motores automotivos de ciclo...

SENAI-RJ • Automotiva

MOTORES

AUTOMOTIVOS

DE CICLO OTTO

MOTORES

AUTOMOTIVOS

DE CICLO OTTO

Federação das Indústrias do Estado do Rio de JaneiroEduardo Eugenio Gouvêa VieiraPresidente

Diretoria-Geral do Sistema FIRJANAugusto Cesar Franco de AlencarDiretor

Diretor Regional do SENAI-RJRoterdam Pinto SalomãoDiretor

Diretoria de EducaçãoAndréa Marinho de Souza FrancoDiretora

SENAI-RJRio de Janeiro

2007

MOTORES

AUTOMOTIVOS

DE CICLO OTTO

Motores Automotivos de Ciclo OTTO

© 2007

SENAI- Rio de Janeiro

Diretoria de Educação

Gerência da Educação Profissional Regina Helena Malta do Nascimento

Gerência Executiva SESI-SENAI Tijuca Carlos Bernardo Ribeiro Schlaepfer

EQUIPE TÉCNICA

Coordenação Angela Elizabeth Denecke

Vera Regina Costa Abreu

Seleção e adaptação dos conteúdos Alexandre Caggiano Granado

Revisão pedagógica Regina Averbug

Projeto gráfico Artae Design & Criação

Editoração Lienice Silva de Souza

Colaboração Alexandre Tavares Alves dos Santos (estagiário)

Gisele Rodrigues Martins (estagiária)

Material para fins didáticosPropriedade do SENAI-RJ.

Reprodução, total e parcial, sob expressa autorização.

SENAI - Rio de Janeiro

GEP - Gerência de Educação Profissional

Rua Mariz e Barros, 678 - Tijuca

20270-903 - Rio de Janeiro - RJ

Tel: (021) 2587-1323

Fax: (021) 2254-2884

[email protected]

Prezado aluno,

Quando você resolveu realizar um curso em nossa instituição, talvez não soubesse

que, desse momento em diante, estaria fazendo parte do maior sistema de educação

profissional do país: o SENAI. Há mais de 60 anos, estamos construindo uma história de

educação voltada para o desenvolvimento tecnológico da indústria brasileira e da

formação profissional de jovens e adultos.

Devido às mudanças ocorridas no modelo produtivo, o trabalhador não pode

continuar com uma visão restrita dos postos de trabalho. Hoje, o mercado exigirá de

você, além do domínio do conteúdo técnico de sua profissão, competências que lhe

permitam decidir com autonomia, proatividade, capacidade de análise, solução de

problemas, avaliação de resultados e propostas de mudanças no processo do trabalho.

Você deverá estar preparado para o exercício de papéis flexíveis e polivalentes, assim

como para a cooperação e a interação, o trabalho em equipe e o comprometimento com

os resultados.

Soma-se a isso o fato de que a produção constante de novos saberes e tecnologias

exigirá de você a atualização contínua de seus conhecimentos profissionais,

evidenciando-se a necessidade de uma formação consistente que lhe proporcione maior

adaptabilidade e instrumentos essenciais à auto-aprendizagem.

Essa nova dinâmica do mercado de trabalho vem requerendo que os sistemas de

educação se organizem de forma flexível e ágil, motivo esse que levou o SENAI a criar

uma nova estrutura educacional com o propósito de atender às atuais necessidades da

indústria, estabelecendo uma formação flexível e modularizada.

A formação flexível tornará possível a você, aluno do Sistema, voltar e dar

continuidade à sua educação, criando seu próprio percurso. Além de toda a infra-

estrutura necessária a seu desenvolvimento, você poderá contar com o apoio técnico-

pedagógico da equipe de educação dessa escola do SENAI para orientá-lo em seu trajeto.

Mais do que formar um profissional, estamos buscando formar cidadãos.

Seja bem-vindo!

Andréa Marinho de Souza Franco

Diretora de Educação

Sumário

Bloco 1

APRESENTAÇÃO................................... 11

UMA PALAVRA INICIAL ........................ 13

INTRODUÇÃO ...................................... 17

CLASSIFICAÇÃO E FUNCIONAMENTO DOS

MOTORES ............................................ 19

Motores: do vapor à combustão .......................... 21

Motores de combustão externa ........................... 23

Motores de combustão interna ............................ 24

Combustão ...................................................... 31

Motor de ciclo OTTO ......................................... 31

MOTOR: COMPONENTES E

CARACTERÍSTICAS............................... 35

COMPONENTES DO MOTOR .......................... 37

Bloco de motor ................................................. 38

Conjunto móvel ................................................ 39

Cabeçote ........................................................ 47

Bloco 2

CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES ................... 59

Cilindrada ........................................................ 59

Taxa de compressão ou relação volumétrica ........... 60

Torque ........................................................... 61

Potência ......................................................... 62

SISTEMAS DOS MOTORES.................... 65

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO.......................... 67

Sistema de distribuição com acionamento indireto ... 68

Sistema de distribuição com acionamento direto ..... 69

Diagrama de válvulas ......................................... 70

Variador de fase ............................................... 71

Árvore contra-rotante de equilíbrio ou árvore de

balanceamento ................................................ 71

SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO ......................... 72

Atrito ............................................................. 73

Óleo lubrificante ............................................... 74

Tipos de sistemas de lubrificação ......................... 77

SISTEMA DE ARREFECIMENTO ........................ 82

Tipos de sistema de arrefecimento utilizados

nos veículos .................................................... 83

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DO MOTOR ............. 92

Combustíveis para motores de ciclo Otto ............... 93

Mistura ar/combustível ...................................... 95

Sistema de alimentação ..................................... 98

SISTEMA DE IGNIÇÃO.............................. 106

SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÕES ............ 108

Sistema de ventilação do cárter ......................... 108

Sistema antievaporativo de combustível ............... 109

Sistema de controle de emissões na descarga ....... 110

REFERÊNCIAS.................................... 115

Bloco 3

SENAI-RJ 11

Motores Automotivos de Ciclo OTTO – Apresentação

A dinâmica social dos tempos de globalização exige dos profissionais atualização constante.

Em todas as áreas, técnicas e conhecimentos ficam obsoletos em ciclos cada vez mais curtos,

trazendo desafios renovados e tendo, como conseqüência para a educação, a necessidade de

encontrar novas formas e rápidas respostas.

Neste cenário, que exige educação contínua, ao longo de toda a vida, é preciso que as

instituições educacionais criem condições e estimulem novas formas de ensinar e de aprender.

Professores e alunos, por sua vez, também devem estar motivados para trilhar os caminhos da

pesquisa e da criatividade, favorecendo tanto a iniciativa individual quanto o trabalho de equipe.

Com essa perspectiva, é apresentado este material didático – Motores automotivos de

ciclo OTTO. Trata-se de um recurso de apoio para o aluno acompanhar e rever os assuntos

desenvolvidos nas salas, oficinas e laboratórios. Sugere-se que, além da sua leitura, o estudo dos

temas seja ampliado com outras fontes, possibilitando, sempre, a reconstrução de

conhecimentos.

Este material está estruturado em três blocos, que abordam os motores automotivos de

ciclo OTTO.

