também a uma temperatura maior. É desejável reduzir a temperatura do ar para os cilindros. A temperatura do ar é reduzida, passando-o por uma serpentina de refrigeração, vide Fig. 1. O ar assim refrigerado tem sua densidade aumentada antes de ser fornecido ao motor.

Referindo-se à Fig. 1 e admitindo-se que o pistão está no ponto morto inferior da combustão e que apenas iniciou seu curso ascendente, as entradas de ar e as válvulas de escape estão abertas. O ar sob pressão penetra no cilindro através das janelas do cilindro expulsando os gases de escape deixados pela combustão anterior, empurrando-as para fora através das válvulas de escape, enchendo logo em seguida o cilindro com ar frio. Quando o pistão está a 45° após o ponto morto inferior, as janelas de entrada de ar se fecharão pelo pistão, conforme indica o diagrama de tempo. Logo depois as válvulas de escape também se fecharão, fazendo com que o ar frio fique preso no cilindro.

O fechamento das válvulas de escape após as janelas de entrada de ar no cilindro faz com que a eficiência seja maior na lavagem dos gases de combustão do cilindro.

O pistão continuando o curso ascendente comprime o ar preso a um volume muito pequeno. Antes que o pistão atinja o ponto morto superior, o injetor pulveriza combustível no cilindro. A ignição do combustível é praticamente instantânea, devido à alta temperatura do ar comprimido preso na parte superior do cilindro. O combustível queima-se rapidamente e o pistão é empurrado para baixo no curso de força durante a combustão. Conforme mostra o diagrama de tempo, o pistão continua descendo em curso de força até que as válvulas de escape se abram.As válvulas de escape abrem-se antes das janelas de ar no cilindro, a fim de permitir que a maioria dos gases de combustão seja expulsa, reduzindo a pressão no cilindro. Quando as janelas de admissão de ar são descobertas pelo pistão a 45°, antes do ponto morto inferior e este continua seu curso descendente, o ar sob pressão que se encontra na caixa de ar entra

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no cilindro, efetuando a lavagem dos gases remanescentes da combustão, enchendo o cilindro com ar fresco para iniciar novo ciclo. O pistão está novamente no seu ponto inicial e o novo ciclo será repetido.

Disposição

A localização dos cilindros e a designação dos extremos e bancadas do motor a que se refere no decorrer desta apostila. O governador, bombas d'água e bombas de óleo lubrificante estão montadas na parte frontal do motor. O turboalimentador e o volante estão localizados no extremo de acoplamento com o alternador ou parte traseira do motor. Lado esquerdo e direito será considerado olhando-se em direção à frente do motor visto da parte traseira.

DADOS DE SERVIÇO

INFORMAÇÃO GERAL SOBRE O MOTOR

ESPECIFICAÇÕES

Diâmetro interno do cilindro .......................................................................... 230,19 mm (9" 1/16)Curso do pistão .................................................................................................... 254,0 mm (10")Ângulo entre bancadas ............................................................................................................. 45ºRazão de compressão .............................................................................................................

16:1Deslocamento por cilindro .................................................................... 10.570 cm3 (645 pol. cúb.)Rotação (vista do lado traseiro) ...................................................................... Sentido anti-horárioOrdem de explosão - 16 cil. ........................................................................ 1, 8, 9, 16, 3, 6, 11, 14

4, 5, 12, 13, 2, 7, 10, 15Válvulas de escape (por cilindro) ................................................................................................. 4Mancais principais - 16 cil. ..........................................................................................................

10Governador (Woodward) ........................................................................................................ PGRLavagem .......................................................................................................................... ContínuaTipo do soprador de lavagem ............................................................................ TurboalimentadorBombas d'água .............................................................................................................. CentrífugaSistema de refrigeração ............................................................................................ PressurizadoSistema de lubrificação ........................................................................................ Pressão de óleoBombas de óleo

Bomba principal de óleo e bomba de óleo de refrigeração dos pistões ....................... Duasbombas em um alojamento, entrada geminada, descarga dupla

Bomba de óleo para limpeza ............................................................ Engrenagem helicoidalInjeção de combustível ....................................................... Injetor unitário com válvula de agulhaBomba de combustível ...............................................................................Deslocamento positivo

16 cil. com gerador de CA ..................................................................... Motor elétrico duplo

POTÊNCIA E ROTAÇÕES NOMINAIS

Marcha lenta-baixa ................................................................................................. 200 / 235 RPMMarcha lenta ........................................................................................................... 269 / 300 RPM

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Rotação máxima .............................................................................................................. 904 RPM

POTÊNCIA NA SAÍDA

16 cil. ................................................................................................................................ 3000 HP

CAPACIDADES

900 RPMLPM GPM

Bombas de óleoBomba de lubrificação16 cil. .................................................... 700 185Resfriamento do pistão16 cil. ....................................................

348 92

Bomba de limpeza16 e 20 cil. ............................................ 1476

390

Bomba de combustível12, 16 e 20 cil. ...................................... 17 4,5

Bomba d'água16 cil. .................................................... 3218 850

Bomba de resfriamento do turboalimentador8, 12, 16 e 20 cil. .................................. 11 3

PESOS

Os pesos relacionados abaixo são aproximados e se destinam a ajudar na determinação do procedimento de manuseio. Os pesos estão aqui representados em quilos e libras e são unitários.

16 cil.DESCRIÇÃO KG LBMotor completo ................................................................. 16.522 36.425Bloco (incluindo mancais e capas) ....................................

5.319 11.727

Carter ................................................................................ 953 2100Girabrequim ...................................................................... 1.422 3.180Amortecedor de vibração (engrenagem) .......................... 170 375Engrenagem acionamento acessórios .............................. 44 98Engrenagem do girabrequim ............................................ 51 112Engrenagem anel do volante ............................................ 132 290Disco de acoplamento .......................................................

147 325

Conjunto de força c/ biela garfo ........................................ 185 408Conjunto de força c/ biela faca ......................................... 165 363Cabeçote .......................................................................... 66 145Cilindro .............................................................................. 58 127Pistão ................................................................................ 18 40Biela garfo ......................................................................... 23 50Biela faca .......................................................................... 11 25Comando de válvula c/ semi eixo ..................................... 100 220

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SISTEMA DE ÓLEO LUBRIFICANTE

Descrição

O sistema de óleo lubrificante de todo motor é uma combinação de três sistemas separados. Eles são o sistema de lubrificação principal, o sistema de refrigeração do pistão e o sistema de limpeza do óleo.

Cada sistema possui sua própria bomba de óleo. A bomba de óleo de lubrificação principal e a bomba de óleo de refrigeração dos pistões, embora sendo bombas individuais, ambas se encontram num único alojamento e são acionadas por um eixo comum. A bomba de limpeza do óleo é separada. Todas as bombas são acionadas pelo trem de engrenagens de acessórios, localizado na parte frontal do motor.

SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO PRINCIPAL

Descrição

O sistema de lubrificação principal fornece o óleo sob pressão à maioria das peças em movimento do motor. A bomba de óleo de lubrificação principal recebe o óleo da carcaça do filtro no lado frontal do motor. O óleo da bomba entra na tubulação principal de lubrificação, a qual se encontra acima do girabrequim e se estende por todo o comprimento do motor. A pressão máxima do óleo é limitada por uma válvula de alívio entre a bomba e a tubulação principal do óleo.

Tubos para passagem de óleo no centro de cada mancal principal da armação "A" conduzem o óleo da tubulação principal para a metade superior dos casquilhos do girabrequim. Furos de passagem de óleo no girabrequim fornecem óleo aos casquilhos de biela, amortecedor de torção e à engrenagem de acionamento na parte dianteira do girabrequim. Vazamento de óleo dos casquilhos principais adjacentes lubrificam os mancais de escora do girabrequim.

Óleo que sai da tubulação, penetra no trem de engrenagem na parte traseira do motor pelo eixo curto da engrenagem intermediária.

Passagens de óleo na base deste eixo distribuem o óleo. Uma passagem conduz o óleo para ambas as engrenagens de acionamento dos eixos comando das bancadas direita e esquerda para uma tubulação conectada ao filtro do óleo do turboalimentador. Após passar através do filtro, o óleo entra na linha de retorno voltando para o furo do eixo curto da engrenagem intermediária. Uma passagem no suporte do eixo curto da engrenagem intermediária, direciona o óleo para os mancais superiores e inferiores dos eixos curtos. O óleo filtrado penetra no sistema de lubrificação do turbo pelo eixo curto intermediário superior.

Uma passagem de óleo no cabeçote do filtro do turbo, paralela à linha de saída do filtro, está conectada à uma passagem na tubulação do óleo do turboalimentador. Uma linha de pressão de óleo está conectada entre a passagem da tubulação a um dispositivo de baixa pressão de óleo do governador.

O óleo penetra nos furos do eixo comando através do eixo curto da engrenagem de acionamento deste. Furos radiais no eixo comando conduzem o óleo em cada casquilho do eixo comando. Uma linha de óleo para cada casquilho do eixo comando em cada cilindro alimenta com óleo o eixo dos balancins, os roletes dos balancins e ajustadores de folga do injetor. As sobras de óleo retornam ao carter através de ligações entre as bancadas e o carter.

