MOTORES DIESELProfessora: Valéria Said de Barros Pimentel 2 Índice 1. Introdução 2. Motor de Ignição por Compressão (Motor Diesel) 2.1. Funcionamento Termodinâmico Ideal 2.2. Funcionamento Mecânico Real 2.3. Parâmetros de Operação 2.4. Energia térmica do Combustível 2.5. Temperatura dos Gases de Descarga 3. Sistema de Admissão de Ar 3.1 Turbocompressor 4. Sistema de Alimentação de Combustível 4.1. Injeção de Combustível 4.2. Sistema de Injeção 4.3. Combustível 5. Fenômeno da Combustão nos Motores Diesel 5.1. Atraso de Ignição 5.2. Período de Combustão Descontrolada 5.3. Período de Combustão Controlada 5.4. Período de Combustão Atrasada 6. Emissões 7. Lubrificação do Motor Diesel 7.1. Óleo Lubrificante 8. Sistema de Arrefecimento 8.1. Água do Sistema de Arrefecimento Anexo Referências Bibliográficas 3 3 3 4 6 11 11 12 13 15 15 18 21 22 24 26 27 27 27 31 31 34 36 3 1. INTRODUÇÃO Em 1892 Rudolph Diesel idealizou um novo tipo de motor, capaz de queimar carvão finamente pulverizado. A seqüência de operação era semelhante ao do ciclo Otto ( motor por ignição a centelha). Depois de algumas tentativas de controlar a injeção de combustível, Diesel concluiu que a injeção de combustíveis líquidos produziria resultados muito melhores que a injeção de carvão finamente pulverizado. Desde 1930 o motor Diesel tem tido aplicação cada vez maior no setor automotivo, especialmente em caminhões e transporte urbano de massa. A disposição de seus componentes é a mesma que nos motores de ignição por centelha (ciclo Otto), mas nos de ignição por compressão (ciclo Diesel) há diferenças sensíveis de funcionamento. Nos motores Diesel, o motor aspira o ar puro, que no segundo tempo do ciclo se reduz a uma compressão tão elevada (de 12 a 22) que se aquece o suficiente para que ao injetar o combustível (óleo Diesel), este se inflame por si só e queime. A combustão dos gases produz o curso do motor, realizando-se depois o escape. 2. MOTOR DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO (MOTOR DIESEL) 2.1 Funcionamento Termodinâmico ideal Figura 1 - O ciclo padrão ar-Diesel Características termodinâmicas do motor Diesel: 4 • Compressão adiabática reversível (1-2) • Combustão à pressão constante (2-3) • Expansão adiabática (3-4) • Exaustão isovolumétrica (4-1) Em um motor Diesel o ar é comprimido até o momento em que os bicos injetores entram em ação, injetando combustível na câmara de combustão, aumentado-se efetivamente a pressão dentro dos cilindros até uma pressão máxima (podendo ser considerada constante nesse instante). Após isso há uma expansão do pistão até o ponto morto inferior e uma válvula se abre e os gases da combustão são liberados através da válvula de exaustão. A figura 6.2 mostra o funcionamento de um cilindro antes, durante e após a combustão. figura 2 - Esquema do funcionamento de um cilindro (motor Diesel) 2.2. Funcionamento Mecânico Real 2.2.1 O Que Caracteriza o Motor Diesel Duas características fundamentais distinguem o motor Diesel dos outros motores a combustão interna: 1) O tipo de combustível utilizado: d) Escapamento dos gases da combustão.2. No ciclo de quatro tempos temos a seguinte seqüência: a) Aspiração de combustível para a câmara de combustão.5 O motor Diesel utiliza como combustível um óleo pardo-escuro. no ponto morto superior. Vê-se que o ciclo de quatro tempos se completa com quatro cursos do êmbolo. c) Expansão (ou tempo do motor). Quanto aos ciclos. Em virtude de sua utilização nos motores a Diesel. esse combustível recebeu o nome de Diesel. atinge cerca de 40 atm. derivado do petróleo e constituído de uma mistura de hidrocarbonetos que compreende os destilados intermediários e cuja faixa de destilação se situa aproximadamente entre 190 e 330°C. Ciclos de Trabalho Sabemos que o ciclo de trabalho é a seqüência a que se submete dentro do cilindro. Em virtude dessa alta compressão a pressão. . b) Compressão da mistura ar-combustível. enquanto que nos motores a gasolina essa relação é de normalmente 8 a 10: 1. essa pressão atinge apenas 7 atm. os motores Diesel podem ser: → Quatro tempos. uma porção de combustível e comburente a fim de que essa porção libere energia térmica. havendo um tempo em cada ciclo. 2) A alta compressão nos cilindros. As temperaturas chegam a aproximadamente 500°C. inflamando o combustível sem a necessidade de centelhamento. ( para se ter uma idéia nos motores a gasolina.2. A relação volumétrica de compressão varia de 12 a 20:1. Já no ciclo de dois tempos temos: a) Admissão (lavagem do cilindro) e combustão. Em outros países é chamado de gasoil.). o que corresponde a duas rotações do eixo de manivelas. → Dois tempos. A segunda característica fundamental do motor Diesel é a alta compressão no cilindro. 2. devemos focalizar nos parâmetros a seguir: • potência e torque • consumo específico do combustível • eficiência térmica • trabalho indicado • pressão média efetiva • razão ar / combustível • emissões de poluentes .normalmente a consideração primária do usuário .e se o motor em operação pode satisfazer os regulamentos ambientais. torna-se necessário conhecer alguns fatores importantes. suas exigências de manutenção. 2. Parâmetros de Operação do Motor Para que se possa escolher um motor/combustível para uma utilização específica. Os parâmetros de projeto que definem um motor: • propriedades geométricas • potência e torque • trabalho indicado • eficiência mecânica • pressão média efetiva • consumo específico do combustível e eficiência • razão ar / combustível • eficiência volumétrica • peso e volume específico • emissões de poluentes Entretanto. e custos operacionais Estes fatores controlam o total dos custos operacionais . quando se quer comparar o desempenho de motores.6 b) Combustão (abertura das janelas de escape e admissão) e exaustão. tais como: • o desempenho do motor • o consumo de combustível do motor e o custo do combustível exigido • o ruído do motor e emissões de poluentes • a confiabilidade e durabilidade da motor.3. 3. a medição do consumo de combustível é fundamental para que se conheça a eficiência com que o motor transforma a energia química do combustível em trabalho útil. é possível plotar em gráfico os diversos resultados e traçar uma curva de consumo para o motor em prova Em testes de motores. 2. g/HPh ou lb.a taxa de fluxo de combustível por unidade de potência ./HPh. De posse dos valores de massa de combustível consumido. a Massa será igual ao produto do . potência medida e tempo. Ela mede quão eficiente é um motor usando uma dado combustível para produzir trabalho: sfc = mf / P Baixos valores de consumo específico de combustível são desejáveis.fluxo de massa por unidade de tempo mf . De posse desses valores. Um dos parâmetros mais úteis é o consumo específico de combustível (sfc) . pode-se calcular o consumo especifico de combustível em g/CVh. g/kWh. Medindo-se o consumo horário sob regime conhecido de carga. que é uma variável importante a ser considerada na aplicação do motor. Consumo Específico Independentemente do método empregado.1.7 2. pode-se determinar o consumo específico. Tomandose medições em diferentes condições de carga e rpm. Torque e Potência O torque é uma medida da habilidade de um motor em realizar trabalho e potência é a taxa na qual esse trabalho é realizado. o consumo de combustível é medido como uma taxa de fluxo .2. O torque exercido por um motor é: T = Fb Onde: F = força b = comprimento A potência P é o produto do torque pela velocidade angular do motor: P = 2πNT Onde N é o número de rotação do motor.3. 