No primeiro bloco é abordada a classificação dos motores quanto ao tipo de combustão –

externa ou interna. É dada ênfase aos motores de combustão interna, apresentando suas

diferentes classificações.

O segundo bloco trata dos componenestes e características do motor. Dos componentes

do motor são destacados: bloco do motor, conjunto móvel e cabeçote. Com relação às

características do motor, são enfocadas: cilindrada, taxa de compressão, torque e potência.

Finalmente, no terceiro bloco, são vistos os diferentes sistemas dos motores: distribuição,

lubrificação, arrefecimento, alimentação, ignição e controle de emissões.

Esperamos que este material didático contribua para apoiar os processos da educação

profissional na área automotiva, sendo um recurso útil para estudo e consulta, colaborando,

assim, para a formação de profissionais cada vez mais capacitados a desempenharem suas

funções com desembaraço e competência.

Apresentação

SENAI-RJ 13

Motores Automotivos de Ciclo OTTO – Uma palavra inicial

Meio ambiente...

Saúde e segurança no trabalho...

O que nós temos a ver com isso?

Antes de iniciarmos o estudo deste material, há dois pontos que merecem destaque: a

relação entre o processo produtivo e o meio ambiente e a questão da saúde e segurança no

trabalho.

As indústrias e os negócios são a base da economia moderna. Produzem os bens e serviços

necessários e dão acesso a emprego e renda, mas para atender a essas necessidades precisam

usar recursos e matérias-primas. Os impactos no meio ambiente muito freqüentemente

decorrem do tipo de indústria existente no local, do que ela produz e, principalmente, de como

produz.

Assim sendo, é preciso entender que todas as atividades humanas transformam o ambiente.

Estamos sempre retirando materiais da natureza, transformando-os e depois jogando o que

“sobra” de volta ao ambiente natural. Ao retirar do meio ambiente os materiais necessários à

produção de bens, altera-se o equilíbrio dos ecossistemas e arrisca-se o esgotamento de diversos

recursos naturais que não são renováveis ou, quando o são, têm sua renovação prejudicada pela

velocidade da extração, superior à capacidade da natureza de se recompor. Torna-se necessário,

portanto, traçar planos de curto, médio e longo prazos, a fim de diminuir os impactos que o

processo produtivo causa na natureza. Além disso, as indústrias precisam se preocupar com a

recomposição da paisagem e ter em mente a saúde, tanto de seus trabalhadores como da

população que vive ao redor delas.

Podemos concluir, então, que com o crescimento da industrialização e sua concentração

em determinadas áreas o problema da poluição aumentou demasiadamente. A questão da

poluição do ar e da água é bastante complexa, pois as emissões poluentes se espalham de um

ponto fixo para uma grande região, dependendo dos ventos, do curso da água e das demais

condições ambientais, tornando difícil a localização precisa da origem do problema. No entanto,

é importante repetir que, quando as indústrias depositam no solo os resíduos, quando lançam

Uma palavra inicial

14 SENAI-RJ


efluentes sem tratamento em rios, lagoas e demais corpos hídricos, causam danos às vezes

irreversíveis ao meio ambiente.

O uso indiscriminado dos recursos naturais e a contínua acumulação de lixo mostram uma

falha básica de nosso sistema produtivo: ele opera em linha reta. Extraem-se as matérias-primas

através de processos de produção desperdiçadores e que produzem subprodutos tóxicos.

Fabricam-se produtos de utilidade limitada que, finalmente, viram lixo, o qual se acumula nos

aterros. Produzir, consumir e dispensar bens dessa forma, obviamente, não são atitudes

condizentes com o desenvolvimento sustentável.

Enquanto os resíduos naturais (que não podem, propriamente, ser chamados de “lixo”)

são absorvidos e reaproveitados pela natureza, a maioria dos resíduos deixados pelas indústrias

não tem aproveitamento para qualquer espécie de organismo vivo e, para alguns, pode até ser

fatal. O meio ambiente pode absorver resíduos, redistribuí-los e transformá-los. Mas, da mesma

forma que a Terra possui uma capacidade limitada de produzir recursos renováveis, sua

capacidade de receber resíduos também é restrita, e a de receber resíduos tóxicos praticamente

não existe.

Ganha força, atualmente, a idéia de que as empresas devem ter procedimentos éticos que

considerem a preservação do ambiente como uma parte de sua missão. Isso quer dizer que se

devem adotar práticas que incluam tal preocupação, introduzindo-se processos que reduzam o

uso de matérias-primas e energia, diminuam os resíduos e impeçam a poluição.

Cada indústria tem suas próprias características. Mas já sabemos que a conservação de

recursos é importante. Deve haver, portanto, crescente preocupação acerca da qualidade,

durabilidade, possibilidade de conserto e vida útil dos produtos. As empresas precisam não só

continuar reduzindo a poluição, como também buscar novas formas de economizar energia,

melhorar os efluentes, reduzir a poluição, o lixo, o uso de matérias-primas. Reciclar e conservar

energia são atitudes essenciais no mundo contemporâneo.

É difícil, no entanto, ter uma visão única que seja útil para todas as empresas. Cada uma

enfrenta desafios diferentes e pode se beneficiar de sua própria visão de futuro. Ao olhar para o

amanhã, nós (o público, as empresas, as cidades e as nações) podemos decidir quais alternativas

são mais desejáveis e, a partir daí, passar a trabalhar com elas.

Infelizmente, tanto os indivíduos como as instituições só mudarão suas práticas quando

acreditarem que seu novo comportamento lhes trará benefícios – sejam estes financeiros, para

sua reputação ou para sua segurança. Apesar disso, a mudança nos hábitos não é algo que possa

ser imposto. Deve ser uma escolha de pessoas bem-informadas a favor de bens e serviços

sustentáveis. A tarefa é criar condições que melhorem a capacidade de as pessoas escolherem,

usarem e disporem de bens e serviços de forma sustentável.

Além dos impactos causados na natureza, diversos são os malefícios à saúde humana

provocados pela poluição do ar, dos rios e mares, assim como são inerentes aos processos

produtivos alguns riscos à saúde e segurança do trabalhador. Atualmente, os acidentes de trabalho

SENAI-RJ 15


são uma questão que preocupa os empregadores, empregados e governantes, e as conseqüências

acabam afetando a todos.

Sabendo disso, podemos afirmar que, de um lado, é necessário que os empregados adotem

um comportamento seguro no trabalho, usando os equipamentos de proteção individual e

coletiva, e de outro, que cabe aos empregadores prover a empresa com esses equipamentos,

orientar quanto a seu uso, fiscalizar as condições da cadeia produtiva e a adequação dos

equipamentos de proteção. A redução do número de acidentes só será possível à medida que

cada um – trabalhador, empregador e governo – assuma, em todas as situações, atitudes

preventivas, capazes de resguardar a segurança de todos.

Deve-se considerar, também, que cada indústria possui um sistema produtivo próprio, e,

portanto, é necessário analisá-lo em todas suas especificidades, para determinar seu impacto

sobre o meio ambiente, sobre a saúde e os riscos que o sistema oferece à segurança dos

trabalhadores, propondo alternativas que possam levar a melhores condições de vida para

todos.