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Passagens no turbo conduzem aos mancais do turboalimentador, engrenagem intermediária, conjunto de engrenagens planetárias e ao furo do acionamento auxiliar.

Uma temperatura considerável permanecerá nas partes metálicas da turbina após a parada do motor e se o fornecimento de óleo for interrompido, esta temperatura poderá afetar os mancais do turbo. A fim de prevenir possíveis superaquecimentos do turboalimentador, o óleo é automaticamente fornecido ao turboalimentador após a parada do motor, através da bomba de lubrificação do turbo.

Consta também, uma proteção quanto à condição de óleo quente, através de uma válvula termostática, localizada na parte frontal do motor.

SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DO PISTÃO

Descrição

O sistema de óleo de refrigeração dos pistões recebe seu óleo de uma sucção comum com a bomba de óleo de lubrificação principal e fornece óleo para as duas tubulações de óleo de refrigeração de pistões que se estendem por todo o comprimento do motor, uma de cada lado. Um tubo de refrigeração de óleo em cada cilindro dirige um jato de óleo através do carregador para refrigerar a parte interior da coroa do pistão e a plataforma de apoio. Uma parte deste óleo penetra nas ranhuras da telha do pino do carregador e o restante escoa através dos furos da saia do pistão para o carter.

SISTEMA DE LIMPEZA DO ÓLEO

Descrição

A bomba do sistema de limpeza do óleo, recebe o óleo do filtro de tela que vem do reservatório do carter. A bomba então força o óleo através dos filtros e do resfriador do óleo os quais estão localizados perto do motor. O óleo então retorna à carcaça do filtro, a fim de alimentar as bombas de lubrificação principal e a de refrigeração do pistão com óleo resfriado e filtrado. O excesso do óleo cai por cima de uma barragem na carcaça do filtro e retorna ao carter.

MEDIDOR DO NÍVEL DE ÓLEO

Descrição

Um medidor do nível de óleo, se projeta ao lado do carter, e se estende até o interior do reservatório do carter. O nível do óleo deve ser mantido entre as marcas baixo e cheio do medidor, com a leitura obtida quando o motor estiver em marcha lenta e com o óleo quente.

DISTRIBUIDOR DO ÓLEO DE REFRIGERAÇÃO DO PISTÃO E DO ÓLEO DE LUBRIFICAÇÃO PRINCIPAL

Descrição

O distribuidor do óleo de lubrificação principal e de óleo de refrigeração dos pistões, é uma peça fundida com passagens interiores.

O distribuidor é montado e guiado na placa da extremidade frontal sob a tampa do acionamento dos acessórios.

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Tubos de conexão passando através da tampa do acionamento dos acessórios, protegidos contra vazamentos por anéis de vedação, conectam o distribuidor ao lado de descarga das bombas de lubrificação principal e de refrigeração dos pistões.

A finalidade do distribuidor é a de transferir o óleo fornecido pelas bombas ao duto principal de lubrificação, no centro do bloco do motor. O distribuidor também transfere óleo para os tubos de refrigeração dos pistões em cada lado na parte interna do bloco.

VÁLVULA DE ALÍVIO DE PRESSÃO DO ÓLEO LUBRIFICANTE

Descrição

A válvula de alívio de pressão do óleo lubrificante, está instalada no distribuidor do óleo lubrificante, no lado interno da carcaça do trem de engrenagens dos acessórios no lado esquerdo do motor.

A finalidade da válvula é a de limitar a pressão máxima do óleo lubrificante que entra no sistema de óleo do motor. Quando a pressão da bomba de óleo lubrificante exceder a tensão da mola da válvula, a válvula abrirá a rede e liberará o excesso de pressão.

Este óleo drena dentro da carcaça dos acessórios e vai para o carter.

ALOJAMENTO DO FILTRO DE ÓLEO

Descrição

O alojamento do filtro de óleo, é uma carcaça de alumínio fundido em formato de caixa, a qual é montada na dianteira direita do motor, ao lado da tampa do acionamento dos acessórios. Contém filtros independentes para o fornecimento da bomba de óleo de lubrificação principal e bomba da limpeza do óleo. Existem dois filtros para a bomba do óleo de lubrificação principal e uma tela para a bomba de limpeza de óleo, tendo cada sistema, entrada e saída de óleo em separado.

Os dois filtros da bomba de lubrificação principal, cada um consistindo de um elemento substituível feito de um núcleo de metal aplicado, perfurado coberto de tela metálica e um cilindro de metal o qual envolve o elemento. O cilindro protege o elemento em caso de uma grande queda de pressão. O elemento é preso ao cilindro por um parafuso comprido que passa através da base do elemento e seguro por uma contraporca. A parte não perfurada externa do cilindro, fornece constantemente óleo, já que a sucção é feita pela parte inferior e não através do comprimento total da tela.

O fluxo de óleo é da parte inferior do filtro entre o cilindro e a tela metálica, através da referida tela e o núcleo de metal perfurado, no centro do elemento, e saindo pela parte superior do filtro.

Quando no local, estes são fixos por uma garra e por uma manípula em um prisioneiro entre os furos. Cada filtro é vedado na parte superior por um anel de borracha. Também óleo sob pressão da bomba é admitido na fenda em redor de cada filtro, abaixo do anel, a fim de evitar a entrada de ar.

Uma divisão adjacente aos filtros, se abre na parte inferior e separa-os do alojamento de entrada de óleo. O óleo penetra no filtro através da abertura inferior e é conduzido pela bomba através de uma passagem fundida no alojamento.

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O filtro da bomba do óleo de limpeza, possui uma tela rígida de metal, perfurada, a qual retém sua forma e é facilmente lavada. Quando o filtro é montado no alojamento, ele é fixo na posição através de três porcas. Duas manípulas em parafusos oscilantes fixam a tampa sobre o filtro e as válvulas de drenagem.

O nível do óleo é mantido no alojamento do filtro até a parte inferior da abertura do excesso de óleo. O óleo em excesso retorna ao carter. Uma válvula de mola é usada a fim de drenar o óleo do alojamento em direção ao carter, quando da troca de óleo. Uma válvula adicional, é utilizada a fim de drenar a carcaça do filtro de óleo.

Ambas as válvulas estão localizadas sobre a tampa de enchimento e devem ser mantidas fechadas com exceção dos períodos de drenagem.

FILTRO DE ÓLEO DO TURBOALIMENTADOR

Descrição

O filtro de óleo do turboalimentador, proporciona proteção para os mancais com alta velocidade e as outras portas que devem ser lubrificadas, filtrando o óleo antes deste ser admitido no turboalimentador. O óleo penetra no filtro através de um tubo fundido e após circular através do filtro retorna ao eixo curto da engrenagem intermediária e em seguida ao turboalimentador. O elemento filtrante é de construção com papel plissado e do tipo substituível.

O filtro é montado na carcaça de acionamento do eixo de comando na bancada direita do motor. O cabeçote do filtro possui duas válvulas de retenção, uma para prevenir que o óleo de lubrificação vindo do sistema de retorno vá para dentro do filtro do turboalimentador e a outra para prevenir que o óleo lubrificante que vai para o turboalimentador entre no sistema de retorno quando o motor estiver funcionando.

SISTEMA DE RETORNO DE ÓLEO

Descrição

De maneira a garantir a lubrificação dos mancais do turboalimentador antes da partida do motor e para remoção do calor residual ao turboalimentador após a parada do motor, uma fonte de óleo sobre a pressão para a lubrificação é montada no motor. Esta fonte de pressão é controlada automaticamente, através dos controles de “partida” e “parada” do motor.

Uma bomba acionada eletricamente puxa o óleo lubrificante do carter, bombeia o óleo através do filtro do retorno de óleo, e do cabeçote do filtro de óleo do turboalimentador diretamente para dentro da área dos mancais do turboalimentador. A bomba acionada por motor e o filtro estão montados no lado do carter.

CUIDADO!

Se a bomba de retorno de óleo vier a falhar quando o motor é desligado, volte a partir o motor imediatamente e deixe-o trabalhar por, no mínimo quinze minutos em marcha lenta sem carga, a fim de prevenir danos ao turboalimentador. Se o motor não voltar a funcionar dentro de dois minutos depois de desligado, não volte a ligar o motor até que a operação da bomba de retorno seja consertada e que o motor resfrie o suficiente.

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Uma válvula de alívio de pressão, regulada com 379 kPa (55 psi) está localizada no cabeçote do filtro. Quando o motor diesel é acionado e a bomba acionada por motor elétrico está ainda girando, a pressão da bomba de lubrificação principal acionada pelo diesel é maior que a bomba acionada pelo motor elétrico. Assim como não existe saída pela baixa pressão de óleo, a válvula de alívio irá abrir quando a pressão alcançar 379 kPa (55 psi) e o óleo retornará ao carter através de uma passagem no flange de montagem do cabeçote do filtro. Também localizada no cabeçote do filtro, existe uma válvula By-pass regulada com 483 kPa (70 psi). Esta válvula irá abrir a fim de permitir que a pressão da bomba desvie, devido a fechamento ou plugagem do filtro, evitando assim a falta de lubrificação e danos ao turboalimentador.