854 kg/litro.3. embora algumas variações para mais ou para menos possam ser verificadas. Wc = ∫ pdV onde : p = pressão no cilindro . O poder calorífico do combustível. o valor da densidade é tomado habitualmente como ρ = 0. define seu conteúdo energético.4. Para o óleo Diesel. O consumo específico de combustível é um parâmetro de comparação muito usado para mostrar quão eficientemente um motor está transformando combustível em trabalho. Potência e Peso. O emprego deste parâmetro tem maior aceitação que o rendimento térmico porque todas as variáveis envolvidas são medidas em unidade padrão: Tempo.3. Essa seria uma medida de eficiência do motor. 2. A energia do combustível fornecido que pode ser liberado pela combustão é dado pela massa de combustível fornecida ao motor por ciclo vezes o poder calorífico do combustível Qc. Eficiência de conversão do combustível A razão do trabalho produzido por ciclo para uma dada quantidade de combustível fornecido ao motor por ciclo que pode ser liberado no processo de combustão é mais importante do que saber apenas o consumo específico de um motor . Trabalho Indicado O trabalho indicado por ciclo é o trabalho liberado para o pistão sobre os quatro tempo do motor .3.8 Volume pela sua Densidade. [M = ρv]. Essa eficiência chamada de eficiência de conversão do combustível ηf é ηf = Wc / mf Qc = (PnR / N) / [(mf nR / N)Qc] = P / mfQc logo: ηf = 1 / sfc Qc Podemos observar que a eficiência de conversão do combustível é inversamente proporcional ao consumo específico 2. Pressão Média Efetiva Apesar do torque ser uma valiosa medida da habilidade particular de um motor para realizar trabalho. Uma medida relativa mais útil de desempenho de um motor é obtida dividindo o trabalho por ciclo pelo volume deslocado do cilindro por ciclo.3. O parâmetro assim obtido tem unidade de força por área de unidade e é chamado a pressão média efetiva (mep). ela depende do tamanho do motor.5.3. Pi= Wc N / nR onde: Wc = trabalho produzido por ciclo nR = número de rotação por tempo do motor ( duas para motores de 2 tempos) 2.6 Razão Ar / Combustível . mep = PnR / VdN onde : Vd = volume do deslocado 2.9 A potência indicada Pi por cilindro pode ser relacionada com o trabalho indicado por ciclo por: Pi = pmi x A x L x N x no de cilindros Onde: Pmi = pressão média indicada A = área do cilindro (π D2/4) L = curso do cilindro N = rotação por minuto Pode também ser escrita como. 3. Indicadores normalizados dos níveis de emissões são mais úteis. logo: ηc = [HRTA . monóxido de carbono (CO). As concentrações de emissões de gases nos gases de descarga do motor são normalmente medidos em partes por milhão ou em percentual de volume. 2.10 Em testes de motores é comum medirmos a taxa de fluxo de ar ma e de combustível mf . As emissões específicas são as taxas de fluxo de massa de poluente por unidade de potência. Eficiência da Combustão Devido à uma fração de energia química do combustível não ser totalmente liberada dentro do motor durante o processo de combustão. torna-se necessário definir uma eficiência de combustão. sNOx = mNOx / P sCO = mCO / P sHC = mHC / P sPart = mpart / P 2. A razão dessas taxas são úteis na definição das condições de operação do motor A/F = ma / mf para motores Diesel utilizando óleo Diesel a variação da razão ar/combustível em operação normal do motor é 18 ≤ A / F ≥ 70.HPTA] / mfQc onde ηc = eficiência . Emissões Específicas Os níveis de emissões dos óxidos de nitrogênio (NOx) . A eficiência da combustão é definida como a quantidade de energia química liquida liberada pela massa de combustível devido a combustão sobre a quantidade de energia que pode ser liberada pela combustão.8. hidrocarbonetos nas queimados (HC) e particulados são importantes características de operação de um motor.3. um dos mais utilizados é a emissão específica. Entretanto.7. Motores Diesel de grande porte e baixa rotação tem melhor aproveitamento da energia obtida na combustão. Para os motores Diesel de pequeno porte e alta rotação.4.11 HR =entalpia dos reagentes HP = entalpia dos produtos TA = temperatura ambiente Quando as espécies que compõe o gás de descarga são conhecidas. O calor gerado pelo poder calorífico do óleo Diesel se dispersa e apenas uma parcela é transformada em potência útil. podemos calcular e eficiência da combustão através de: ηc =1.{ΣixiQHVi / [ mf/( ma + mf )]QHVf} onde xi = frações de massa de CO. Abaixo vemos um diagrama de fluxo térmico para um motor Diesel de grande cilindrada (diagrama Sankey). o que para máquinas térmicas. Energia Térmica do Combustível A energia térmica liberada na combustão não é totalmente aproveitada para a realização de trabalho pelo motor. o rendimento térmico se situa entre 36 e 40%. é considerado alto. onde se pode ter uma idéia de como o calor é aproveitado. . a maior parcela da energia é desperdiçada de várias formas. Na realidade. H2 e HC não queimados e particulados ma = fluxo de massa de ar mf = fluxo de massa de combustível QHVf = poder calorífico inferior do combustível 2. H2 e HC não queimados e particulados QHVi= poder calorífico inferior de CO. em média. 3. Temperatura dos Gases de Descarga A temperatura dos gases de descarga é um bom indicativo do desempenho do motor. Sistema de Admissão de Ar .1% sai com os gases de escape. Vê-se que 41. Combustíveis que provocam baixas taxas de liberação de calor e liberação demorada de calor associada com baixa eficiência térmica. 22. Calor aduzido de 1508 Kcal / CVh com pe = 8 kp /cm². figura 3 .5.12 Diagrama de fluxo térmico de um motor Diesel de grande cilindrada com turbocompressor acionado pelos gases de escape e refrigeração forçada.5% do calor é transformado em potência útil.4% é trocado com a água de refrigeração e 36.Diagrama de fluxo térmico 2. têm temperatura dos gases de descarga com tendência de subir indicando baixo desempenho. através de um sistema que utiliza os gases de descarga do motor para movimentar uma turbina ou compressor. A análise termodinâmica dos ciclos do motor estabelece . As equações de potência e torque mostram que esses parâmetros de performance do motor são proporcionais a massa de ar admitida por ciclo: P = ηf ma N Qc / [nR(A/F)] P=2πTN T = ηf ma Qc / [2 π nR (A/F)] onde P = potência T = torque ηf = eficiência térmica ma = massa de ar N = rpm Qc = poder calorífico nR = número de rotações do eixo por cilindro (A/F) = razão ar/ combustível . aspirados ou turboalimentados. e em qualquer rotação. quando é injetada uma quantidade maior de combustível por ciclo. quanto ao sistema de admissão do ar. Os motores aspirados. o que altera a razão ar/combustível. Independente da carga. operando com razão ar/combustível mais pobre. Quando há mudança na carga a quantidade de combustível injetado muda.13 Os motores Diesel podem ser divididos em dois tipos. Nos motores turbo-alimentados. o motor trabalha com uma razão ar/combustível menor em altas cargas. o ar é comprimido antes dele ser admitido no interior do cilindro. porém. ou de aspiração natural. além de ter pressão e temperatura maiores do que a atmosférica. o ar é admitido com uma densidade maior. um motor Diesel com aspiração natural. admitem o ar à pressão e temperatura atmosférica. que um motor. sempre recebe um suprimento de ar aproximadamente constante. tem uma melhor eficiência térmica. reduzida pressão média efetiva e potência. Assim. claramente. Dessa forma. é que todos os motores Diesel sejam turbo-alimentados. Uma maior densidade do ar. turboalimentador ou simplesmente turbo. dependendo da posição onde se encontra instalado. um processo de arrefecimento do ar admitido. o rendimento volumétrico. e o primeiro anel de segmento do pistão motor deve ser instalado em canaleta reforçada com suporte especial de aço ou ferro fundido. O turbocompressor trabalha em rotações elevadas (80. Nos motores turbo-alimentados. e com isso melhorando a vaporização do mesmo. Devido ao aumento da pressão máxima de combustão. citado anteriormente. devido a sobrepressão do gás nos canais. supercarregador. bem como. • aumento a temperatura do ar comprimido melhorando a troca de calor com o combustível. em geral. . normalmente denominado de aftercooler ou intercooler. sobrealimentador.1. para o futuro. nos motores Diesel. Constituído por um conjunto de dois rotores montados nas extremidades do mesmo eixo. exige-se uma vedação sólida e uma maior pressão da injeção. contribuindo para aumentar. Para melhorar os efeitos do turbo-alimentador. A tendência. O fluxo do óleo para as guias das válvulas deve ser garantido.000 RPM). turbocompressor. o turbocompressor é acionado pela energia cinética dos gases de escape que impulsiona o rotor quente (ou turbina) fazendo com que o rotor frio (compressor radial) na outra extremidade impulsione o ar para os cilindros. 