Da conscientização, partimos para a ação: cresce, cada vez mais, o número de países,

empresas e indivíduos que, já estando esclarecidos acerca dessas questões, vêm desenvolvendo

ações que contribuem para proteger o meio ambiente e cuidar da nossa saúde. Mas isso ainda

não é suficiente... é preciso ampliar tais ações, e a educação é um valioso recurso que pode e

deve ser usado em tal direção. Assim, iniciamos este material conversando com você sobre

meio ambiente, saúde e segurança no trabalho, lembrando que, em seu exercício profissional

diário, você deve agir de forma harmoniosa com o ambiente, zelando também pela segurança e

saúde de todos no trabalho.

Tente responder à pergunta que inicia este texto: meio ambiente, saúde e segurança no

trabalho – o que eu tenho a ver com isso? Depois, é partir para a ação. Cada um de nós é

responsável. Vamos fazer a nossa parte?

SENAI-RJ 17

Motores Automotivos de Ciclo OTTO – Classificação e funcionamento dos motores

Introdução

O termo automóvel apareceu no final do século XIX e difundiu-se rapidamente para indicar

um novo meio que modificava substancialmente as condições de transporte e oferecia à

humanidade um sentido superior de civilização.

Com a invenção da máquina a vapor, foi possível substituir a tração animal e, também, o

esforço humano em muitos trabalhos.

No final de 1771, Cugnot construiu o primeiro veículo a vapor e percorreu as ruas de Paris

a 3km/h. Entretanto, a utilização do motor a vapor em veículos tornou-se complicada por

razões técnicas, tais como tamanho e baixo desempenho.

Em 1862, Nikolaus August Otto (1832-1891) inventou o motor de ciclo que leva o seu nome

e que necessita de centelha elétrica para inflamar a mistura de ar/combustível. Em 1897, o

também alemão Rudolph Diesel inventou o motor de ciclo, que inflama a mistura por meio da

compressão e que é conhecido como motor diesel.

O motor é o resultado do trabalho de diversos pesquisadores com contribuições de várias

ciências, destacando-se aquelas que levaram os motores a diminuirem o consumo de

combustível e a poluírem cada vez menos o meio ambiente.

O motor é, enfim, um dos maravilhosos inventos que proporcionam conforto e segurança

à nossa vida. Sua invenção trouxe benefícios para a sociedade com repercussão em todos os

campos tecnológicos.

Agora, um convite a você: faça uma reflexão sobre a importância dos motores no

desenvolvimento da sociedade e, principalmente, sobre a relação consumo de combustível/

poluição do meio ambiente. Lembre-se que a médio - ou talvez mesmo a curto prazo - a situação

pode melhorar ou piorar, dependendo da atuação do ser humano na preservação ambiental.

Pense nisso!

Motores: do vapor à combustão

Motores de combustão externa

Motores de combustão interna

Combustão

Motor de ciclo OTTO

Bloco 1Classificação efuncionamento

dos motores

SENAI-RJ 21


Classificação e funcionamentodos motores

Neste bloco, vamos estudar a evolução dos motores – do vapor à combustão –, a sua

classificação e o seu funcionamento.

Motores: do vapor à combustão

Há muitos séculos, o homem vem se defrontando com o problema do transporte. Muitos

dos seus esforços foram dirigidos à construção de veículos que não dependessem de tração

animal.

Com a invenção da máquina a vapor, o motor passou a ser instalado nos veículos já

existentes: carruagens, triciclos e bicicletas.

O primeiro desses veículos, um triciclo a vapor, foi construído na França, em 1771. Esse

triciclo iniciou um processo que não se interrompeu mais: a produção de automóveis (veículos

que têm propulsão própria).

Entretanto, a máquina a vapor apresentava muitos problemas e inconvenientes, entre os

quais destacam-se:

• seu baixo rendimento obrigava a utilizar grandes quantidades de combustível e água;

• a produção de vapor em caldeiras, pelo calor gerado nas fornalhas, levava o motor a

ocupar muito espaço. Por isso, a dificuldade em fazer um carro a vapor compacto.

Com o desenvolvimento de pesquisas, ocorreu um avanço tecnológico que culminou com

a criação de um novo tipo de motor, no qual o aproveitamento da energia é feito internamente.

22 SENAI-RJ


Fig. 1 – Nikolaus Otto

Fig. 2 – Primeiro automóvel patenteado (1885)

O motor de combustão interna queima o combustível dentro dos

cilindros que produzem a força motriz do veículo. Por isso, funciona

com quantidades controladas de combustível e possui rendimento

superior ao do motor de combustão externa.

Um motor de quatro tempos foi construído e utilizado com

sucesso, em 1876, pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto, que

baseou seus trabalhos nos princípios físicos patenteados pelo

francês Beau de Rochas.

O primeiro automóvel a gasolina

patenteado foi construído em 1885, na

Alemanha, por Carl Benz, que montou um

motor de quatro tempos e adaptou-o a um

triciclo.

Classificação dos motores quanto ao tipo decombustão

Os motores podem ser classificados em:

• motores de combustão externa; e

• motores de combustão interna.

Leia, a seguir, sobre eles.

SENAI-RJ 23


Fig. 3 – Locomotiva a vapor

Motores de combustão externa

A locomotiva a vapor é um exemplo de

veículo que utiliza motor de combustão

externa. Neste tipo de motor a queima do

combustível – carvão ou lenha – ocorre fora do

local onde se produz o movimento (cilindro).

Nos motores com propulsão a vapor o

calor produzido é utilizado para aquecer a água

em uma caldeira, transformando-a em vapor

que se expande, criando uma pressão que

movimenta os êmbolos. Em conseqüência, os

êmbolos acionam as rodas motrizes da

locomotiva.

Observe o seu funcionamento ilustrado na próxima figura.

Fig. 4 – Motor de combustão externa (vapor)

Seguindo o princípio de funcionamento da locomotiva a vapor, foram desenvolvidos os

primeiros veículos a vapor, como o do francês Cugnot. Este motor também é chamado de

exotérmico.

Legenda

1. Fornalha2. Caldeira3. Tubulação4. Êmbolo5. Cilindro6. Roda motriz

Fig. 5 – Automóvel de Cugnot (1771)

24 SENAI-RJ


Motores de combustão interna

O motor de combustão interna é formado por um conjunto de peças mecânicas e elétricas,

cuja finalidade é produzir trabalho, pela força de expansão resultante da queima da mistura de

ar/combustível no interior de cilindros fechados.

Por esse processo, o motor de combustão interna tem um rendimento térmico maior que

o possibilitado pela combustão externa. O combustível é queimado em quantidades controladas,

resultando melhor aproveitamento da energia produzida na queima.

Para atender às mais variadas necessidades do atual estado de desenvol-vimento tecnológico, os fabricantes constroem motores de combustão inter-na que funcionam com diversos tipos de combustível. Assim, encontram-semotores movidos a gás, a gasolina, a óleo diesel, a querosene, a álcool eaté com misturas de vários combustíveis.

Classificação dos motores de combustão interna

O quadro a seguir mostra a classificação dos motores de combustão interna.

CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

Quanto a Denominação

Número de cilindros Monocilíndricos

Policilíndricos

Disposição dos cilindros Em linha

Em V

Horizontais opostos

Em VR

Ciclo de trabalho Ciclo OTTO

Ciclo diesel

Número de tempos 2 tempos

4 tempos

continua ...

SENAI-RJ 25


Quanto a Denominação

Tipo de combustível A gasolina

A álcool

A GNV

A diesel

Tipo de arrefecimento A ar

A água

Posição da árvore de comando OHV (válvula no cabeçote)

de válvulas OHC (comando no cabeçote)

DOHC (duplo comando no cabeçote)

continuação

Motor monocilíndrico – possui um único cilindro.Motor policilíndrico – possui mais de um cilindro.

Fig. 6 – Motor de 6 cilindros em linha

Vamos explorar, então, a classificação dos motores de combustão interna.

Quanto ao número de cilindros

Normalmente, os motores podem ser construídos com um ou vários cilindros. O motor

monocilíndrico é usado em implementos agrícolas, motocicletas e pequenas lanchas. Os

motores policilíndricos, com quatro, cinco, seis, oito, doze ou mais cilindros, destinam-se a

automóveis, locomotivas, navios e aviões.

Observe, a seguir, um exemplo de motor policilíndrico.

26 SENAI-RJ


Fig. 7 – Motor V8

Quanto à disposição dos cilindros

Considerando a disposição dos cilindros, os motores de combustão interna podem ser

classificados como:

• em linha;

• em V;

• horizontais opostos; e

• em VR.

Motor com cilindros em linha

É a disposição mais utilizada para motores de 4 cilindros e são usados na maioria dos

automóveis pequenos.

Motor com cilindros em V

O motor em V comporta duas fileiras de cilindros dispostos em ângulo de 60º ou 90º. Esta

disposição reduz o volume do conjunto do motor. Confira na próxima ilustração.

Motor com cilindros horizontais opostos

O bloco com cilindro em oposição (boxer) permite um desenho mais baixo da carroceria,

dimensão reduzida do compartimento onde se localiza e baixo centro de gravidade.Veja na

figura a seguir.

SENAI-RJ 27


Motor com cilindro em VR (V Reihne)

Nesse tipo de motor os cilindros estão agrupados descentralizados, num bloco único. Os

cilindros estão dispostos em um ângulo de 15º e o cabeçote é comum aos cilindros.

Fig. 8 – Motor 4 cilindros opostos (Boxer)

Fig. 9 – Motor VR

3

2

1

Legenda

1. Fileira de cilindros 1 - 3 - 52. Fileira de cilindros 2 - 4 - 63. Lado do volante

Este motor possui a dimensão compacta de um motor de 4 cilindros.

Quanto ao ciclo de trabalho

Em relação ao ciclo de trabalho, os motores de combustão interna dividem-se em:

• motores de ciclo OTTO;

• motores de ciclo diesel.

28 SENAI-RJ


Fig. 11 – Motor com ignição por compressão

Ciclo OTTO – a combustão se realiza com o auxílio de uma centelha elétrica.

Fig. 10 – Motor com ignição por centelha

Ciclo diesel – a combustão se dá pela compressão do ar que gera alta temperatura e inicia

o processo de queima do combustível injetado sob pressão.

Quanto ao número de tempos

Com relação a esse parâmetro, os motores podem funcionar segundo um ciclo de:

• 2 tempos;

• 4 tempos.

SENAI-RJ 29


Quanto ao tipo de combustível

Os motores de combustão interna, com relação ao tipo de combustível utilizado, podem

ser classificados em:

• a gasolina;

• a álcool;

• a diesel;

• a GNV (gás natural veicular).

Quanto ao tipo de arrefecimento

Com relação ao tipo de arrefecimento, os motores de combustão interna dividem-se em:

• a ar;

• a água.

Quanto à posição da árvore de comando de válvulas

De acordo com a localização da árvore de comando de válvulas, que controla a abertura e

o fechamento das válvulas do motor, há três tipos de motor descritos a seguir.

OHV (over head valve ou válvula no cabeçote)

O comando de válvulas é colocado ao lado dos cilindros no bloco do motor, com hastes e

balancins acionando as válvulas localizadas no cabeçote.

Fig. 12 – Válvula no cabeçote

1

2

3

4 Legenda

1. Tucho2. Haste3. Balancim4. Válvula5. Árvore de comando

5

30 SENAI-RJ


Fig. 13 – Comando de válvulas no cabeçote

Legenda

1. Válvulas2. Tucho3. Árvore de comando

3

2

1

OHC (over head camshaft ou comando no cabeçote)

Dispensa hastes de válvulas, pois o comando de válvulas não fica no bloco, mas no cabeçote.

Por isso, tal motor pode suportar um regime de rotação maior que o OHV.

DOHC (double over head camshaft - duplo comando de válvulas no cabeçote) ou TC (twin

camshaft - duplo comando)

Possui dois comandos de válvulas localizados no cabeçote - um aciona as válvulas de

admissão e o outro, as de escapamento. Cada comando atua diretamente sobre as válvulas,

aumentando, ainda mais, o regime de rotação que o motor pode suportar.

Fig. 14 – Duplo comando de válvulas no cabeçote

SENAI-RJ 31


Funcionamento do motor

Agora que já vimos as categorias dos motores de combustão interna, vamos estudar os

princípios físicos que proporcionam a transformação da energia em movimento.

Combustão

A combustão ou queima é um processo químico em que, necessariamente, três elementos

se combinam:

• combustível todo material capaz de ser queimado.

• comburente elemento que alimenta a combustão; por exemplo, o oxigênio; e

• calor forma de energia que faz com que o combustível atinja o ponto de ignição.

Motor de ciclo OTTO

Nesse motor a queima do combustível é provocada por meio de centelha elétrica, produzida

na vela de ignição.

Os motores de ciclo OTTO, usados no automóvel, são chamados de motor de quatro tempos,

pois para completar um ciclo de funcionamento, necessitam de duas voltas da árvore de

manivelas e quatro movimentos do êmbolo, o que explica o termo motor de quatro tempos.

Os tempos do motor de ciclo OTTO são:

• 1º – admissão;

• 2º – compressão;

• 3º – combustão; e

• 4º – escapamento.

O nome motor de combustão, indica que o motor utiliza a energia do com-bustível para realizar trabalho mecânico.

O motor de ciclo OTTO também é chamado de:– motor de combustão interna com ignição por centelha;– motor de quatro tempos.

32 SENAI-RJ


Fig. 15 – Admissão

Cada tempo do motor de ciclo Otto representa o deslocamento do pistão,seja para cima em direção ao PMS ou para baixo, em direção ao PMI.PMS – ponto morto superior - é a posição mais avançada que o pistãoatinge em seu movimento para cima.PMI – ponto morto inferior - posição mais baixa que o pistão atinge em seumovimento para baixo.

Vamos, então, analisar os quatro tempos do motor de ciclo OTTO, com o apoio de

ilustrações.

1º tempo - Admissão

A válvula de admissão está aberta e a válvula de escapamento está fechada. A mistura ar +

combustível entra por sucção.