Em motores equipados com purga automática, não avançar a alavanca dos injetores até que o motor tenha girado por seis segundos.

Posicione a alavanca de acionamento das cremalheiras dos injetores a um terço de seu curso normal (aproximadamente 1.6 na escala). Gire a chave da bomba de combustível de “ESCORVA” para “PARTIDA”, até que, o motor entre em funcionamento e a velocidade aumente.

Solte a alavanca quando o motor alcançar a velocidade de marcha lenta. Não aumente a velocidade de rotação até confirmar que há pressão de óleo.

Verifique se o detector de baixo nível d’água está acionado. Caso esteja, espere meio minuto após a partida do motor e aperte o botão de rearme e mantenha-o por cinco segundos. Se ao soltá-lo ele saltar novamente, verifique a pressão do óleo e acione a alavanca dos injetores até aumentar ligeiramente a rotação, antes de apertar o botão novamente.

Verifique se o nível de água está correto, se a pressão do óleo é satisfatória e se o nível do óleo do governador está certo.

SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO

Descrição Geral

O sistema de lubrificação do motor diesel é apresentado no diagrama esquemático da Fig. 43.

Fig. 43 – Diagrama esquemático do sistema de óleo lubrificante

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SISTEMA DE RESFRIAMENTO

Descrição

O sistema de resfriamento do motor consiste de bombas d’água centrífugas acionadas pelo motor diesel, tubulação de admissão de água, tubos de água individuais para cada cilindro, cotovelos de descarga do cabeçote e a tubulação de saída pela qual a água circula.

As duas bombas d’água centrífugas estão montadas na carcaça de acionamento dos acessórios, sendo impulsionadas pela engrenagem acionadora do governador. Uma ilustração representativa do sistema do resfriamento do motor.

A água do motor circula também através dos pós-resfriadores, localizados no duto de descarga de ar do turboalimentador, a fim de refrigerar o ar, antes que este adentre a caixa de ar do motor diesel.

A água que sai do motor flui através de um sistema de resfriamento externo a fim de dispersar o calor absorvido no motor. Este sistema consiste de um tanque d’água, medidores de nível d’água, termômetros radiadores e canos conectores.

TUBULAÇÃO DO SISTEMA DE RESFRIAMENTO

Descrição

Os cotovelos de descarga da bomba conduzem a água destas para as tubulações de entrada d’água localizadas em cada caixa de ar. Cada tubulação é conectada à chapa da extredade traseira, a um cano de entrada d’água do pós-resfriador. O flange traseiro da tubulação está equipado com duas vedações que previnem o vazamento do ar da caixa de ar. Um flange na extremidade frontal do tubo estabelece o contato com a face externa da chapa da extremidade frontal quando a tubulação é instalada.

BOMBAS D’ÁGUA

Descrição

As duas bombas de água de resfriamento do motor diesel são bombas auto-lubrificadas e auto-drenadas que giram em sentido oposto ao girabrequim do motor. As bombas possuem dois números de código de peça, com a finalidade de identificar as bombas das bancadas direita e esquerda.

O eixo acionador da bomba é apoiado na carcaça principal da bomba por dois rolamentos de esferas, separados por um distanciador de aço. Os rolamentos são lubrificados por óleo do sistema de lubrificação do motor diesel através de uma passagem furada na carcaça da bomba. Preso junto com o rolamento externo, por um ressalto no eixo, existe um difusor d’água. O rolamento interno está fixo na posição através de um anel retentor e um anel elástico a fim de limitar a folga axial do eixo. A engrenagem de acionamento, adjacente ao rolamento interno é fixa através de uma porca e uma arruela.

A bucha estacionária, está montada à carcaça do eixo motriz. O carvão do conjunto vedador encosta na superfície interna lisa, sendo preso por uma mola. Qualquer vazamento d’água

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através da vedação é indicado por um dreno existente na carcaça do eixo do impulsor, o que permite o escoamento, evitando a entrada desta no lado do motor diesel.

O impulsor é enchavetado e o eixo da bomba é fixado ao eixo através de uma arruela e de uma porca.

O impulsor é envolvido pela carcaça do impulsor, a qual é montada na carcaça principal da bomba por oito prisioneiros e porcas.

PÓS-RESFRIADOR

Descrição

Um pós-resfriador está localizado em cada lado do turboalimentador, para refrigerar o ar que entra em cada bancada do motor diesel. O resfriamento do ar comprimido no turboalimentador reduz a temperatura do ar, aumentando sua densidade e melhorando sua eficiência de operação mo motor.

Os pós-resfriadores são trocadores de calor, de construção tipo caixa, consistindo de uma rede de tubos, através dos quais a água circula e cuja finalidade é auxiliar a transferência do calor do ar comprimido que entra na caixa de ar do motor. Eles recebem a água diretamente do lado da descarga das bombas d’água do motor, água esta que, saindo dos pós-resfriadores, é canalizada para a tubulação de descarga do motor. Não há válvulas no encanamento dos pós-resfriadores, de forma que há provimento de água sempre que o motor estiver funcionando.

SISTEMA DE COMBUSTÍVEL

Descrição

O sistema de combustível do motor, consiste do injetor de combustível, filtro de combustível montado no motor e tubulação de alimentação e retorno do combustível.

Componentes externos ao motor, como bomba de combustível, tanque, filtro de sucção e tubos de conexão completam o sistema de combustível.

Quando em operação, o combustível é succionado do tanque pela bomba de combustível, através do filtro de sucção e levado ao motor. Ele passa através dos elementos de filtro para a tubulação de alimentação e daí para o injetor em cada cilindro. Uma pequena quantidade de combustível que chega a cada injetor é bombeada dentro do cilindro com forte pressão, através da válvula de agulha e do bico pulverizador do injetor.

A quantidade de combustível injetado depende da posição rotativa do êmbolo, controlada pela cremalheira do injetor e pelo governador. O excesso de combustível que não for utilizado, lubrifica e refrigera as peças em operação.

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INJETORES DE COMBUSTÍVEL

Descrição

O injetor, é localizado no furo cônico no centro de cada cabeçote com o bico pulverizador ligeiramente projetado abaixo do fundo do cabeçote. É colocado no cabeçote por um pino e preso por um parafuso de garra (“caranguejo”) e porca.

As peças externas do injetor são lubrificadas pelo óleo lubrificante vindo da extremidade do parafuso ajustador do balancim. As peças internas são lubrificadas e refrigeradas pelo fluxo do combustível através do injetor.

O êmbolo é dotado de movimento alternado constante, pela atuação do excêntrico do injetor, através do balancim e do acionador do êmbolo.

A regulagem do tempo de injeção durante o movimento do êmbolo é feita por um parafuso ajustador colocado na extremidade do balancim. A rotação do êmbolo é feita por intermédio da cremalheira e da engrenagem, controla a quantidade do combustível injetado no cilindro a cada movimento. A posição da cremalheira é controlada pelo governador, através da alavanca de controle do injetor.

A engrenagem é chavetada e o êmbolo tem encaixe corrediço, a fim de permitir seu movimento vertical.

As hélices na extremidade do êmbolo controlam a abertura e fechamento das duas “janelas” para a passagem de combustível na bucha do êmbolo. A rotação do êmbolo regula o período em que as duas aberturas são fechadas na ocasião do movimento vertical, controlando desta maneira a quantidade do combustível injetado no cilindro, conforme mostrado na Fig. 63. Quando o êmbolo está sendo girado da posição lenta para a posição de plena carga, o período de bombeamento é prolongado, a injeção começa antecipadamente e maior quantidade de combustível é injetada.

A pulverização do combustível é obtida pela alta pressão alcançada durante o movimento do êmbolo para baixo, forçando o combustível a passar através da agulha da válvula e sair pelos furos no bico injetor.

Os injetores possuem um calibrador ajustável, montado ao lado do corpo do injetor, junto à cremalheira. Este calibrador serve exclusivamente para ajustagem da saída do injetor em sua bancada de teste.

Filtros montados nas conexões de entrada e saída do combustível protegem as partes móveis do injetor.

FILTRO DE COMBUSTÍVEL

Descrição

O filtro de combustível do motor, está localizado na parte dianteira direita do motor. Dois visores de vidro são montados sobre o alojamento do filtro, propiciando uma visão de condição do sistema de combustível. O diagrama do fluxo, indica o fluxo de combustível através do filtro.

O combustível voltando dos injetores passa através do visor de vidro de retorno de combustível, perto do motor e retorna para o tanque de combustível.

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Sob operação normal, este visor está cheio de óleo.

Uma válvula de alívio de 69 kPa (10 psi), situada na entrada do visor de vidro do retorno de combustível, estabelece uma contra-pressão nos injetores para melhorar a operação.

Ar ou gás no sistema de combustível aparecerão no visor de vidro de retorno de combustível como bolhas. Ar penetrando em qualquer ponto no tubo de sucção poderá ocasionar falha ou parada do motor.

Bolhas no visor de vidro com a bomba de combustível em operação e com o motor parado, indicam entrada de ar pelo lado de sucção da bomba de combustível. Se bolhas aparecerem só quando o motor estiver em funcionamento, isso é indício de que há válvulas defeituosas nos injetores, permitindo que os gases de combustão penetrem no combustível. Pouco ou nenhum combustível no visor de vidro, com o desvio do visor de vidro vazio, indica o fornecimento insuficiente de combustível ao motor.