3. a massa de ar no interior dos cilindros. adiciona-se ao sistema de admissão de ar.14 Observa-se que o desempenho de um motor Diesel pode ser melhorado aumentando-se a compressão do ar antes dele ser admitido no cilindro. respectivamente: • maior número de moléculas de oxigênio disponíveis para a oxidação do combustível.000 a 100. temperatura máxima do gás de escape até 790°C. da ordem de 30 a 40% e redução do consumo específico de combustível no entorno de 5%. “supercharger”. proporciona um ganho de potência. Turbocompressor Normalmente denominado por turbina. com a finalidade de reduzir a temperatura do ar. maiores pressão e temperatura do ar do que a atmosférica admitida permite. ainda mais. • redução da temperatura de auto-ignição. reduzindo o período de atraso. é maior que 1. tem grande influência no desempenho do motor. h = rotor da turbina. i = rotor da ventoinha. fazendo com que a durabilidade de um turbocompressor recondicionado nessas condições fique ainda mais reduzida. de preferência. o mau funcionamento do turbocompressor é percebido pela perda de potência do motor sob plena carga e pela presença de óleo lubrificante e fumaça preta na tubulação de escapamento. as oficinas que se dizem especializadas. Turbina de gás de escapamento com fluxo de fora para dentro. O defeito mais freqüente é o surgimento de vazamentos de óleo lubrificante. na maioria dos casos. não dispõem do equipamento para balanceamento do conjunto rotativo. utilizam buchas de bronze (em substituição das buchas sinterizadas) e usinam as carcaças quando da realização de recondicionamentos e. pode consumir o óleo lubrificante do cárter sem que seja percebido. pode-se perceber ruído anormal. que quando ocorre pelo lado do rotor frio (compressor). O efeito da sucção do rotor do compressor no interior da carcaça .15 Turbo-alimentador acionado por gás de escape para motor Diesel. que além de ser rápida. a = admissão do gás de escapamento. tem a mesma garantia da peça nova. Em alguns casos. Em geral. e = entrada do óleo lubrificante. Filtro de ar obstruído também é uma causa freqüente de defeito do turbocompressor. b = saída do gás de escapamento. d = saída do ar. f = saída do óleo lubrificante. k = bucha flutuante de mancal. figura 4 . Em geral. pelo fabricante. c = admissão do ar. A maioria dos distribuidores autorizados disponibiliza para os usuários a opção de venda de remanufaturado a base de troca. g = roda motriz da turbina.Turbo-alimentador acionado por gás de escape para motor Diesel Os reparos no turbocompressor devem ser feitos. 3) Dosar a quantidade de combustível a ser introduzida no cilindro. em seu conjunto. 4. quanto ao sistema de injeção de combustível. Sistema de Alimentação de Combustível As partes do motor através das quais circula o óleo Diesel até penetrar no cilindro constituem. de acordo com a carga sob a qual se opera o motor. Injeção de Combustível O objetivo do sistema de injeção de combustível é medir a quantidade apropriada de combustível para uma dada velocidade e carga do motor. 4. a cada ciclo. Todo sistema de alimentação tem por finalidade introduzir o combustível na câmara de combustão.16 puxa óleo lubrificante através das vedações do eixo. o que se denomina sistema de combustível ou sistema de injeção. Diferentes tipos de bicos são utilizados dependendo da necessidade do sistema de combustão empregado. 4. provocando deficiência de lubrificação e consumo excessivo de lubrificante.1. O combustível é introduzido dentro do cilindro do motor Diesel através dos orifícios dos bicos injetores.1Injeção Direta . Os motores Diesel podem ser divididos em dois tipos. e injetar o combustível no tempo apropriado do ciclo à uma taxa requerida para o tipo de câmara de combustão utilizada.1. 4) Sincronizar a injeção nos diversos cilindros. com um grande diferencial de pressão entre a linha de suprimento de combustível e o cilindro. os de injeção direta e os de injeção indireta. 2) Elevar a pressão do combustível ou do ar a fim de que a pulverização seja completa. pela seguintes operações: 1) Trazer todo o combustível do depósito até o motor. de tal modo que o ar e o combustível possam se misturar formando uma mistura reativa. Estas características proporcionam maior rendimento térmico. a ausência de pre-câmara diminui a turbulência dentro do cilindro. A turbulência pode ser provocada tanto pela forma de admissão do ar e pelo desempenho do sistema de injeção. Figura 5 – Injeção direta 4. e os furos são posicionados de tal modo a não atingir as partes de menor turbulência. além de apresentar ausência de estrangulamento. Processos de injeção direta. b = jato sobre a cabeça do pistão com câmara de mistura térmica (processo MAN-M).17 Os motores de injeção direta apresentam pequena superfície de troca térmica entre a câmara e fluido refrigerante.1. A principal dificuldade nos motores Diesel é criar turbulência dentro da câmara. Injeção Indireta . pois ele atinge maiores temperaturas ao fim do curso de compressão. A partida a frio destes motores também se torna muito mais fácil do que os de injeção indireta. inevitável quando se divide a câmara do motor. a = injeção direta no ar parado (Cummins).Normalmente o injetor é colocado no centro da câmara.2. Nos motores de injeção direta. recaindo sobre o sistema de injeção grande parte da responsabilidade por uma combustão eficiente. Para isto são utilizados injetores de furos múltiplos e altas pressões de injeção 150 a 250 kg/cm2 . melhorando a mistura do ar com o combustível pulverizado. no percurso de compressão. Descontinuidade da pressão na antecâmara e insuflação na parte principal da câmara de combustão mediante um canal injetor. Antecâmara no cabeçote de um motor Diesel de 4 tempos. c = ignição auxiliar para partidas a frio. além de apresentarem altos valores de pressão máxima. os motores de injeção direta necessitam de sistemas de injeção mais sofisticados. a pressão de injeção deve ser alta para que o jato de combustível líquido entre na câmara à uma velocidade suficientemente alta para: . diminuindo o atraso de ignição. os motores de injeção indireta são menos sensíveis a qualidade do combustível do que os de injeção direta. porque se encontra separada das paredes refrigeradas pelo entreferro. Antecâmara tipo esférica. devido as elevadas pressões de injeção. Dessa forma. d = passagem da água de refrigeração para o cabeçote. A parte inferior da antecâmara a é quente. Nos motores de injeção indireta a existência de ante-câmara faz com que esse motores apresentem menores pressões máximas e velocidades de elevação de pressão do que os de injeção direta. c = tubulação de combustível. Uma melhor mistura do ar com o combustível melhora a vaporização das gotas de combustível. A câmara de turbulência a contém quase toda a carga de ar que. penetra tangencialmente pelo canal b começando um movimento circular.18 Apesar de sua elevada eficiência térmica. A existência de uma pre-câmara aumenta os efeitos de turbulência. b = tubulação de combustível. figura 6 – Injeção indireta Independentemente do tipo de sistema de injeção utilizado. 