O êmbolo desloca-se do ponto morto superior (PMS) ao ponto morto inferior (PMI),

aspirando a mistura de ar/combustível para o interior do cilindro.

2º tempo - Compressão

Ambas as válvulas ficam fechadas. O êmbolo desloca-se para o ponto morto superior e a

mistura ar/combustível é comprimida. A árvore de manivelas efetua outra meia volta,

completando a primeira volta completa.

SENAI-RJ 33


3º tempo - Combustão

No final da compressão, com as válvulas de admissão e de escapamento fechadas, é

produzida uma centelha elétrica na vela, que irá inflamar, rapidamente, o combustível. Com a

expansão dos gases, o êmbolo é impulsionado para o ponto morto inferior, produzindo o tempo

motriz.

A árvore de manivelas efetua mais meia volta, completando uma volta e meia.

Fig. 16 – Compressão

Fig. 17 – Combustão

4º tempo - Escapamento

Com a válvula de descarga aberta e a válvula de admissão fechada, o êmbolo desloca-se

para o ponto morto superior, expulsando os gases queimados.

34 SENAI-RJ


Fig. 18 – Escapamento

A árvore de manivelas efetua mais meia volta, completando duas voltas e o ciclo total.

Pelo que foi visto anteriormente, conclui-se que, dos quatro tempos, apenas o terceiro

tempo (combustão) produz trabalho útil. Um volante, instalado no extremo da árvore de

manivelas, regulariza o funcionamento do motor.

Os cilindros trabalham dentro de determinada ordem de combustão e o volante, por ter

inércia, transforma os impulsos que recebe em movimento contínuo.

Componentes do motor

Bloco de motor

Conjunto móvel

Cabeçote

Características dos motores

Cilindrada

Taxa de compressão ou relação volumétrica

Torque

Potência

Bloco 2Motor: componentes e

características

SENAI-RJ 37

Motores Automotivos de Ciclo OTTO – Motor: componentes e características

No Bloco 2, o estudo sobre motores de ciclo OTTO aborda os seus principais componentes

e, também, as suas características.

A leitura, a seguir, possibilitará que você amplie seus conhecimentos sobre esses temas.

Componentes do motor

O motor de combustão interna produz movimentos de rotação por meio de combustão

dentro de cilindros fechados. Suas partes fundamentais são:

• bloco do motor;

• conjunto das bielas e árvore de manivelas (conjunto móvel); e

• cabeçote.

Motor: componentese características

Fig. 1 – Partes externas do motor

Legenda

1. Polia da árvore de manivelas2. Tampa do cabeçote3. Cabeçote4. Coletor de escape5. Bloco do motor6. Turbo7. Junta do cabeçote8. Cárter1

2

3

4

5

6

7

8

Nas próximas ilustrações,

com o apoio das legendas,

observe as partes externas e

internas do motor de ciclo

OTTO.

38 SENAI-RJ


Bloco de motor

O bloco do motor contém os cilindros, mecanismo da árvore de manivelas, pistões e o

cárter.

O bloco do motor pode ser feito em ferro fundido cinzento ou liga leve.

Os cilindros podem ser usinados diretamente no bloco ou formados por camisas de

cilindros inseridas em alojamentos específicos no bloco.

Este recurso é utilizado em blocos de liga-leve ou em blocos cuja camisa trabalhe em contato

direto com líquido do sistema de arrefecimento.

No bloco do motor estão localizados os canais de passagem do óleo do sistema de

lubrificação e do líquido de arrefecimento.

Fig. 2 – Partes internas do motor

Fig. 3 – Bloco do motor

Fig. 2 –

Legenda

1. Biela2. Pino3. Pistão4. Válvulas5. Tucho6. Árvore do comando de válvulas7. Coletor de admissão8. Volante9. Anéis10. Árvore de manivelas

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SENAI-RJ 39


1

2

3

4

5

6

7

8

9

Conjunto móvel

Dentro do bloco do motor está montado o conjunto móvel, que é constiruído de:

• êmbolo (pistão);

• pinos de êmbolo;

• anéis de segmento;

• bielas;

• bronzinas (casquilhos);

• árvore de manivelas (virabrequim); e

• volante do motor.

Fig. 4 – Conjunto móvel

Legenda

1. Polia da árvore de manivelas2. Árvore de manivelas3. Bloco do motor4. Biela5. Pino do pistão6. Pistão7. Anéis8. Volante9. Cárter

40 SENAI-RJ


Êmbolo (pistão)

Componente móvel, instalado no interior do cilindro e ligado por um pino à biela.

Fig. 5 – Êmbolo

O êmbolo transmite a força de expansão dos gases no cilindro para a árvore de manivelas

por meio da biela.

Age como uma parede móvel da câmara de combustão.

Com o seu movimento, puxa a mistura ar/combustível do coletor de admissão. Comprime

a mistura sucessivamente, recebendo, assim, a pressão dos gases em expansão, e expelindo os

gases queimados no cilindro. Além disso, guia os pés da biela e absorve o impulso lateral

determinado pela inclinação que ocorre na biela, durante a rotação da árvore de manivelas.

Entre o êmbolo e o cilindro existe um pequeno jogo diametral indispensável para permitir

o livre movimento do êmbolo e a formação de uma camada de óleo. A ligação entre esses dois

componentes é feita por anéis.

1

2

3

Legenda

1. Pistão2. Pino3. Biela

A parte superior do êmbolo é chamada de cabeça, enquanto a que fica abaixo do alojamento

dos anéis que guiam o êmbolo no interior do cilindro, tem o nome de (saia). Muitos êmbolos

modernos têm uma capa (saia) menor na zona em que fica o pino, para diminuir o peso e

limitar o atrito com o interior do cilindro.

Os êmbolos são fabricados de liga de alumínio. Nos motores de competiçãoe em alguns modelos de série mais potentes, os pistões são de alumínioforjado.

SENAI-RJ 41


Êmbolo ou pistãoCabeça: parte superior do êmbolo recebe a força de expansão dosgases da combustão.Zona dos anéis: parte lateral da cabeça é onde ficam os anéis.Capa ou saia: zona do pistão que se apóia na parede do cilindro guia opistão no percurso entre o PMI e o PMS. O nível da saia forma a medida dediâmetro do pistão.

Fig. 6 – Partes do êmbolo

1

2 3

4Legenda

1. Alojamento do pino2. Cabeça3. Zona dos anéis4. Saia (capa)

Nas partes da saia do êmbolo, logo abaixo da canaleta de óleo, há dois mancais - um diante

do outro. Nesses mancais, aloja-se um pino, encaixado no pé da biela e que fica no interior do

êmbolo, podendo estar no centro do êmbolo ou ter posição descentralizada.

A descentralização do pino diminui, e até elimina, as batidas da saia do êmbolo nas paredes

do cilindro no início da combustão.

MancalDispositivo sobre o qual se apóia em eixo que gira, desliza ou oscila, e quelhe permite movimento com um mínimo de atrito.

42 SENAI-RJ


Pino de êmbolo

Elemento tubular que liga o pistão à biela. Feito de aço dotado de elevada resistência

superficial, acompanha o seu respectivo êmbolo para garantir o ajuste adequado. Os pinos de

êmbolo são classificados em flutuantes, semi-flutuantes e fixos.