Em operação normal, o visor de desvio de vidro mais afastado do motor deverá estar vazio de combustível. À medida que os elementos de filtro acumularem sujeira, a pressão do combustível aumentará. Quando a pressão do combustível no alojamento do elemento filtrante se aproximar de 414 kPa (60 psi), a válvula de alívio, debaixo do vidro se abrirá, permitindo a entrada de combustível, o qual encherá o visor de desvio de vidro e retornará ao tanque de combustível, não alimentando o motor.

Os elementos de filtro substituíveis são montados diretamente no corpo do filtro. Esses elementos consistem de papel pregueado ao redor de um tubo metálico perfurado. Esse tubo metálico esmaltado é a armação do conjunto, e deve ser capaz de resistir a pressões internas superiores a 1034 kPa (150 psi). Um invólucro de plástico preso ao topo de cada elemento garante sua vedação.

GOVERNADOR

Descrição

O governador tipo PGR, é utilizado no motor turboalimentado. Um controle de velocidade elétrico-hidráulico mantém a velocidade do motor, selecionada pelo operador. O governador é provido de um sensor, sensível à pressão absoluta do ar, que funciona para ajustar a carga do motor em proporção à quantidade de ar fornecida, dentro da faixa de capacidade do regulador de carga, a fim de assegurar uma correta mistura ar-combustível. Existe ainda um conjunto de alavancas montadas no governador com a finalidade de limitar o movimento ascendente do pistão de força, através da ação de um limitador de combustível.

O governador possui um dispositivo de proteção que desliga o motor quando houver baixa pressão de óleo lubrificante, insuficiência de água, alta temperatura de óleo lubrificante, ou ainda quando operar o detector de pressão positiva do carter. Uma sinalização visual e um alarme são acionados no caso do dispositivo de proteção do motor vir a funcionar. A parada normal do motor é obtida pelo acionamento de uma das válvulas solenóides de velocidade com o botão de parada.

Existem ainda outros dispositivos auxiliares no governador, tais como a válvula piloto do regulador, que controla o óleo para o regulador de carga e o solenóide ORS que, quando energizado, eleva a válvula piloto para a posição de campo mínimo.

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DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO

Esta seção contém descrição dos dispositivos de proteção do motor. Estes dispositivos são projetados para parar o motor na eventualidade de ocorrer um mal funcionamento quando da operação do motor.

PARADA DO MOTOR POR BAIXA PRESSÃO DE ÓLEO

Descrição

O botão de parada por baixa pressão de óleo, é parte do dispositivo de parada do motor, que é parte integrante do governador.

Embora este seja um dispositivo de proteção, ele não é um acessório do motor.

CONJUNTO DO DETETOR DE DIFERENÇA DE PRESSÃO D’ÁGUAE PRESSÃO NO CARTER

Descrição

A combinação diferencial do detetor de pressão de água e pressão no carter, é um dispositivo sensível à pressão, operado mecanicamente, sendo utilizado para determinar anormalidades das condições de pressão no sistema de refrigeração do motor e na pressão do carter. Se uma condição prejudicial existir, este dispositivo irá causar a parada do motor.

O setor de pressão d’água do detetor balanceia com a diferença da pressão da saída da bomba d’água e a entrada da bomba d’água, contra a pressão da caixa de ar, para manter a válvula de alívio do óleo na posição fechada. Quando a diferença de pressão através da bomba d’água vem a ser menor que a pressão da caixa de ar, Fig. 73, o diafragma move-se, devido à abertura da válvula de dreno de óleo drenando o óleo lubrificante do motor para o governador. O governador capta a baixa pressão do óleo e inicia o processo de parada. Furos de sangria estão montados entre os diafragmas de entrada e de saída d’água e entre o da entrada da bomba e do diafragma da caixa de ar, proporcionando uma rápida indicação de vazamento. Este dispositivo proporciona proteção contra a cavitação da bomba d’água, o que pode resultar em baixo nível d’água de refrigeração, temperatura excessiva de água, gases de exaustão no sistema de refrigeração e muitas outras falhas no sistema de refrigeração. O setor d’água do detetor irá atuar sempre que for drenada a água no sistema de refrigeração.

Para rearmar o setor d’água, o motor deve ser posto em funcionamento e o botão da válvula de alívio pressionado até se manter na posição; se necessário acelere manualmente o motor.

O setor de pressão do carter no dispositivo consiste de uma válvula de alívio de óleo, comparável a um setor d’água, mantendo-o em posição fechada até que uma pressão positiva se forme no carter.

A válvula de alívio do óleo fica solta e a pressão do óleo lubrificante no governador é aliviada, Fig. 74. Assim como no setor d’água, o governador acusa a queda de pressão e inicia o processo de parada do motor.

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CUIDADO!

Após uma parada do motor devido à atuação do detetor de pressão, NÃO abra qualquer tampa de inspeção ou tampas das bancadas no motor para fazer inspeção, até que o motor tenha parado e que este se resfrie por um período de duas horas. NÃO tente dar partida no motor até que a causa do problema tenha sido determinada e corrigida. A ação do detetor de pressão indica a possibilidade de uma condição dentro do motor, tais como um superaquecimento de um mancal que pode pôr em ignição os vapores aquecidos com uma força explosiva, se for permitido a entrada de ar na câmara. Na eventualidade de não conseguir rearmar o detetor de pressão no carter, NÃO opere o motor até que a pressão do detetor se restabeleça, pois poderá ocorrer danos no diafragma.

Fig. 74 – Condições de pressão positiva no carter

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DISPOSITIVO DE SOBRE-ROTAÇÃO

Descrição

O mecanismo de sobre-rotação é um dispositivo de segurança que corta a injeção de combustível nos cilindros se o motor alcançar rotação excessiva.

O eixo de acionamento está posicionado em todo o comprimento do motor, em suas duas bancadas e abaixo dos eixos comando, com um came para cada cilindro, o qual ao girar entra em contato com a lingüeta do arraste com mola, montada em cada cabeçote e localizado abaixo do balancim do injetor. O alojamento do mecanismo de sobre-rotação está conectado ao mecanismo de alavanca. A alavanca de rearme, no eixo de trava do acionamento, quando puxada em direção à bancada direta, acrescenta tensão na mola de acionamento, sendo esta a tensão que manterá a lingüeta engatada ao entalhe da alavanca do eixo de acionamento. Esta é a posição normal de marcha, no qual os cames do eixo de acionamento são mantidos distantes da lingüeta de acionamento dos balancins.

O mecanismo de acionamento do dispositivo de sobre-rotação está incorporado ao contrapeso do eixo de comando da bancada direita. Ele consiste de um contrapeso fixo por uma mola de tração ajustável. Quando o motor atinge a rotação limite, a tensão da mola é vencida pela força centrífuga que atua sobre o contrapeso fazendo com que o contrapeso se mova e acione e lingüeta de acionamento do mecanismo. Este movimento permite a atuação da mola de acionamento sobre as hastes e o elo, fazendo estas o movimento necessário para girar o eixo de acionamento do mecanismo. Conseqüentemente, os cames do eixo de acionamento contatam e levantam o balancim do injetor evitando que este permaneça em contato com o eixo de comando. Isto evita a injeção do combustível parando o motor.

Para rearmar o mecanismo aplicar à alavanca de rearme um movimento anti-horário, liberando assim os balancins do injetor do contato dos cames do eixo de acionamento. A rotação dos eixos de comando ao partir o motor, eleva os balancins e assim permite que as lingüetas reassumam a sua posição de destravamento, liberando assim o balancim para seu funcionamento normal.

PARADA DO MOTOR POR SUPERAQUECIMENTO DO ÓLEO

Descrição

O dispositivo de parada do motor pelo superaquecimento do óleo, consiste de uma válvula termostática e uma tubulação associada.

A válvula está localizada no cotovelo de descarga da bomba de óleo principal. A tubulação da válvula está ligada na linha de pressão de óleo entre o governador e o detetor de diferença de pressão d’água e de pressão do carter. Há também uma linha de dreno da válvula à caixa do acionamento do governador.

Quando a temperatura do óleo sobe a 124º - 126ºC, a válvula sobe e permite a passagem do óleo para a linha de dreno na carcaça de acionamento do governador. O governador acusa a queda de pressão e inicia o processo de parada do motor.

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SISTEMA DE AR DA LOCOMOTIVA

(C-30-7B/U-23CA)

A locomotiva possui vários sistemas de ar independentes e cada um realiza uma função no desempenho geral da locomotiva.

1. Sistema de ar de arrefecimento da água do motor diesel e das resistências do freio dinâmico

O arrefecimento e controle da temperatura da água do resfriamento do motor diesel é feito pelo ventilador do radiador de água e da válvula desviadora proporcional do sistema de água do motor diesel. Ver SISTEMA DE ÁGUA DO MOTOR DIESEL.

O arrefecimento das resistências de dissipação do freio dinâmico é feito pelo mesmo ventilador de arrefecimento da água do motor diesel.

O ar é aspirado através de telas em V, localizadas na cabine do radiador. Passa pelas resistências do freio dinâmico, pelo radiador e sai pela abertura existente na parte superior da cabine do radiador.