4.Sistema de Injeção Desde 1927 com o advento da bomba rotativa em linha desenvolvida por Robert Bosch. O desenvolvimento dos sistemas EDC. sem possibilidade de intervenções importantes no processo de injeção. Assim. embora trazendo consideráveis resultados. os níveis de emissões Para isto são necessárias altas pressões de injeção. aumentava a potência e o torque com redução do consumo e. poucas modificações ocorreram nos sistemas de injeção de combustível Diesel. atomizar-se rapidamente. . Segundo a Robert Bosch do Brasil: O sistema de injeção de pressão modulada "Common Rail" para motores de injeção direta abre perspectivas completamente novas: • Ampla área de aplicação (para veículos de passeio e utilitários leves com potência de até 30 kW / cilindro. Scania e Volvo desenvolveram novos motores equipados com este sistema.. que não podiam prescindir de um meio de comprimir o óleo Diesel pela ação de um pistão comandado no instante adequado. por serem acionadas por engrenagens conduzidas pela rotação do motor. em pequenas gotículas. uma vez que as bombas injetoras não permitiam variações.19 1. que ganhou a denominação de COMMON RAIL. para ser capaz de vaporizar-se 2. para utilitários pesados chegando até a locomotivas e navios com potência de até 200 kW / cilindro). Somente na década de 80 ocorreram melhorias no sistema de injeção. as fábricas Mercedes. mantinham-se os componentes básicos dos sistemas de injeção. No final da década de 90 foi desenvolvido um sistema que . com o surgimento dos primeiros sistemas de gerenciamento eletrônicos (EDC. esbarrava na limitação mecânica dos sistemas em uso. por conseqüência. de Electronic Diesel Control). O início. atravessar a câmara de combustão em tempo útil e utilizar integralmente a carga de ar. duração e término da injeção permaneciam acoplados à posição da árvore de manivelas. utilizando-se os recursos eletrônicos para monitoramento e controle.2. No segmento de motores mais pesados. curvas de injeção exatas e dosagem extremamente precisa do volume do combustível. com o auxílio do efeito "Hall". sobre o motor. Com o injetor e a alta pressão sempre iminente. produção de pressão e injeção são acoplados. Havendo um turbocompressor. O medidor de massa de ar informa á unidade de comando qual a massa de ar atualmente disponível para assegurar uma combustão possivelmente completa. O sistema de injeção de pressão modulada "Common Rail". • Início de injeção variável. Com base nos valores dos sensores de temperatura do agente de refrigeração e de temperatura do ar. Ela processa os sinais gerados pelos sensores e recebidos através de cabos de dados. Um potenciômetro na função de sensor do pedal do acelerador. assim como. Momento e qualidade de injeção são calculados na unidade de comando eletrônica e transportados pelo injetor (unidade de injeção) em cada cilindro do motor através de uma válvula magnética ativada. informa através de um sinal elétrico à unidade de comando.20 • Alta pressão de injeção de até cerca de 1400 bar. Com as informações obtidas ela tem condição de exercer comando e regulagem sobre o veículo e. principalmente. De acordo com o veículos são conduzidos ainda outros sensores e cabos de dados até a unidade de comando para fazer cumprir as crescentes exigências de segurança e de conforto. obtém-se uma curva de injeção muito precisa. A pressão de injeção é produzida independente da rotação do motor e do volume de injeção e está no "Rail" (acumulador de combustível de alta pressão) pronta para a injeção. determina. Com a ajuda dos sensores a unidade de comando pode captar a condição atual de funcionamento do motor e do veículo em geral. atua ainda o sensor que registra a pressão de carga. • Possibilidade de pré-injeção. se o cilindro se encontra no PMS da combustão ou da troca de gás. pressão no "Rail" e início da injeção adaptados a cada regime de funcionamento. injeção principal e pós-injeção.” . • Pequenas tolerâncias e alta precisão durante toda a vida útil. • Volume de injeção. O sensor de rotação do eixo de comando. com que força o condutor acionou o pedal (aceleração). figura 7 -Sensores do sistema Common Rail Um indicativo importante do sucesso do sistema. medidor de massa de ar.21 1. 8. 9. é o anúncio da Delphi Diesel de investimento de 2 bilhões de dólares no desenvolvimento das suas linhas de produção para fabricar componentes Common Rail. unidade de comando. 4. sensor de rotação do eixo da manivela. por exemplo. 3. 5. injetores. filtro de combustível. 2. sensor do pedal do acelerador. 7. . 6. bomba de alta pressão. acumulador de alta pressão (Rail). sensor de temperatura do motor. utilizado universalmente. f = linha de retorno do combustível utilizado para lubrificação e refrigeração do bico injetor.22 Porta-injetor e Bico injetor. O óleo Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos com ponto de ebulição entre 200 e 360°C. Como os componentes das bombas e bicos injetores são construídos com folgas adequadas à lubrificação pelo . é o principal contaminante e deve sempre ser removida. obtido por destilação do petróleo por hidrogenação.000 Kcal / Kg. por centrifugação ou filtragem especial com decantadores. é levantada pela elevada pressão do combustível bombeado em c. para a auto-ignição e queima perfeita. de combustíveis de alto ponto de ignição. embora atenda aos requisitos básicos em termos de características físicas e químicas. presente. A agulha do bico b que fecha com o auxílio de uma forte mola a. em maior ou menor concentração. ou craqueamento catalítico a baixas temperaturas. O óleo Diesel comum. ou comercial. síntese. e = parafuso de ajuste para a regulação da pressão de injeção.Injetor Common Rail BOSCH 4. Injetor Common Rail BOSCH Figura 8 . d = linha de pressão. Combustível Motores Diesel precisam. A água. Tem poder calorífico médio (ou calor de combustão) de 11.3. requer cuidados quanto ao manejo e utilização. O combustível é injetado por um ou mais jatos. o que eleva sua temperatura e pressão à valores altos que permitem ocorrer a combustão expontânea da mistura combustível-ar.8 CentiStoke a 40°C No mínimo 40. Não deve exceder a 0. Não deve exceder o n° 2 após 3 horas a 50°C.1% em peso.02% em peso. 12°C abaixo da temperatura esperada de operação. Além de água. São as seguintes as características para o óleo Diesel adequado: PROPRIEDAD ESPECIFICAÇÃO MÉTODO DE TESTE EM LABORATÓRIO E Viscosidade ASTM D-445 1.0% em peso. ou 1552 Teor de água e sedimentos Resíduos de carbono Ponto de fulgor Ponto de Névoa Corrosão por enxofre ativo sobre lâmina de cobre Teor de cinzas Destilação ASTM D-1796 ASTM D524 Não deve exceder a 0. Todo o combustível deve evaporar abaixo de 385°C. Nesse momento. Não deve exceder a 0. A curva de destilação deve ser suave e contínua. compostos nocivos à saúde. 