Tipos de pinos do êmbolo

Flutuante

É o pino de êmbolo que desliza livre no êmbolo e na biela, limitado por anéis de travamento.

Semiflutuante

Desliza livre no êmbolo e é fixo na biela por parafuso ou interferência.

Fixo

É preso ao êmbolo por parafuso, trava ou interferência e é livre na biela.

Anéis de segmento

Os anéis de segmento são instalados em cavidades especiais (canaletas) na parte mais alta

do êmbolo, sobre o pino. Esses anéis possuem um entalhe que permite a sua inserção na cavidade,

conferindo-lhes, também, uma certa elasticidade, indispensável para que a superfície de trabalho

se conserve sempre aderida à parede do cilindro.

Os anéis têm as seguintes funções:

• vedação, impedindo a saída da mistura na compressão e dos gases da combustão;

• dissipação do calor, fazendo-o passar dos êmbolos para os cilindros e, daí, para o

sistema de arrefecimento.

Tipos de anéis de segmentos

Há dois tipos básicos de anéis de segmento: os de compressão (vedação) e os raspadores

ou recolhedores de óleo.

Anéis de compressão

Os anéis de compressão são encaixados nas duas primeiras canaletas da zona dos anéis.

Promovem a vedação entre os êmbolos e cilindros, o que garante a compressão da mistura.

SENAI-RJ 43


Evitam, também, a passagem dos gases da câmara de combustão para o cárter, e do óleo do

cárter para as câmaras.

Os anéis de compressão são revestidos de cromo ou molibdênio, o que lhes confere maior

resistência ao atrito e à abrasão. Esta propriedade é muito importante, principalmente no

período de amaciamento do motor.

Anel raspador ou recolhedor de óleo

O anel raspador ou recolhedor de óleo tem como principal função raspar o excesso de óleo

da parede do cilindro e drená-lo em direção ao cárter do motor. Desta forma, assegura-se uma

película de óleo suficiente para lubrificar os anéis de compressão.

É o terceiro anel instalado no êmbolo.

Biela

É a peça que se liga ao êmbolo por um pino e tem a finalidade de unir o êmbolo à árvore de

manivelas.

Juntamente com a manivela dessa árvore, permite a transformação do movimento retilíneo

alternado do êmbolo, em movimento de rotação da árvore de manivelas. Trata-se, pois, de um

dos componentes móveis mais solicitados do motor.

As bielas são fabricadas de aço forjado ou de ferro fundido.

Os anéis não requerem manutenção, e sim procedimentos técnicos de fabri-cação e montagem que lhes garantam vida útil semelhante à das demaispeças móveis do motor. Devem ser substituídos sempre que o motor érecondicionado.Cuidado com a posição de montagem dos anéis no êmbolo. As aberturasdos anéis devem ser desencontradas de 120º e fora da área do pino doêmbolo.

44 SENAI-RJ


Fig. 7 – Partes da biela

1

2

34

5

67

8

9

11

10

Legenda

1. Arruela2. Porca de fixação3. Capa da biela4. Bronzinas5. Lingüeta e ranhura6. Parafuso7. Bucha do pino do pistão8. Orifícios de lubrificação9. Pé de biela10. Corpo de biela11. Cabeça de biela

A cabeça da biela, dividida em duas partes - uma no próprio corpo da biela e outra separada

(chamada de capa) - , acopla-se ao moente da manivela da árvore de manivelas. Em ambas as

partes, são montadas bronzinas para o assentamento entre a biela e a árvore de manivelas.

Bronzina ou casquilho

As bronzinas desempenham três funções:

• reduzir os efeitos da fricção entre as peças em movimento no motor;

• suportar pressões e rotações elevadas;

• servir como peças de substituição e proteção da peça principal.

Fig. 8 – Lubrificação na bronzina

4

1

2

3

Legenda

1. Entrada de óleo2. Reservatório de óleo3. Filme de óleo4. Eixo de rotação

SENAI-RJ 45


O corpo da bronzina é fabricado em aço, coberto por camadas de materialanti-fricção à base de estanho ou chumbo.

Nos motores de combustão interna, as bronzinas são empregadas na árvore de manivelas

e em alguns tipos de árvore de comando das válvulas.

A bronzina é constituída basicamente de:

• ressalto de localização;

• canal de óleo;

• orifício de óleo.

Fig. 9 – Ressalto de localização

1 2

3

Legenda

1. Ressalto de localização2. Rebaixo3. Alojamento do casquilho

Ressalto de localização

O ressalto de localização evita que a bronzina se desloque lateralmente, quando o órgão

que ela apóia está em rotação. Esse ressalto está situado em uma das extremidades de cada

bronzina e se encaixa em um alojamento, no mancal em que se assenta a bronzina.

Fig. 10 – Montagem correta da bronzina

1

2

Legenda

1. Alojamento2. Lingüeta de bloqueio

46 SENAI-RJ


Canal de óleo

Geralmente, na parte central da bronzina, na superfície de contato com a árvore, há um

rasgo que constitui o canal de óleo da bronzina.

Orifício de óleo

Nesse canal, há um orifício – o orifício de óleo –, que coincide com o orifício da capa do

mancal, por onde penetra o óleo que lubrifica a bronzina e a árvore apoiada.

Os casquilhos são vendidos em jogos de acordo com a marca e o tipo do motor.

Árvore de manivelas ou virabrequim

A árvore de manivela recebe o impulso do pistão por intermédio da biela e transforma o

movimento alternado dos pistões em movimento de rotação, tal qual um ciclista ao pedalar a

bicicleta.

Além de fornecer a rotação que colocará o automóvel em movimento, o virabrequim

comanda também a árvore de comando de válvulas, a bomba de óleo, a bomba d´água, o

distribuidor, o alternador e outros acessórios.

Fig. 11 – Contrapesos de um virabrequim

1

Legenda

1. Contrapesos

A árvore de manivelas é produzida em aço forjado ou ferro fundido e seapóia, por meio das bronzinas, no respectivo suporte no bloco do motor.

Para girar sem provocar vibrações, a árvore de manivelas deve ser balanceada, utilizando-

se alguns contra-pesos colocados junto aos braços das manivelas.

SENAI-RJ 47


Em geral, a árvore de manivelas é atravessada por uma série de canais internos que têm a

função de levar o óleo, sob pressão, das bronzinas dos mancais fixos às bronzinas das bielas. As

bordas dos furos desses canais devem ser perfeitamente lisas.

Em uma das extremidades da árvore de manivelas fica fixado o volante do motor.

Partes da árvore de manivela

As principais partes da árvore de manivelas são os munhões, ligados uns aos outros

formando as manivelas.

O comprimento entre os centros de um munhão e um moente determina o braço da

manivela e o curso do pistão.

Os munhões giram alojados nos mancais, cujas capas são fixadas no bloco do motor. Entre

munhões e mancais são aplicadas bronzinas, da mesma forma que entre os moentes e as capas

das bielas.