2. Sistema de ar de admissão do motor diesel

Ver SISTEMA DE AR DO MOTOR DIESEL.

3. Sistema de ar de admissão e arrefecimento do compressor de ar

O ar para admissão e arrefecimento do compressor entra no compartimento do compressor através de telas em V, localizadas em ambos os lados da locomotiva.

O ar para admissão do compressor passa ainda por filtros de papel.

O arrefecimento do compressor de ar é feito por um ventilador construído no flange do cubo do eixo de acionamento da caixa e engrenagens do ventilador.

4. Sistema de ar de arrefecimento do equipamento elétrico

O ar para resfriamento dos motores de tração, alternador de tração, gerador auxiliar, excitatriz, painel retificador e compartimento de controle, entra no compartimento do soprador do equipamento através de telas em V, em ambos os lados da locomotiva. O ar pressurizado passa por filtro centrífugos e é distribuído para o equipamento. O ar que passa pelo alternador de tração entra no compartimento do motor diesel. Esse ar pressuriza o compartimento do motor diesel e impede a entrada de ar externo sujo nesse compartimento.

Figura - Sistema de ar motor diesel e sistema de ar do equipamento

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SISTEMA DE AR DO MOTOR DIESEL

O ar fornecido ao motor diesel para a combustão nos cilindros é aspirado do exterior da locomotiva pelo turboalimentador. O ar passa inicialmente por telas em V, de malha grossa, e depois por filtros primários centrífugos, os quais removem partículas pesadas e água que são expulsas para fora da locomotiva por um conduto exaustor acionado pelos gases de exaustão do motor diesel. Em seguida, o ar passa pelos filtros secundários de papel para uma câmara de ar limpo. O turboalimentador acionado pelos gases de exaustão aspira o ar da câmara de ar limpo e o envia sob pressão aos resfriadores de ar, onde é removida parte do calor adquirido durante a compressão do ar. Em seguida, o ar é dirigido aos cilindros através dos coletores de ar em cada lado do motor diesel. Os gases de exaustão dos cilindros são conduzidos através do coletor de exaustão ao turboalimentador e, em seguida, saem para a atmosfera através da chaminé de exaustão.

O sistema de ar do motor diesel possui um indicador de filtro de ar sujo e um dispositivo de segurança (chave de vácuo) que reduz em 17% a carga imposta ao motor diesel quando os filtros ficarem entupidos.

O indicador de filtro de ar sujo e a chave de vácuo são ligados à câmara de ar limpo através de encanamento único.

O indicador é instalado na lateral direita da locomotiva e o mesmo desarma (faixa vermelha aparece no indicador) quando ocorre um vácuo de 12 pol. de água na câmara de ar limpo. Caso os filtros de ar não sejam substituídos nessa oportunidade, o vácuo na câmara de ar limpo aumentará e quando atingir 14 pol de água, a chave de vácuo atuará e reduzirá em 17% a carga imposta ao motor diesel.

Uma lâmpada indicadora e uma campainha soará na cabine de operação. O restabelecimento da chave de vácuo é feito através do botão rearme do filtro de ar, localizado no painel de controle na cabine de operação.

SISTEMA DE ÁGUA DO MOTOR DIESEL

O sistema de água mantém a temperatura do motor diesel essencialmente constante em toda a faixa de carga e em amplas variações de temperatura ambiente. O funcionamento do motor diesel na faixa de temperatura recomendada é essencialmente importante para que haja perfeita queima da mistura ar-combustível na câmara de combustão dos cilindros. O sistema é composto de um tanque de armazenamento, uma bomba e um conjunto de duas bancadas de radiadores. A tampa do bocal de abastecimento de água do tanque de armazenamento possui uma válvula de alívio que mantém o sistema pressurizado, evitando a formação de bolhas de ar.

A bomba de água acionada pelo motor diesel succiona a água do tanque de armazenamento através dos tubos de água do resfriador de óleo lubrificante. A água, ao passar através dos tubos de água do resfriador de óleo, remove o calor do óleo lubrificante que circula na parte externa dos tubos do resfriador de óleo. A água, impulsionada pela bomba, entra por passagem lateral na tampa da extremidade livre do motor diesel, de onde é distribuída para os coletores de entrada de água, turboalimentador e resfriadores intermediários de ar.

Os coletores de entrada de água, um em cada lado do motor diesel, distribuem a água aos cilindros. A água circula entre a camisa e a jaqueta e, em seguida, passa para o cabeçote. A

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água, ao passar pelo conjunto de cilindros, remove calor gerado pela queima de combustível na câmara de combustão do cilindro. Do cabeçote a água é descarregada ao coletor.

O turboalimentador recebe água através de duas passagens na sua base, alinhadas com passagens no topo da tampa da extremidade livre do motor diesel. A água remove calor do turboalimentador, transmitido pelos gases de exaustão que o acionam. A água sai do turboalimentador por duas aberturas próximas do topo, no lado de entrada dos gases de exaustão, as quais são ligadas ao encanamento de descarga de água que vem do resfriador intermediário esquerdo.

A água, vinda da tampa da extremidade livre do motor diesel, entra pelo fundo de cada resfriador intermediário, passa verticalmente três vezes pelos tubos e, em seguida, é descarregada pelo topo do resfriador. A água, ao circular pelos resfriadores, reduz a temperatura do ar comprimido pelo turboalimentador. O fluxo de água em cada resfriador é limitado por um orifício na descarga de água do resfriador.

O coletor de descarga que recebe a água dos cilindros está localizado no centro e no sentido do comprimento do motor diesel, com sua abertura de descarga ligada a uma caixa de junção no topo do resfriador intermediário direito. Os fluxos de água vindos dos resfriadores intermediários, do turboalimentador e do coletor de descarga, juntam-se na caixa de junção e vão para o tanque de armazenamento ou para os radiadores.

O sentido do fluxo da água é determinado pela válvula de controle de fluxo, de acordo com a temperatura da água que é controlada pela válvula piloto termostática, a qual comanda a válvula desviadora proporcional que dirige o fluxo da água vinda do motor diesel para o tanque de armazenamento o para uma ou ambas as bancadas de radiadores.

Figura - Diagrama esquemático do fluxo da água (sistema de respiro não restritivo)

Fig. 51 - Sistema de água de resfriamento (típico)

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Outras chaves termostáticas (WTS1 e WTS2), montadas na caixa da extremidade do tubo de saída de água do motor diesel controlam automaticamente a rotação do ventilador do radiador.

O ventilador do radiador é montado sobe um eixo vertical, logo abaixo do radiador, e é acionado pelo motor diesel através de uma caixa de engrenagens e uma embreagem magnética.

Quando a temperatura da água do motor diesel atinge 180 graus F, a chave termostática WTS1 é ligada aplicando uma corrente elétrica à embreagem magnética do ventilador, fazendo com que ele funcione a baixa rotação.

O ar ambiente entra na cabine do radiador através de telas laterais e é soprado para cima e para fora através do radiador. Este fluxo de ar faz o resfriamento da água do motor diesel que circula pelo radiador.

Se a temperatura continuar a subir e alcançar 190ºF, a chave termostática WTS2 é ligada e uma corrente elétrica adicional é aplicada à embreagem magnética do ventilador, fazendo com que ele funcione a plena rotação. Quando a temperatura da água cai a 185ºF, a chave WTS2 é desligada e o ventilador volta a funcionar a baixa rotação. Se a temperatura da água cai a 175ºF, a chave WTS1 é desligada, o ventilador deixará de funcionar.

O sistema de água possui um dispositivo contra baixa pressão, o qual é montado no governador de controle e ligado por encanamento ao coletor de entrada de água nos cilindros do lado direito do motor diesel. Ver "GOVERNADOR DE CONTROLE DO MOTOR DIESEL".

O sistema de água possui uma chave termostática que controla a alta temperatura (HWTS), montada na caixa da extremidade do tubo de saída de água do motor diesel. Quando a temperatura da água, por qualquer motivo, ficar excessiva (236ºF), a chave fechará seus contatos, acendendo uma lâmpada e tocando uma campainha na cabine do operador, indicando a anormalidade. Se após 10 minutos essa condição não for corrigida a potência do motor diesel será automaticamente reduzida.

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SISTEMA DE ÓLEO LUBRIFICANTE DO MOTOR DIESEL

O sistema de óleo lubrificante fornece óleo sob pressão a todas as peças em movimento no motor diesel e remove o calor gerado pelo atrito e pela combustão no cilindro do motor diesel.

O óleo lubrificante da bacia de óleo (carter) fica quente e com impurezas depois de lubrificar e resfriar os componentes do motor diesel. Por isso, foram previstos meios de limpar e resfriar o óleo lubrificante antes de voltar a lubrificar os componentes do motor diesel.

O sistema de óleo lubrificante é do tipo de fluxo total, isto é, todo óleo lubrificante tem que passar pelos filtros de óleo antes de voltar a lubrificar os componentes do motor diesel.