98% do combustível deve evaporar abaixo de 360°C. após a combustão. Algumas sociedades classificadoras exigem ponto de fulgor mais elevado. quando será necessário numero mais elevado. ASTM D-129 Teor de Enxofre Não deve exceder a 1. a presença de água os danifica imediatamente. do qual resulta. .130 ASTM D-482 ASTM D-86 5.25% em peso em 10% de resíduos. exceto em clima frio e Numero de serviço em marcha lenta por períodos ASTM D-613 Cetano prolongados. o jato desintegra-se em um núcleo de combustível envolvido por um spray de ar e partículas de combustível. Fenômeno da Combustão nos Motores Diesel No motor Diesel.23 próprio óleo Diesel. 52°C (125°F) mínimo. na câmara de combustão. que não pode ser removido.3 a 5. dentro deste ar altamente comprimido. apenas o ar é comprimido através de uma alta razão de compressão. ou D-189 ASTM D-93 ASTM D-97 ASTM D. todo óleo Diesel tem um certo teor de enxofre. alcançarem o nível da temperatura de auto-ignição e a razão combustível/ar. Por isso. neste local. estiver dentro das condições apropriadas para a combustão. haverá um certo período de atraso antes da ocorrência de ignição. terá início a ignição.24 Quando o vapor e o ar. A combustão da mistura combustível-ar dentro do cilindro é um dos processos que controlam a potência. o desempenho e as emissões do motor Diesel. muito embora o núcleo do jato ainda esteja líquido e relativamente frio. inicialmente. em contato. se faz necessário um conhecimento preliminar básico dos mais importantes fenômenos da combustão para o entendimento da operação do motor. A combustão nos motores Diesel ocorre em 4 fases distintas(ver figura 9): • período de atraso de ignição • período de rápida combustão • período de combustão controlada • período de pós queima figura 9 – Fases da Combustão Diesel . Portanto. 25 Essas fases da combustão serão discutidas a seguir para que possamos identificar em cada uma delas. 6.1. Em motores de injeção direta sob condições normais a ignição é melhor definida do que em motores de injeção indireta.1. O início da injeção é determinado pelo levantamento da agulha do bico injetor. Estágios do atraso de Ignição O atraso de ignição pode ser dividido em dois estágios o atraso físico e o químico Os processos físicos do atraso de ignição são a atomização do jato do combustível líquido. 2) Velocidade do motor . bem como. . a temperatura mínima de autoignição diminui com o aumento da densidade do ar.1. as perdas de temperatura durante a compressão diminuem. ar.1 Atraso de Ignição O atraso de ignição no motor Diesel foi definido como o intervalo de tempo (ou ângulo do eixo de manivela) entre o início da injeção e o começo da combustão.o aumento da taxa de compressão influencia na temperatura de compressão do ar . aumentando a temperatura e a pressão do ar reduzindo o atraso de ignição. 5. Esses processos são afetados pelo projeto do motor. e gases residuais. a vaporização das gotas do combustível. variáveis de operação e características do combustível. entretanto. o aquecimento do combustível até a temperatura de ignição O processo químico são as reações de pre-combustão entre o combustível. reduzindo o atraso de ignição.Com o aumento da velocidade do motor. com o aumento da taxa de elevação de pressão. Fatores que Afetam o Período de Atraso 1) Taxa de compressão . é usualmente identificado com o aumento da taxa de liberação de calor. sugerir modificação nos sistemas que viabilizem seu uso. a interferência da utilização do óleo vegetal como combustível em motores Diesel. 5. a mistura do vapor de combustível com o ar.2. O início da combustão já é mais complicado de determinar. e a maior parte do combustível é injetado antes da ignição ocorrer. Combustíveis com número de cetano variando entre 40 e 55 proporcionam pequeno atraso de ignição. A taxa de vaporização das gotas do combustível dependem do tamanho das gotas. reduzindo a potência.26 3) Potência .a quantidade de combustível injetado por ciclo é constante. isso provoca um som de batida audível. quando a auto ignição da maior parte do combustível já ocorreu. para . Para combustíveis com baixo número de cetano o atraso de ignição é longo. 5) Tempo de injeção . provocando taxas de liberação de calor e aumento de pressão adequadas para uma suave do motor. a chamada batida Diesel. alta pressão do ar no tempo de compressão. resultando em combustão incompleta. e sua velocidade. 4) Atomização o aumento da pressão de injeção aumenta a atomização do combustível facilitando sua vaporização e conseqüente combustão. e a volatilidade do combustível. Sob essas extremas condições.A qualidade de ignição do combustível é definida pelo seu número de cetano. fazendo com que a ignição ocorra tarde. pressão e temperatura no interior da câmara de combustão. Para combustíveis com alto número de cetano. o atraso de ignição é muito longo.com o aumento da potência a razão ar-combustível diminui. 6) Qualidade do combustível . Para se conseguir uma boa atomização é também necessário diâmetros dos orifícios dos bicos injetores pequenos. a temperatura de operação aumenta diminuindo o período de atraso. Dessa forma. Compostos parafínicos tem alta qualidade de ignição. o que resulta em muito altas taxas de queima rápida uma vez que a combustão começa com alta taxa de aumento de pressão grandes picos de pressão. Para combustíveis com número de cetano muito baixo. e uma pobre eficiência de conversão de combustível. e o tipo de spray respectivamente. sua distribuição. A taxa de mistura do ar e combustível é controlada grandemente pelo projeto do injetor e da câmara de combustão que interferem na turbulência da carga de ar durante a compressão. podemos observar que as características físico químicas do combustível são muito importantes. ao ponto de se processar durante o tempo de expansão apagando o processo de queima. O número de cetano é dependente da estrutura molecular do combustível. já compostos aromáticos conferem baixa qualidade de ignição ao combustível como com os álcoois e óleos vegetais. o atraso de ignição aumenta com o aumento do avanço de injeção. o atraso de ignição é pequeno ocorrendo a ignição antes que a maior parte do combustível seja injetada. Como a pressão e temperatura no início da injeção são baixas para grandes avanço de injeção. pois afeta o atraso de ignição. 6) Temperatura de admissão . 5. 7) Pressão de Admissão . é a fase em que o aumento de pressão é rápido. barulho e facilidade na partida.O aumento da pressão de admissão do ar ou sobrealimentação reduz a temperatura de autoignição. mostrados no diagrama indicador Diesel p × θ na figura 9. também chamado de período de combustão rápida. as partículas de combustível têm tempo de espalhar−se por uma vasta área e ar fresco sempre disponível a sua volta.2. maior e mais rápido será o aumento da pressão. A maior parte do combustível admitido é evaporado.aumento da temperatura de admissão produz um aumento na temperatura do ar comprimido. Entretanto. isso provoca uma redução na densidade do ar reduzindo o eficiência volumétrica e com isso a potência. formando uma mistura com o ar. quanto mais longo o atraso. reduzindo o período de atraso. uma vez que mais combustível estará presente no cilindro antes que a velocidade da combustão fique sob controle. suavidade de operação. Período de combustão descontrolada O período de combustão descontrolada. ou seja. completando−se.27 combustíveis com número de cetano inferior a 38 há um aumento grande no atraso de ignição. provocando uma redução no atraso de ignição. emissão de fumaça negra. 