Volante do motor

Tem como função acumular a energia mecânica desenvolvida no tempo de combustão e

fornecê-la ao motor nos tempos mortos que são admissão, compressão e descarga, permitindo

que o motor se mantenha em rotação. É como a bicicleta que continua um pouco seu movimento

mesmo depois de pararmos de pedalar.

O volante do motor também aloja a cremalheira de arranque, que recebe o movimento do

pinhão do motor de partida para iniciar o funcionamento do motor e serve de suporte de apoio

ao disco da embreagem, que transfere o movimento ao sistema de transmissão.

Cabeçote

O cabeçote realiza o fechamento superior dos cilindros. Nele estão instaladas uma ou duas

árvores de comando de válvulas, as válvulas de admissão e escape, as velas de ignição e as

válvulas injetoras.

O cabeçote e os pistões formam a câmara de combustão.

A maioria dos motores modernos utiliza cabeçote de liga de alumínio, com ótima dissipação

térmica.

48 SENAI-RJ


O cabeçote desempenha uma série de funções importantes. Ele serve de passagem para

diversas substâncias necessárias ao funcionamento do motor e, por isso, dispõe de dutos

apropriados, que permitem a:

• entrada da mistura para as câmaras de combustão;

• saída dos gases produzidos na queima da mistura;

• circulação do líquido arrefecimento, para resfriar o cabeçote;

• passagem de óleo para a lubrificação do conjunto de árvore de comando, balancins e

guias das válvulas.

Fig. 12 – Cabeçote com duplo comando de válvulas

Tipos de cabeçote

Há dois tipos de cabeçote:

• inteiriço um só cabeçote cobre todos os cilindros;

• individual cada cilindro ou grupo de cilindros possui seu cabeçote.

Componentes do cabeçote

Estão localizados no cabeçote os componentes apontados na figura 13.

Além desses, também fazem parte do cabeçote:

• sede de válvulas;

• guia de válvulas;

• câmara de combustão;

• galerias ou dutos.

SENAI-RJ 49


Sede de válvulas

São buchas curtas com uma das extremidades de formato cônico. Encaixam-se nos

alojamentos do mesmo formato, situados nos rebaixos do cabeçote que formam as câmaras de

combustão. As sedes das válvulas são colocadas em seus alojamentos com interferência. Na sua

superfície, as válvulas apóiam-se para transferir calor e vedar o cilindro.

O ângulo de inclinação da superfície das sedes é semelhante ao ângulo da face de

assentamento das válvulas, para que se acasalem e façam a vedação da câmara de combustão

durante a compressão da mistura.

Fig. 13 – Cabeçote

7

1

5

4

3

2

6

Legenda

1. Tampa do cabeçote2. Cabeçote3. Válvulas4. Tucho5. Coletor de escape6. Junta do cabeçote7. Árvore de comando deválvulas

Como estão submetidas a temperaturas elevadas, as sedes de válvulas sãofabricadas com aços especiais, para resistirem a desgastes e deformações.

Guia de válvulas

Mantém as válvulas em sua posição de trabalho e permitem o seu deslocamento. Essas

guias podem ser fixas ou substituíveis.

50 SENAI-RJ


As guias das válvulas têm forma cilíndrica e são colocadas, com interferência, em perfurações

existentes no cabeçote. Em geral, a extremidade superior da guia tem forma cônica, para evitar

o acúmulo de óleo lubrificante que poderia vazar para dentro das câmaras de combustão.

Fig. 14 – Montagem da junta do cabeçote

As guias das válvulas são fabricadas em latão, ferro fundido ou aço.

Câmara de combustão

Cavidade onde acontece a compressão da mistura ar/combustível para realizar a combustão.

Essas câmaras precisam ser hermeticamente fechadas, para não haver perda de compressão.

É por isso que há uma junta de vedação, instalada entre o cabeçote e o bloco.

A junta faz a vedação entre o cabeçote e o bloco do motor. Isola, também, uns dos outros,

os condutos, orifícios e câmaras, para que cada um cumpra suas funções, sem interferir nas dos

outros. Isso é possível porque as perfurações da junta, do cabeçote e do bloco são

correspondentes.

A junta do cabeçote é fabricada com materiais sintéticos e recebe reforçosmetálicos, para resistir às altas temperaturas e pressões causadas pela com-bustão da mistura.

SENAI-RJ 51


Como a junta sofre esmagamentos durante a instalação do cabeçote, deveser substituída toda vez que ele for retirado para reparos no motor.

Galerias ou dutos

Passagens internas por onde circulam o óleo lubrificante, líquido do sistema de

arrefecimento, mistura ar/combustível, ar e gases no bloco, no cabeçote ou nos coletores.

Válvulas

São dispositivos que permitem a entrada de mistura ar/combustível (válvula de admissão)

e a saída dos gases queimados (válvula de descarga) e vedam a câmara de combustão do cilindro

quando se encontram fechadas.

Constituição das válvulas

Tanto a válvula de admissão quanto a de escapamento possuem essencialmente uma

cabeça circular, com assento em forma cônica, e uma haste.

Veja, com o apoio da legenda, os componentes de uma válvula, na próxima ilustração.

1

2

3

4

5

Legenda

1. Margem da válvula2. Assento3. Tulipa4. Haste5. Canaleta da chaveta

Fig. 15 – Partes da válvula

52 SENAI-RJ


Cabeça

Parte superior da válvula que funciona dentro da câmara de combustão.

Margem

Situa-se entre a face de assentamento e a cabeça da válvula. A margem assegura a eficiência

da vedação da face do assento, evitando que ela se deforme pela ação do calor da combustão.

Face de assentamento

Quando em contato com a sede no cabeçote, esta face faz a vedação da câmara de

combustão e transfere calor. O ângulo da face de assentamento deve ser diferente do ângulo da

sede, para evitar que a válvula se agarre à sua própria sede.

A válvula de admissão geralmente é maior que a de descarga, para facilitar a entrada da

mistura ar/combustível no interior do cilindro, permitindo, assim, melhor eficiência volumétrica.

Para dissipar o calor, as válvulas de descarga possuem a face de assentamento mais larga

que a de admissão, o que aumenta a área de contato da válvula com a sede no cabeçote. Veja na

figura a seguir.

Fig. 16 – Face de assentamento da válvula

A válvula de escapamento é fabricada de material mais resistente às temperaturas elevadas

do que à de admissão. Isso acontece porque os gases resultantes da queima da mistura têm

temperaturas mais elevadas do que a mistura que entra pela válvula de admissão.

Algumas válvulas de descarga possuem sódio metálico no interior da sua haste, para

melhorar essa dissipação do calor.

Alguns motores modernos utilizam mais de duas válvulas por cilindro, para melhorar,

ainda mais, a sua alimentação, o que resulta em aumento de rendimento volumétrico (motores

multi-válvulas). Como exemplo, veja a próxima ilustração.

SENAI-RJ 53


Fig. 17 – Cabeçote com 16 válvulas

Mola

Fabricada de aço especial, tem como função fazer o fechamento da válvula.

Prato

A finalidade do prato é centralizar a haste da válvula em relação à mola, alojar as chavetas

para o travamento na haste e comprimir a mola no seu alojamento do cabeçote.