O sistema de óleo é composto dos seguintes componentes pela ordem do lfuxo de óleo:

1- Bacia (carter)2- Bomba3- Válvula de alívio4- Resfriador5- Filtro6- Coletor

Fig. 56 - Resfriador de óleo lubrificante

A bomba aspira o óleo quente e com impurezas da bacia através de um filtro metálico de malha grossa e lança-o sob pressão no sistema. No cano de saída da bomba está instalada a válvula de alívio que impede que altas pressões provoquem avarias dos elementos filtrantes. Ao sair da bomba, o óleo passa pelo resfriador onde é resfriado pela água do motor diesel que passa pelo resfriador. Saindo do resfriador, o óleo passa pelo filtro, o qual contém elementos filtrantes onde são retidas todas as impurezas contidas no óleo. O óleo resfriado e filtrado é conduzido para a tampa da extremidade livre, onde, através de passagem na tampa, é conduzido ao coletor principal.

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SISTEMA DE ÓLEO COMBUSTÍVEL

O óleo combustível para o motor diesel está contido em um tanque localizado abaixo da plataforma, entre os truques da locomotiva

O sistema de combustível é composto dos seguintes componentes pela ordem do fluxo do combustível:

1- Tanque2- Bomba de transferência3- Válvula de alívio4- Filtro5- Coletores de combustível6- Equipamento de injeção7- Válvula reguladora8- Coletores de dreno

A bomba de transferência do combustível é acionada por um motor elétrico. O lado da sucção do sistema está entre o tanque e a bomba.

O combustível é aspirado do tanque pela bomba e flui para o filtro. A válvula de alívio conectada entre a bomba e o filtro protege a bomba contra sobrecargas causadas por restrições ao fluxo que podem ocorrer no lado de pressão do sistema.

No lado de pressão do sistema está localizado entre a bomba e a válvula reguladora de pressão. A válvula reguladora descarrega o excesso de combustível para o tanque.

O filtro de combustível é constituído de um elemento filtrante grande, de dois estágios. O elemento filtrante é de papel e retém até as menores partículas estranhas contidas no combustível que se introduzidas no sistema causariam avarias no equipamento de injeção.

O combustível filtrado é conduzido através de um cano ao coletor de combustível do motor diesel.

Mangueiras flexíveis, individuais, ligadas entre as conexões de entrada da bomba injetora, constituem o coletor de combustível do motor diesel.

O coletor do sistema paralelo fornece combustível às bombas injetoras de ambas as bancadas, simultaneamente.

O excesso de combustível retorna ao tanque através da válvula reguladora, a qual é ajustada para manter a pressão no coletor de combustível.

Dois coletores de dreno de combustível, um em cada lado do motor diesel, coletam o combustível que retorna dos injetores e das bombas injetoras e, em seguida, drena-os ao tanque.

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PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DAS LOCOMOTIVAS DIESEL-ELÉTRICAS

C-30-7B/U-22C/U-23CA

A energia química contida no combustível é convertida em energia mecânica necessária à tração da locomotiva, através do seguinte sistema:

1- É admitida uma quantidade de ar no cilindro do motor diesel. Após a compressão desse ar, é injetada uma quantidade de combustível, formando uma mistura proporcional, necessária à boa combustão.

2- Durante o tempo-motor (expansão), essa mistura é queimada, aumentando a pressão dos gases, impulsionando o pistão que, através da biela, dará um movimento de rotação ao virabrequim (a energia química transformou-se em energia mecânica).

3- Acoplado ao flange do virabrequim está o alternador de tração, que converte essa energia mecânica em energia elétrica.

4- A energia elétrica produzida pelo alternador de tração, através de sistemas elétricos adequados, é entregue aos motores de tração montados nos truques, onde é convertida em energia mecânica necessária ao movimento da locomotiva.

O motor diesel é comandado pelo governador de controle de modo que para cada ponto do acelerador produz uma potência constante (para a determinada rotação), com a finalidade de se obter o melhor rendimento do combustível.

O maquinista solicitará do motor diesel, através do acelerador (que comanda o governador), potência adequada ao movimento da locomotiva, de acordo com as necessidades do serviço.

O governador, por sua vez, comanda a abertura das cremalheiras das bombas injetoras, regulando a quantidade de combustível injetado no cilindro, necessária àquela potência requerida. Também regulada, através de um potenciômetro interno, a corrente no campo da excitatriz que, por sua vez, controlará a excitação do gerador de tração, regulando a carga imposta ao motor diesel.

A excitatriz está acoplada a uma caixa de engrenagens situada na parte traseira do gerador de tração. Nessa caixa de engrenagens também estão acoplados o gerador auxiliar e o soprador dos motores de tração.

O gerador auxiliar produz corrente a partir do magnetismo residual e, controlado por um regulador de tensão, fornece a energia necessária para recarregar as baterias e alimentar todos os circuitos de baixa tensão durante o funcionamento do motor diesel;

Um conjunto de baterias fornece energia a todo o circuito de baixa tensão quando o motor diesel não está em funcionamento. Durante o arranque do motor diesel, o gerador auxiliar e a excitatriz são utilizados como motor de arranque, alimentado pelo conjunto de baterias.

Na condição de tração, a energia do alternador de tração é retificada e conduzida ao compartimento de força e daí, através de sistemas elétricos adequados, fornecida aos motores de tração. Na situação de frenagem dinâmica, os motores de tração passam a funcionar como geradores, convertendo a energia mecânica de movimento do trem em energia elétrica, a qual é dissipada num conjunto de resistores de grade. Durante a frenagem dinâmica, o campo dos motores de tração, agora funcionando como gerador, é alimentado pelo alternador de tração.

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ESPECIFICAÇÕES E LOCALIZAÇÃO

DOS COMPONENTES

DO MOTOR DIESEL GE

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DISPOSITIVO DE SEGURANÇA DO MOTOR DIESEL

(C-30-7B/U-23CA U-22C)

Introdução

O motor diesel, por ser um equipamento de alto custo, é provido de dispositivos de segurança que atuam de forma a diminuir a carga imposta ao motor diesel, ou mesmo desligando-o quando alguns dos valores de temperatura, pressão ou rotação especificados para o funcionamento seguro e normal atingirem valores críticos capazes de causar danos de grandes proporções ao motor diesel.

Os dispositivos consistem de sensores de temperatura, sensores de pressão e um sensor de rotação.

Os dispositivos de segurança do motor diesel são os seguintes:

1- Dispositivo de desligamento por baixa pressão de óleo lubrificante2- Dispositivo de desligamento por baixa pressão da água de resfriamento3- Dispositivo de "sobrepressão" no carter do motor diesel4- Dispositivo de filtro de ar obstruído5- Dispositivo de excesso de temperatura do óleo lubrificante6- Dispositivo de excesso de temperatura da água de resfriamento7- Dispositivo de desligamento por excesso de rotação.

Descrição e Funcionamento

1- Dispositivo de desligamento do motor diesel por baixa pressão do óleo lubrificante

O dispositivo de desligamento por baixa pressão do óleo lubrificante encontra-se instalado no governador de controle do motor diesel e consiste basicamente de um conjunto de diafragmas comparadores de pressão, unido à válvula de desligamento, comandando o pistão e o êmbolo de desligamento.

A ocorrência da baixa pressão do óleo lubrificante causará o grimpamento das partes móveis do motor diesel.

A baixa pressão do óleo lubrificante pode ocorrer principalmente devido à obstrução dos filtros e/ou do resfriador de óleo lubrificante e vedação avariada da tampa do filtro primário de óleo lubrificante.

Os diafragmas comparam a pressão do óleo lubrificante do motor diesel com a pressão do óleo do pistão de regulagem de rotação do governador de controle.

Ambas as pressões são proporcionais aos pontos de rotação do motor diesel.

Se por qualquer motivo a pressão do óleo cair para o valor crítico especificado, ocorrerão os seguintes eventos:

O conjunto de diafragmas se moverá devido ao desequilíbrio de pressão, puxando a válvula de desligamento, permitindo que a passagem do óleo do governador mova o pistão do êmbolo de desligamento, drenando todo o óleo do pistão de regulagem de rotação, que levantará as porcas de parada e o êmbolo da válvula piloto, drenando todo óleo do pistão de força,

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fechando totalmente as cremalheiras, parando imediatamente o motor diesel. Simultaneamente, o êmbolo de desligamento ligará o interruptor acendendo a lâmpada indicadora de baixa pressão de óleo no painel de controle,

O dispositivo impede também que após o arranque, o motor diesel funcione mais que 45 segundos em marcha lenta caso não se estabeleça um valor seguro de pressão de óleo lubrificante.

O desligamento rápido para rotações acima de marcha lenta, é previsto no projeto deste dispositivo, através de uma válvula de derivação comandada pela placa triangular.

A indicação de que o dispositivo atuou é feita através da lâmpada indicadora de baixa pressão de óleo, no painel de controle.

No governador modulador de projeto moderno, antes de ocorrer o desligamento haverá redução da rotação e carga no motor diesel, adequando-a de maneira proporcional à pressão de óleo lubrificante existente. Ver apostila MD-10-GOVERNADOR MODULADOR.

No governador modulador o rearme é automático, não tendo botão de rearme externo, sendo, porém, necessário o restabelecimento manual do relé correspondente, localizado no compartimento de controle para possibilitar um novo arranque do motor diesel.