5. Durante o período de atraso. O período de combustão descontrolada é contado a partir do final do período de atraso à ignição (ponto de ignição b) até o ponto c. Período de combustão controlada . as reações de pré combustão. A temperatura de auto-ignição é uma das mais importantes propriedades do combustível. Temperaturas de auto-ignição baixas resultam em períodos de atraso de ignição menores . assim. tais como eficiência de conversão de combustível.3. suas propriedades são de extrema importância para determinarmos a operacionalidade do motor. Como as características do combustível interferem no atraso de ignição. falha de ignição. É de se notar que a pressão alcançada durante o período de combustão descontrolada dependerá da duração do período de atraso à ignição. A velocidade da combustão atrasada depende da velocidade de difusão e do nível de turbulência para a mistura do combustível não queimado e parcialmente queimado com o ar. Este processo continua por um certo período. o oxigênio é o componente reativo do ar. indicado como ponto d no diagrama indicador p × θ na figura 9. da conservação de massa de cada elemento químico nos reagentes. iniciam a combustão assim que entram em contato com o oxigênio. Um fato importante que pode ser observado é que a taxa de calor liberado pelo combustível é máxima durante os períodos de combustão descontrolada e controlada. com reduzido atraso à ignição. Geralmente este período começa a partir do final do período de injeção. chamado de combustão atrasada. indicada como ponto e no diagrama indicador na Fig. e prossegue até uma parte do ciclo de expansão. injetadas durante o segundo estágio. entram em combustão mais rapidamente. o combustível pode ser completamente oxidado. considera-se suficientemente precisa a composição do ar como sendo . as partículas de combustível. Com oxigênio suficiente. Período de combustão atrasada A combustão não cessa com o término do processo de injeção. indicado como ponto d no diagrama indicador Diesel na figura 9. Portanto. a combustão controlada. 5. 9. Esse período de combustão controlada termina com o final do período de injeção do combustível. As partículas de combustível.4. Emissões As relações entre a composição dos reagentes (combustível e ar) de uma mistura e a composição dos produtos dependem. a medida que encontram o oxigênio necessário.28 O período de combustão descontrolada (rápida combustão) é seguido pelo terceiro estágio. apenas. O estágio de combustão atrasada também pode durar até a abertura da válvula de descarga. são necessárias para defini-las as a composição elementar relativa do combustível e as proporções relativas de combustível e ar. deixadas na câmara de combustão. A temperatura e a pressão no segundo estágio são bastante altas. não queimadas e parcialmente queimadas. Assim. 6. e qualquer aumento posterior da pressão será controlado pela taxa de injeção. Em termos usuais. Na combustão. simplificados. Considerando que o peso molecular do oxigênio.011 + 1. A razão ar/combustível equivalente λ: λ = (A/F)real / (A/F)s Logo: para misturas pobre para misturas estequiométricas para misturas ricas λ>1 λ=1 λ<1 . também porque a razão ar/combustível estequiométrica depende da composição do combustível. 28. As proporções estequiométricas são definidas pela equação: CaHb + (a + b/4)(O2 + 3. Dessa forma a composição combustível pode ser escrita na forma simplificada CHα.773 x 28. onde α = b/a . contudo quando os produtos estão à baixas temperaturas. ele não é afetado significativamente pela reação. devido a composição dos produtos da combustão ser significativamente diferente para misturas pobres ou ricas.008. o carbono é convertido em CO2 e o hidrogênio em H2O.011 e 1. do nitrogênio atmosférico.16. Esta equação genérica para a combustão completa de um combustível a base de hidrocarbonetos com o ar.008α) Misturas ar/combustível com mais ou menos ar estequiométrico requerido podem ser queimadas. Entretanto. 12.2095 = 3.0. a razão entre a razão ar combustível real e a estequimétrica traz mais informação para definir a composição da mistura. e.16)] / (12. O ar contém nitrogênio.773 Em um combustível a base de hidrocarbonetos. do carbono e do hidrogênio são respectivamente 32. (A/F)s = [(1 + α/4)(32 + 3. cuja composição molecular é CaHb.29 21% (0.008α) (A/F)s = [34.773(a + b/4) N2 onde a e b são a quantidade de cada elemento na composição química do combustível. Para cada mol de oxigênio no ar existem : (1 .773N2) = a CO2 + (b/2) H2O + 3.011 + 1. onde estão definidas só as proporções relativas sobre uma base molar. A relação ar/combustível estequimétrica (A/F)s depende somente de α.2095) de oxigênio e 79% de gases inertes feito nitrogênio.56 (4 + α)] / (12.2095) / 0. NOx. a composição do gás de descarga deve corresponder à uma distribuição da razão ar/combustível. sobre um valor médio. Há sempre uma ineficiência da combustão. além de não serem completamente uniformes. sob condições estequiométricas. mede-se a composição dos gases de descarga do motor para controle da eficiência da combustão e poluição. A massa de ar e a quantidade de ar que entram em cada cilindro de um motor multicilíndrico não são exatamente iguais.30 Infelizmente. Também é feita para determinar as proporções relativas de combustível e ar que entram no motor para que sua razão equivalente operacional seja calculada. a combustão perfeita. Desse modo. até mesmo com excesso de ar. hidrocarbonetos não queimados e particulados). Além disso nem todo combustível que entra no motor é totalmente queimado dentro do cilindro. O QUE É Restos de COMO AGE Participa de FORMAÇAO NO MOTOR DIESEL Tanto o excesso de ar como a EFEITOS NO AMBIENTE Alguns aromáticos são . É feita a determinação de suas emissões ( por exemplo. na mistura não queimada. CO. Atualmente. etc. Produtos de Combustão Incompleta: Formação e Efeitos SUBSTÂNCIA HidroFORMA COMO É ENCONTRADO Gás que. Para uma combustão não estequiométricas as proporções para combustíveis são: CHα + n(O2 + kN2) = = A CO2 + B CO + D H2 + E H2O + F O2 + G N2 + X CHα + Particulado onde: α = relação atômica entre H/C n = moles real de O2 / mol do combustível k = moles de nitrogênio. / mol de O2 no ar A = moles de CO2 em produtos B = moles de CO em produtos D = moles de H2 em produtos E = moles de H2O em produtos F = moles de O2 em produtos G = moles de N2 em produtos X = moles de CHα em produtos As emissões de hidrocarbonetos para óleo Diesel tem a forma de CHα. é raramente obtida nos motores Diesel. provocam tumores. Este depende da relação ar/combustível e da homogenização da mistura. garganta e pulmão. diminuições dos reflexos. também produzem efeitos estéticos na atmosfera. Reação do nitrogênio contido no ar com oxigênio. Participa das reações fotoquímicas na atmosfera. dependendo do tamanho pode chegar aos pulmões. Se o combustível não encontrar a parcela adequada de oxigênio dentro da c6amara. Partículas microscópicas compostas principalmente por carbono. Baixas cargas e baixas temperatura dos gases de escape diminuem a pos-reação do HC no escape. os efeitos do turbilhonamento do ar na câmara e a montagem de turbocompressor no motor influem na formação de NOx. de odor irritante. vertigem. maior a tendência de formação de HC. Causa danos as plantas. como sultafos e ácido sulfídrico. considerados cancerígenos e atacam o sistema nervoso.31 carbonetos (HC) dependendo da composição pode ou não se inodoro combustível não queimado. odor picante. o ponto de injeção. Danos a vegetação. Gerada na partida do motor em baixas temperaturas. sua falta tem influência na emissão de HC. Neste instante. não sendo retidas pelas defesas naturais do organismo. A altas temperaturas e pressões ocorre a reação: N2 + O2 → 2NO Que se transforma em NOx. desconforto. Transforma-se em ácido nítrico em contato cm a água. Altamente solúvel. Gases incolores. O H2S e H2SO4 formados no motor deterioram o funcionamento deste. As principais substâncias são acetaldeido. como a redução da visibilidade e do contraste pelo fenômeno da difração de luz nas partículas (aerossóis). Danos as vias respiratórias. 7. impede que o sangue circule no organismo. é absorvido durante sua passagem pelas vis respiratórias. Nas plantas o NO2 provoca supressão do crescimento. Aldeidos (CnHm – CHO) Gás incolor de odor picante. sem gosto e incolor. Óxidos de enxofre (SOx) Principalmente na forma de SO2 e SO3. etc. O esfriamento da mistura nas paredes da câmara de combustão aumenta o HC. temos uma mistura já pobre e uma alta temperatura. Olefinicos e acetilenos: integrantes da reação “smog fotoquímico” (vide NOx) Parafínicos: possuem efeito narcótico e irritam levemente a mucosa. Em ambiente fechado pode levar a morte. Lubrificação do Motor Diesel O sistema de lubrificação do motor Diesel é dimensionado para operar com um volume de óleo lubrificante de 2 a 3 litros por litro de cilindrada do motor e vazão . Agente irritante dos óleos e vias respiratórias. na forma de manchas. Quanto maior a câmara. água. gerada principalmente pelos motores Diesel. acroleina e formaldeido. etc. produz-se CO. Irritam os olhos e as vias respiratórias. nariz. clorose. causando doenças respiratórias. Durante a combustão participas das reações de oxidação. Fumaça Branca Gás branco de odor desagradável. Normalmente formados a partir da última parte de combustível a entrar e ser queimado na câmara. Em cobaias. Ao combinar-se com a hemoglobina no lugar do oxigênio. Agrava doenças respiratórias. Irritações nas vias respiratórias e nos olhos. incolor e sem gosto. cansaço. NO2 – gás avermelhado. O combustível injetado na câmara acaba tocando as partes frias: condensando-se. “Smog Fotoquímico”: causa irritação nos olhos. O NO2 é tóxico. Alguns são originados do óleo lubrificantes reações fotoquímicas na atmosfera: (smog fotoquímico) Óxidos de Nitrogênio (NOx) Principais: NO – gás inodoro. clorose e queda prematura das folhas. podem se formar na atmosfera. Formada a partir da combustão incompleta do combustível e do óleo lubrificante e das impurezas do combustível. Dores de cabeça. Contém grande quantidade de combustível não queimado. provocando o aumento das outras emissões. Grandes zonas de fogo e região do esmagamento têm tendência de aumentar o HC. palpitações no coração.) O enxofre faz parte do combustível. Fuligem (material particulado) Poeira microscópica. diminuição do crescimento. Participam na formação do particulado. hidrocarbonetos não queimados sulfatos e traços de outros elementos (metais. Restos de combustível parcialmente oxidados. evaporando e decompondo o combustível. altamente tóxicos. Monóxido de Carbono (CO) Gás inodoro. Produz efeitos indesejáveis na atmosfera. é expelido antes de ter sido completamente queimado. Ação cancerígena humana. Resultado da queima parcial do combustível na câmara de combustão. É um dos principais responsáveis pelos odores dos gases de escape. Participam de reações fotoquímicas na atmosfera. Fica em suspensão no ar e. Substância indesejável. A qualidade do combustível. Outros compostos. As partículas suspensas do gás possuem tamanho microscópico. pela classe de viscosidade SAE (Society Of Automotive Engineers) e a seguir.1 Óleo Lubrificante O óleo lubrificante está para o motor assim como o sangue está para o homem. triplicar a vida útil dos motores pela simples utilização do lubrificante adequado para o tipo de serviço. e = válvula para limitação da pressão. – Trocador de calor do óleo lubrificante. b = “pescador” com filtro de tela. pela classe de potência API (American Petroleum Institute). • – Bomba de circulação forçada. montado sob o bloco. Os óleos lubrificantes disponíveis no mercado são classificados primeiro.32 entre 10 e 40 litros por Cavalo-hora. Os componentes básicos do sistema de lubrificação. i = trocador de calor e k = linha para o motor. A característica mais importante do óleo lubrificante é a sua viscosidade. g = linha de derivação (“bypass” para o filtro auxiliar). atualmente. é possível. • • • • – Regulador de pressão (geralmente uma válvula na própria bomba). encontrados em todos os motores Diesel. acionada pela árvore de manivelas do motor. Graças ao desenvolvimento da tecnologia de produção de lubrificantes. que é a resistência interna oferecida pelas moléculas de uma camada. tais como sensores de pressão. conforme o projeto do fabricante. h = indicador de pressão ou comutador de segurança. Sistema de lubrificação: a = cárter de óleo. pressostatos e manômetro. geralmente do tipo de engrenagem. dotado de capacidade adequada à potência do motor. quando esta é . são: • – Cárter de óleo. f = filtro de fluxo total. d = linha de pressão. c = bomba. – Filtro(s) de fluxo integral e de desvio e – Acessórios. Figura 10 – Sistema de lubrificação 7. Observa-se que o número SAE não é um índice de viscosidade do óleo. O API classificou os óleos lubrificantes. As classificações API. são: – ML (Motor Light). casos em que se torna indicado o uso de óleos motor medium.000 20 45 < 58 30 58 < 70 40 70 < 85 50 85 < 110 N° A letra w (Winter = inverno) indica que a viscosidade deve ser medida a zero grau Farenheit. tais motores poderão ser sensíveis à formação de depósitos e corrosão de mancais. – MS (Motor Severe) . um óleo SAE 30 poderá ter uma viscosidade a 210 °F entre 58 e 70 SSU. 7. exemplificando. mas sim uma faixa de viscosidade a uma dada temperatura. encontradas nas embalagens dos óleos lubrificantes.000 48.33 deslocada em relação a outra. é o resultado de um atrito interno do próprio lubrificante.1 Classificações A SAE estabeleceu a sua classificação para óleos de cárter de motor segundo a tabela: SAE VISCOSIDADE SSU a 0° F SSU a 210 ° F Mínimo Máximo Mínimo Máximo 5w 4.000 < 12. – MM (Motor Medium) Óleos próprios para motores a gasolina. especialmente quando a temperatura do óleo se eleva.000 20 w 12.000 10 w 6. tais motores não deverão ter características construtivas que os tornem propensos à formação de depósitos ou sujeitos à corrosão dos mancais. designando-os segundo o tipo de serviço.1. cujo trabalho seja entre leve e severo. Óleos próprios para uso em motores a gasolina que funcionem em serviço leve. CG-4 = para condições extremamente severas tendo propriedades mais amplas que CF-4. com a colaboração da ASTM e SAE. que o mesmo é menos sensível à ação do combustível do que aos resíduos e ao ataque do lubrificante. além disso. combustível tendente a formar resíduos nas paredes dos cilindros – sendo. – DS (Diesel Severe) Óleos próprios para motores Diesel especialmente sujeitos a serviço pesado. – DG (Diesel General) Óleos indicados para uso em motores Diesel submetidos a condições leves de serviço. Maiores proteções que as designações anteriores. usando. CB = para serviço moderado de motor Diesel. Obs. – DM (Diesel Medium) São óleos próprios para motores Diesel funcionando sob condições severas. nos quais o combustível empregado e as características do motor tendem a não permitir o desgaste e a formação de resíduos. onde tanto as condições do combustível quanto as características do motor se somam na tendência de provocar desgaste e formar resíduos. porém. CC = para serviço moderado de motor Diesel e a gasolina e CD = para serviço severo de motor Diesel e para motores Diesel turbo alimentado CE = para motores Diesel turbo alimentados + intercooler em condições severas de uso.34 Óleos indicados para uso em motores a gasolina sob alta rotação e serviço pesado. Com a finalidade de facilitar a escolha dos óleos pelo consumidor leigo.Os óleos de geração mais nova podem substituir sem problemas qualquer um dos anteriores desde que mineral por mineral ou sintético por sintético! . desenvolveu o sistema de classificação de serviço: CA = para serviço leve de motor Diesel. mono ou multiviscosos. CF-4 = para condições extremamente severas. : A classificação independe dos óleos serem minerais ou sintéticos. em virtude não só de seus detalhes de construção como ao tipo de combustível. com tendência à corrosão dos mancais e à formação de verniz e depósitos de carbono. . o API. as características do motor tais. recomendado para utilização em regiões mais frias) e para proteger contra a corrosão (óleos emulsionáveis ou compostos que. Ou seja. de forma a se comportarem como se pertencessem a uma classe de viscosidade a zero grau Farenheit e a outra classe a 210 graus Farenheit. Os estudos desenvolvidos nessa área até os dias atuais. com pressões . 