2- Dispositivo de desligamento do motor diesel por baixa pressão de água de resfriamento

O dispositivo de desligamento por baixa pressão de água de resfriamento encontra-se também instalado no governador de controle do motor diesel e funciona de maneira idêntica ao dispositivo de desligamento por baixa pressão do óleo lubrificante, com os mesmos recursos de limitação de tempo de funcionamento durante o arranque, desligamento e rearme manual.

A ocorrência da baixa pressão da água de resfriamento causará o grimpamento das partes móveis do motor diesel.

A baixa pressão da água de resfriamento pode ocorrer principalmente devido a avaria na vedação da tampa da caixa d'água, depósito de impurezas no sistema de água de resfriamento, principalmente no resfriador de óleo lubrificante.

Se o governador for do tipo modulador, a modulação ocorre também de maneira idêntica, com rearme automático, sendo, porém, necessário o restabelecimento manual do relé correspondente, localizado no compartimento de controle.

3- Dispositivo de "sobrepressão" no carter do "motor diesel"

O dispositivo "sobrepressão" no carter do motor diesel é constituído de um pressostato e está instalado na tampa de proteção da engrenagem do eixo de comando da bancada esquerda do motor diesel.

Consiste basicamente de um diafragma sensor acoplado a um interruptor elétrico.

A ocorrência de sobrepressão no carter do motor diesel pode causar explosão devido à presença de vapores inflamáveis. Por este motivo, é mantido um vácuo no carter do motor diesel através do conduto de aspiração do carter.

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A pressão no carter pode ocorrer devido ao entupimento do conduto de aspiração do carter, aquecimento de munhão principal ou de biela, passagem de gases da câmara de combustão para o carter.

Caso ocorra uma sobrepressão no carter, o diafragma sensor do pressostato que está ajustado para atuar com uma pressão de 2 pol de coluna de água, se moverá, travando o interruptor interno à chave, que desenergizará o relé da bomba de transferência de combustível e o relé dos solenóides A, B e C do governador, desligando a bomba de transferência de combustível e energizando também o solenóide D do governador, desligando imediatamente o motor diesel.

A indicação de que o dispositivo atuou é feita através de uma lâmpada instalada na própria chave e também de uma lâmpada localizada no painel anunciador.

O rearme do dispositivo é obtido pressionando-se o botão existente na chave de "sobrepressão".

As tampas de inspeção do carter são dotadas de uma mola de fixação que funciona como válvula de segurança no caso de ocorrer combustão no carter do motor diesel, evitando a ocorrência de conseqüências danosas quando da explosão.

4- Dispositivo de filtro de ar obstruído

O dispositivo de filtro de ar obstruído é constituído de um pressostato que está ligado à câmara de ar limpo do motor diesel e instalado no compartimento do radiador. Consiste basicamente de um diafragma sensor acoplado a um interruptor elétrico.

A ocorrência de vácuo excessivo na câmara de ar limpo causa perda de potência do motor diesel e pode causar excesso de rotação do turboalimentador.

O vácuo excessivo na câmara de ar limpo ocorre quando os elementos dos filtros ficarem demasiadamente obstruídos.

Caso ocorra o vácuo excessivo na câmara de ar limpo, o diafragma sensor da chave de vácuo que está ajustado para atuar com um vácuo de 14 pol de coluna de água se moverá acionando o interruptor interno a chave que desenergizará o relé correspondente que reduzirá em 17% a carga imposta ao motor diesel.

O dispositivo somente atuará estando o motor diesel trabalhando no oitavo ponto à plena carga.

A indicação de que o dispositivo atuou é feita através de uma lâmpada indicadora localizada no painel de controle do motor diesel.

O rearme do dispositivo é obtido pressionando-se manualmente o botão de rearme, localizado no painel de controle do motor diesel.

Na parte externa da locomotiva, ligado ao mesmo encanamento da chave de vácuo está instalado o indicador de serviço de filtro de ar que consiste basicamente de um êmbolo com trava e mola, que atuará quando ocorrer um vácuo de 12 pol de coluna d'água na câmara de ar limpo, travando uma faixa vermelha na janela do indicador. A atuação indica que os elementos filtrantes de papel devem ser substituídos

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antes que atue a chave causando transtornos ao tráfego. O restabelecimento do dispositivo é feito pressionando-se o botão de rearme no próprio indicador.

5- Dispositivo de excesso de temperatura do óleo lubrificante

O dispositivo de excesso de temperatura do óleo lubrificante é constituído das chaves termostáticas que estão montadas na tubulação de óleo lubrificante antes e após o resfriador de óleo lubrificante. Consiste basicamente de um bulbo sensor de temperatura acoplado a um interruptor elétrico. A ocorrência de um excesso de temperatura do óleo lubrificante altera a viscosidade do óleo, podendo comprometer a lubrificação das partes móveis do motor diesel e diminui a capacidade de resfriamento da coroa do pistão.

O excesso de temperatura do óleo pode ocorrer principalmente por depósitos de impurezas no resfriador de óleo ou água de resfriamento excessivamente quente passando pelo resfriador de óleo.

Caso ocorra um excesso de temperatura do óleo lubrificante, o bulbo sensor de temperatura da chave que está ajustada para atuar com uma temperatura de 235ºF (113ºC) se dilatará acionando o interruptor interno a chave que energizará um relé correspondente que retira a carga imposta ao motor diesel, levando a rotação a marcha lenta. Esta chave está instalada após o resfriador de óleo lubrificante e sua atuação indica má transferência de calor do óleo lubrificante para a água de resfriamento. A outra chave instalada antes do resfriador de óleo atuará na mesma temperatura acima, apenas reduzindo a potência em 17% e acendendo a mesma lâmpada indicadora no painel anunciador. A indicação de que o dispositivo atuou é feita através de uma lâmpada indicadora localizada no painel anunciador. O rearme do dispositivo é automático.

6- Dispositivo de excesso de temperatura da água de resfriamento

O dispositivo de excesso de temperatura da água de resfriamento é constituído de uma chave termostática que está montada no tubo de saída de água de resfriamento do motor diesel, antes do radiador e é de construção idêntica à chave termostática de excesso de temperatura do óleo lubrificante.

A ocorrência de excesso de temperatura da água diminui a capacidade de resfriamento do motor diesel, podendo ocorrer o grimpamento das partes móveis do motor diesel e danos às juntas.

O excesso de temperatura da água de resfriamento pode ocorrer por obstrução nas passagens de ar e de água no radiador, avaria no sistema ou sensores de comando da embreagem magnética do ventilador, baixo nível de água de resfriamento e venezianas do radiador travadas fechadas, se for equipado com venezianas.

Caso ocorra um excesso de temperatura na água de resfriamento, o bulbo sensor de temperatura da chave que está ajustada para atuar com uma temperatura de 236ºF (113ºC) se dilatará acionando o interruptor interno à chave, que energizará uma cápsula de tempo, caso persista a condição de excesso de temperatura, dez minutos após, energizará o relé correspondente que retira a carga imposta ao motor diesel e levando a rotação à marcha lenta.

A indicação de que o dispositivo atuou é feita através de uma lâmpada indicadora localizada no painel anunciador.

7- Dispositivo contra excesso de rotação (novo)

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O dispositivo consiste de um governador de excesso de rotação com rearme automático e de um sistema contra excesso de rotação.

O governador de excesso de rotação está montado na caixa de acionamento do governador de controle, comandando o sistema contra excesso de rotação que está instalado entre o governador de modulador e a alavanca de comando das cremalheiras. Este sistema consiste de um atuador hidráulico e uma articulação com uma forte mola. A articulação é mantida comprimida pelo pino do atuador hidráulico, o qual se movimenta através da ação do óleo sob pressão vindo do governador do excesso de rotação. A ligação entre o governador e a alavanca de comando das cremalheiras se mantém rígida durante o funcionamento normal do motor diesel.

A ocorrência de excesso de rotação pode causar graves avarias nas partes móveis do motor diesel.

O excesso de rotação pode ocorrer por desregulagem ou avaria do governador de controle e cremalheiras agarradas.

Caso ocorra um excesso de rotação no motor diesel (10% acima da rotação de oitavo ponto), o governador de excesso de rotação interrompe o fornecimento de óleo sob pressão ao atuador hidráulico, permitindo que a mola da articulação de excesso de rotação se expanda, fazendo com que se fechem as cremalheiras das bombas injetoras e parando imediatamente o motor diesel.

A indicação de que o dispositivo atuou é o aparecimento de algumas espiras vermelhas da mola da articulação de excesso de rotação.

O rearme do dispositivo é feito puxando-se a alavanca de rearme manual existente abaixo do governador de controle; espera-se dez segundos e o pino do atuador hidráulico travará novamente a articulação de excesso de rotação na posição comprimida.

O rearme do governador de excesso de rotação é automático.

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SISTEMA CONTRA EXCESSO DE ROTAÇÃO DO MOTOR DIESEL

Este sistema contra excesso de rotação do motor diesel vem sendo usado nos motores diesel GE desde 1983. O sistema opera de maneira similar ao sistema usado anteriormente. Uma articulação de excesso de rotação conectada à articulação de controle de combustível se alonga quando ocorre um excesso de rotação, fechando as cremalheiras das bombas injetoras de combustível. As diferenças no atual sistema são:

1- A articulação de excesso de rotação mantém-se na posição FECHADA (CLOSED) sob todas as condições normais. Ela se alonga somente quando ocorre uma rotação excessiva.