8. eliminam a válvula termostática. não disponha da quantidade suficiente de água para troca de calor. O rebaixamento da temperatura da água no radiador é da ordem de 5°C. quando sob regime de maior rotação e carga. em contato com a água. para poder chegar rapidamente à temperatura de serviço. A pressão interna do sistema é controlada pela válvula existente na tampa do radiador (ou do tanque de expansão) que. permitindo que o motor trabalhe abaixo das temperaturas ideais em condições de poucas solicitações e. A variação da viscosidade com a temperatura não é linear. é menor que 1.0 atm. tendem a formar películas plásticas). Muitos mecânicos. entretanto. permitem o dimensionamento do radiador com menor capacidade. O fluxo do meio de refrigeração é controlado por válvula(s) termostática(s). quanto irá variar a viscosidade quando for conhecida a variação de temperatura. tornou-se necessário conhecer bem as características viscosidade versus temperatura em uma faixa bastante ampla. eventual reserva é feita no radiador e tanque de expansão. não é possível estabelecer. a priori. A quantidade do meio refrigerante é pequena (de 3 a 6 litros). Pressões entre 0.0 atm. Tais óleos são conhecidos como "multigrade" ou multiviscosos. em geral. muitas vezes chamados a trabalhar em condições de temperatura bastante variáveis. A capacidade de pressão da bomba centrífuga é de 10 a 20 m de elevação e a quantidade de água em circulação é proporcional à velocidade. levaram os fabricantes de lubrificantes a produzirem óleos capazes de resistirem às variações de temperatura. ao se verem diante de problemas de superaquecimento do motor.5 e 1.35 Com o desenvolvimento técnico exigindo qualidades mais aprimoradas dos óleos. Sistema de Arrefecimento O meio refrigerante na maioria dos casos é água com aditivos para rebaixar o ponto de congelamento (por exemplo: etileno-glicol. É falsa a idéia de que a eliminação da válvula termostática melhora as condições de refrigeração do motor. As bolhas de vapor que se formam nos pontos de pressão mais baixa (antes da bomba). b = molas de a. mesmo com temperaturas baixas.TAMPA DO RADIADOR 8. Água do sistema de Arrefecimento A água do sistema de arrefecimento do motor deve ser limpa e livre de agentes químicos corrosivos tais como cloretos. Os cabeçotes devem receber um volume adequado de água. VÁLVULA TERMOSTÁTICA PARA REGULAÇÃO DO FLUXO DE ÁGUA DE REFRIGERAÇÃO. sulfatos e ácidos. e = prato da válvula lado frio. a pressão de trabalho do sistema de arrefecimento encontra-se estampada na tampa do radiador.1. pois baixas pressões proporcionam a formação de bolhas e cavitação nas camisas dos cilindros. as juntas e vedações ficam submetidas a solicitações mais elevadas. a = válvula de sobre-pressão. f = enchimento de cera. d = válvula de depressão. e = tampa. a = afluxo. d = prato da válvula do lado quente com frestas de vedação para deixar escapar o ar durante o abastecimento. o curso da válvula depende da variação de volume do material elástico (cera) durante a fusão ou solidificação. A água deve ser . Figura 11 . g = vedação de borracha. é necessário utilizar outra de mesma pressão. b = saída fria. Normalmente. É necessário manter a pressurização adequada do sistema de refrigeração.36 nesta faixa. de acordo com as recomendações do fabricante do motor. para não comprometer o funcionamento das válvulas de admissão e escapamento. c = tubo de descarga. c = saída quente. TAMPA DO RADIADOR COM VÁLVULAS DE SOBRE-PRESSÃO E DE DEPRESSÃO. Ao substituir a tampa. geralmente por meio de um filtro instalado no sistema. O sistema de arrefecimento. conforme recomendado pelo fabricante. com o valor do PH em torno de 8.0 a 9. a longo prazo. provocando restrições e dificultando a troca de calor. produzidos por água com elevado grau de dureza. Qualquer água potável que se considera boa para beber pode ser tratada para ser usada no motor.5. periodicamente. a cada determinado numero de horas de operação. Anexo Equação da Combustão 1 – Equação Estequiométrica . são bastante freqüentes.37 mantida levemente alcalina. A qualidade da água não interfere no desempenho do motor. deve ser lavado com produtos químicos recomendados pelo fabricante do motor. Geralmente é recomendado um "flushing" com solução a base de ácido oxálico ou produto similar. O tratamento da água consiste na adição de agentes químicos inibidores de corrosão. que obstruem as passagens. pode resultar em danos irreparáveis. em quantidade conveniente. porém a utilização de água inadequada. Água muito ácida pode causar corrosão eletrolítica entre materiais diferentes. A formação de depósitos sólidos de sais minerais. 2 – Equação Real yCnHmOp + xO2 + x3. e.773N2 = a CO2 + b H2O + c N2 + d CO + e O2 + f CnHmOp + g NO + h H2 1) ny = 2a + d + nf 2) my = 2b +mf + 2h 3) py + 2x = 2a + b + d + 2e + pf + g 4) 2x3.Razão Ar/Combustível Real A/C = (x MO2 + x3. f e g podemos encontrar a razão ar combustível real.1 – Razão Ar/Combustível Estequiométrica A/C = (x MO2 + x3.2 Consumo Específico Consumo específico = consumo [dm3/h] x densidade do combustível [ kg/dm3] Potência[kW] .773 MN2)/ (n MC + m MH + p MO ) Onde M são os peso moleculares.388 Dados: a.773 = 2c + g 5) b d / a h = 3. consumo específico do ar e eficiência de conversão.773N2 = aCO2 + bH2O + cN2 1) ny = 2a ⇒ y = a/n 2) my = 2b ⇒ y = 2b/m ⇒b = am/2n 3) py + 2x = 2a + b 4) 2x3. o consumo específico.773 MN2)/ (n MC + m MH + p MO ) Onde M são os peso moleculares.38 yCnHmOp + xO2 + x3. 2.1 . d.773 = 2c 1. 2. emissões específicas. consumo específico NO [kWh] = (g(MN + MO) / y(nMC + mMH + pMO)) . . consumo específico H2O [kWh] = (b(MH2 + MO) / y(nMC + mMH + pMO)) . 1988. [g/kWh] Poder Calorífico [MJ/kg] Referências Bibliográficas HEYWOOD.4 Consumo específico de ar consumo esp. consumo específico CnHmOp [kWh] = (f / y) .3 Emissões Específicas CO2 [kWh] = (a(MC + MO2) / y(nMC + mMH + pMO)) . J. consumo específico 2.39 2. McGraw-Hill. B. Ar = x MO2 + cMN2 / y(nMC + mMH + pMO)) . Esp.5 Eficiência de Conversão ηf = 3600 cons. Singapore. Internal Combustion Engine Fundamentals. Ed. consumo específico H2 [kWh] = (h(MH2) / y(nMC + mMH + pMO)) . consumo específico CO [kWh] = (d(MC + MO) / y(nMC + mMH + pMO)) . consumo específico N2 [kWh] = (c(MN2) / y(nMC + mMH + pMO)) . consumo específico 2. consumo específico O2 [kWh] = (e(MO2) / y(nMC + mMH + pMO)) . COPPE/UFRJ. Internal Combustion Engines.br . 2001 www. . Internal Combustion Engine Modeling. Introduction to internal combustion engine. J.. S. B. 3 ed. V. CENPES/DIPROD.eng. Motores Diesel Utilização – Petrobrás PIMENTEL.40 STONE. R. GANESAN.howstuffworks.Sc. RAMOS.Motores e Geradores www. 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