2- Uma alavanca foi acrescentada ao eixo intermediário. Sua função é rearmar a articulação após a ocorrência de rotação excessiva. Ela também pode ser acionada manualmente para aumentar a injeção de combustível durante o arranque do motor diesel.

3- O governador de excesso de rotação possui rearme automático. Após uma rotação excessiva, ele rearma-se internamente enquanto a velocidade do motor diesel diminui devido ao corte de combustível.

A principal vantagem desse sistema é que o tempo de arranque do motor diesel pode ser reduzido se a alavanca do eixo intermediário for acionada. A articulação de excesso de rotação é mais forçada ou comprimida para atingir a posição de COMBUSTÍVEL CONECTADO (FUEL ON).

Operação do sistema

O sistema está apresentado em forma de diagrama esquemático na Fig. 1. A articulação de excesso de rotação normalmente é uma peça fixa na articulação de controle de combustível, mantida na posição FECHADA (CLOSED) pelo pino atuador, Fig. 2. Este pino engata-se à haste de articulação de excesso de rotação bloqueando-a.

Um elemento chave no sistema é o atuador hidráulico. O governador de excesso de rotação fornece pressão de óleo ao atuador que se desarma somente quando esta pressão for rapidamente removida. Sob condições normais de arranque, funcionamento e desligamento, o pino atuador mantém-se engatado à haste da articulação de excesso de rotação.

Desligamento normal (Fig. 3)

O atuador consiste de um cilindro, dois êmbolos e duas molas. A Fig. 3 mostra o atuador em sua posição de DESLIGAMENTO (SHUTDOWN) normal. O pistão "A" está preso ao pino que está engatado à haste da articulação de excesso de rotação. A mola de rearme de 35 lbs (15,9 kgf) mantém o pino engatado mesmo quando o sistema tiver pressão de óleo igual a zero. O motor diesel está pronto para o arranque. O pistão "B" está livre para deslizar sobre a haste do pistão "A".

Arranque (Fig. 4)

Quando inicia-se o arranque, o pistão deslizante "B" está pressionado contra o ressalto do pino e a mola grande de desarme (125 lbs / 56,7 kgf) está estendida até o limite determinado pelo

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mesmo ressalto. Assim, a combinação da mola de desarme, pistões "A" e "B" e pino, agem como uma única peça. A única força que mantém o pino engatado à haste de articulação de excesso de rotação é aquela fornecida pela mola de rearme de 35 lbs (15,9 kgf).

Conforme o arranque continua, a pressão de óleo aumenta no lado direito do pistão "A". o parafuso de ajuste do pistão "A" tem um pequeno orifício que permite a pressão do óleo equalizar-se gradualmente do lado direito do pistão "A" com o lado esquerdo do pistão "B". o pistão fica livre para deslizar sobre a haste do pistão "A". O efeito da pressão em ambas as câmaras é comprimir a mola de desarme de 125 lbs (56,7 kgf), devido ao movimento do êmbolo "B" para a direita. O pistão "A" e o pino atuador em conjunto não se movem.

Com o motor diesel em oitavo ponto, a pressão de óleo deve estar dentro dos limites de 270 a 290 psi (19,7 a 20,4 kgf/cm2). O pistões, a mola de desarme e o pino atuador continuam a agir como uma peça única.

Desligamento por excesso de rotação (Fig. 5)

Quando o governador de excesso de rotação desarma, a pressão de óleo torna-se imediatamente baixa à direita do pistão "A", mantém-se momentaneamente alta à esquerda do pistão "B".

Devido ao furo de restrição de fluxo, o óleo não sai rapidamente da câmara esquerda do pistão "B". Portanto, a mola de desarme se estende empurrando o pistão "A" para a direita. O pino do atuador é desengatado do respectivo entalhe e a articulação de excesso de rotação é alongada pela pressão da mola, fechando as cremalheiras.

Rearme do sistema contra excesso de rotação

O sistema contém um componente adicional (articulação tensora), que permite o rearme manual da articulação de excesso de rotação.

Puxando para fora a alavanca do eixo intermediário, a mola da articulação é comprimida até o pino atuador engatar-se novamente na haste da articulação, empurrado pela mola de rearme de 35 lbs (15,9 kgf). Uma segunda alavanca está localizada no lado "A" da locomotiva (lado do maquinista).

Evite trancos quando puxar a alavanca para rearmar a articulação de excesso de rotação. Puxe vagarosamente e segure por 3 segundos para permitir que o pino atuador se mova até a sua posição.

A articulação tensora é necessária para permitir movimento suficiente da cremalheira para rearme. O movimento da articulação na direção de rearme é mecanicamente limitado pelo governador de controle do motor diesel. Após rearmar, a articulação tensora retorna à sua posição normal e atua como parte integrante da articulação de controle da cremalheira.

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ESPECIFICAÇÕES DOS MOTORES DIESEL

7FDL8, 7FDL12 e 7FDL16

7FDL8 7FDL12 7FDL16

Número de cilindros 8 12 16

Número de tempos 4 4 4

Disposição dos cilindros 45 graus V 45 graus V 45 graus V

Diâmetro 9 polegadas (228,6 mm) 9 polegadas (228,6 mm) 9 polegadas (228,6 mm)

Curso 10 - 1/2 polegadas (266,7 mm)

10 - 1/2 polegadas (266,7 mm)

10 - 1/2 polegadas (266,7 mm)

Relação de compressão 12,7 - 1 12,7 - L 12,7 - L

Rotação da marcha lenta

400, 425 ou 450 rpm 400, 425 ou 450 rpm 400, 425 ou 450 rpm

Rotação máxima nominal

1000, 1025 ou 1050 rpm 1000, 1025 ou 1050 rpm 1000, 1025 ou 1050 rpm

Ordem de ignição 1R - 1L - 2R - 2L - 4R - 4L .-3R - 3L

1R - 1L - 5R - 5L - 3R - 3L - 6R - 6L - 2R - 2L - 4R - 4L

1R - 1L - 3R - 3L - 7R - 7L - 4R - 4L - 8R - 8L - 6R - 6L - 2R - 2L - 5R - 5L

Turboalimentador Único Único Único

Dimensões do motor diesel altura (total incluindo chaminé)

7 pés 9 5/8 polegadas (2378 mm)

7 pés 9 5/8 polegadas (2378 mm)

9 pés 2 - 11/16 polegadas (2811 mm)

Comprimento (total, incluindo gerador)

15 pés 1 - 1/2 polegadas (4610 mm)

17 pés - 10 polegadas (5436 mm)

21 pés - 8 7/16 polegadas (6615 mm)

Largura (total) 5 pés 8 - 3/8 polegadas (1737 mm)

5 pés 8 - 3/8 polegadas (1737 mm)

5 pés 8 - 3/8 polegadas (1737 mm)

Peso (seco, apenas o motor)

27.785 libras (12603 kg) 34.940 libras (15849 kg) 43.510 libras (19736 kg)

NOMENCLATURA:

Ex: Motor diesel GE 7FDL12GE - General Electric7 - Dispositivo mecânicoF - Tipo do motor diesel (diâmetro interno da camisa)D - Série de fabricação do motor dieselL - Motor diesel para locomotiva12 - Número de cilindros por motor diesel

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NOTAS

LOCALIZAÇÃO DOS COMPONENTES DO MOTOR DIESEL

Os termos que se seguem são usados para localizar os vários componentes do motor diesel.

EXTREMIDADE LIVRE - extremidade do motor diesel onde são montados o turboalimentador e os resfriadores intermediários.

EXTREMIDADE-GERADOR - extremidade do motor diesel onde é montado o gerador (ou alternador).

LADO DIREITO E ESQUERDO - o lado direito ou o lado esquerdo do motor diesel são determinados olhando-se para o motor diesel pela frente da extremidade-gerador.

LOCALIZAÇÃO DOS CILINDROS - os cilindros são numerados desde a extremidade livre para a extremidade-gerador. Os cilindros direito nº 1 e esquerdo nº 1 são os mais próximos do turboalimentador em todos os motores diesel. A Fig. 1 apresenta uma vista geral esquemática de um motor diesel de 12 cilindros. Todos os motores diesel de locomotivas de oito, doze e dezesseis cilindros são dispostos da mesma maneira.

ROTAÇÃO DO VIRABREQUIM - durante o funcionamento do motor diesel o virabrequim gira no sentido horário, quando visto da extremidade livre, ou no sentido anti-horário, quando visto da extremidade-gerador.

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Fig. 1 - Vista superior esquemática do motor diesel de 12 cilindros

1 - Coletor de exaustão

2 - Coletor de descarga de água dos cilindros

3 - Governador do motor diesel

4 - Chaminé de exaustão

5 - Coletor de entrada de água nos cilindros

6 - Governador de excesso de rotação do motor diesel

7 - Acionador do governador do motor diesel

8 - Articulação redutora (link)

Fig. 3 - Vista oblíqua do motor diesel de 16 cilindros - extremidade-gerador (alternador)

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NOTAS