Chavetas

As chavetas são pequenas peças de aço em forma semicircular e cônica. São encaixadas no

orifício central do prato, travando-o na canaleta da extremidade da haste da válvula, para que a

válvula fique submetida à ação de retorno da mola.

Vedador

As válvulas possuem vedadores que impedem a passagem excessiva do óleo lubrificante

para a câmara de combustão, entre a haste e a guia da válvula.

Sempre que as válvulas forem desmontadas, é necessário substituir os

vedadores.

54 SENAI-RJ


Árvore de comando de válvulas

A árvore de comando de válvulas tem como função comandar, em momento propício, a

abertura das válvulas e controlar o seu fechamento.

De acordo com a concepção do motor, a árvore de comando das válvulas pode estar alojada

no bloco de cilindros, disposta sobre o virabrequim ou presa sobre o cabeçote.

Tanto a posição da montagem quanto o número de árvores de comando de válvulas exercem

uma grande influência na constituição do mecanismo de comando da distribuição.

Em todos os motores de quatro tempos, a árvore de comando gira à metadeda rotação do motor.

A árvore de comando de válvulas pode ser acionada diretamente pela árvore de manivelas,

por engrenagens, corrente ou por correia dentada.

Se o motor tem duas válvulas por cilindro, isto quer dizer que há uma válvula de admissão

e uma de escape.

Os motores modernos muitas vezes apresentam mais de duas válvulas por cilindro, que

proporcionam maior eficiência de enchimento dos cilindros, resultando em melhor rendimento

do motor para uma mesma cilindrada.

Motores de três válvulas por cilindros têm duas válvulas de admissão e uma de escape.

Alguns motores possuem comando de válvulas variável. Este comando permite modificar

o diagrama de distribuição, ou seja, a antecipação da abertura e o atraso do fechamento das

válvulas durante o funcionamento do motor, graças a dispositivos chamados variadores de

fase.

A otimização no fluxo de mistura ar/combustível e o maior número de vál-vulas proporcionam maior eficiência volumétrica e de combustão, resul-tando em níveis reduzidos de emissões na descarga.

SENAI-RJ 55


Desse modo, é possível obter, além de uma potência específica elevada, um campo de

utilização muito amplo no que diz respeito aos médios e baixos regimes de rotação. Com o

sistema de distribuição variável, também se pode conseguir melhorias sensíveis na emissão de

poluentes.

O variador de fase intervém no posicionamento angular da árvore de comando de válvulas.

Componentes do mecanismo de abertura de válvulas

As válvulas do motor são comandadas pelos ressaltos dos comandos de válvulas. Mas para

essa operação, ainda fazem parte desse sistema os mecanismos que estudaremos a seguir:

• o tucho;

• a vareta;

• o balancim;

• as engrenagens da distribuição.

Tucho

É o elemento que recebe e transmite o movimento do came (ressalto) da árvore de

comando, para realizar a abertura da válvula. Observe, a seguir, sua localização no motor.

Fig. 18 – Tucho

1

Legenda

1. Tucho

Tipos de tucho

Os tuchos podem ser mecânicos ou hidráulicos.

56 SENAI-RJ


Tucho hidráulico

O tucho hidráulico tem como objetivo principal manter as válvulas do motor

constantemente reguladas.

No interior do tucho há um êmbolo que trabalha com pressão de óleo, fornecido pelo

próprio sistema de lubrificação do veículo.

Os tuchos hidráulicos anulam automaticamente a folga das válvulas du-rante o funcionamento do motor, o que permite obter um maior silêncio defuncionamento (especialmente nos motores multiválvulas), além de trazervantagens para as operações de manutenção.

Fig. 19 – Tucho hidráulico

A eliminação da folga das válvulas garante o início de abertura de cada válvula exatamente

no instante programado de cada ciclo.

O óleo utilizado para o funcionamento dos tuchos provém da galeria principal do cabeçote,

por intermédio de canais de alimentação individualizados.

Vareta

Os motores que dispõem de uma árvore de comando de válvulas no bloco de cilindros

utilizam hastes de válvulas chamadas também de hastes de balancins, pois transmitem o

movimento do tucho ao balancim. Observe na ilustração a seguir a vareta.

1

2

Legenda

1. Êmbolo2. Furo de entrada de óleo

SENAI-RJ 57


Balancim

Componente que funciona como alavanca articulada num eixo, recebendo a ação da vareta

ou do comando e transmitindo-a para a válvula. Na próxima ilustração você pode verificar a

imagem do balancim.

Fig. 20 – Vareta

Fig. 21 – Balancim roletado

1

2

3

Legenda

1. Balancim2. Árvore de comando3. Válvula

Pode-se utilizar os balancins para acionar as válvulas em um motor multiválvulas com

apenas uma árvore de comando de válvulas no cabeçote.

Engrenagens da distribuição

São polias dentadas que estão presas às árvores de comando de válvulas do motor e a elas

transmitem o movimento recebido pela correia dentada ou pela corrente, ligadas ao virabrequim.

Observe na ilustração a seguir.

58 SENAI-RJ


Fig. 24 – Engrenamento indireto porcorreia dentada

O acionamento da árvore de comando de válvulas pode ser feito por sistema direto ou

indireto. Confira esses tipos de acionamentos nas próximas figuras.

Acionamento direto por engrenagens

Fig. 22 – Engrenagem de distribuição

Fig. 23 – Acionamento direto da árvore decomando de válvulas

2

1

Legenda

1. Engrenagem do virabrequim2. Engrenagem do comando

2

1

Legenda

1. Engrenagem do virabrequim2. Engrenagem do comando

Acionamento indireto por correia dentada

2

3

1

Legenda

1. Engrenagem do virabrequim2. Engrenagem do comando deválvulas3. Tensionador de correia

SENAI-RJ 59


Características do motor

Vamos, agora, conhecer as características que permitem avaliar o desempenho do motor:

• o volume de mistura adicionado em cada cilindro (cilindrada);

• o número de vezes que esse volume é diminuído na compressão (taxa de compressão);

• o torque do motor, o produto da força pelo braço da alavanca;

• a quantidade de trabalho que o motor realiza por unidade de tempo (potência).

O motor pode ser descrito pelas suas diversas características de construção e desempenho.

Entre as características de desempenho, temos a cilindrada, a potência, o torque e a taxa de

compressão.

Cilindrada

A cilindrada é o volume do cilindro compreendido entre o PMS e o PMI. Nos motores a

gasolina e a álcool é o volume máximo de mistura que entra no cilindro.

A cilindrada é calculada a partir das medidas de diâmetro e curso do êmbolo.

Observe na próxima ilustração: o diâmetro (d) representa a medida do cilindro do motor e

o curso (l) indica a distância percorrida pelo pistão ou êmbolo, no interior do cilindro.

Fig. 25 – Característica do cilindro

60 SENAI-RJ


Fig. 26 – Taxa de compressão

P.M.S.

P.M.I.

v

V

v

Lembre-se que um litro = 1000 cm3,então um motor com capacidade volumétrica de 1,8

litros, corresponde a 1800 cm3 de volume nos cilindros, ou a 450 cm3 por cilindro em um motor

de 4 cilindros.

Taxa de compressão ou relação volumétrica

A taxa de compressão é a relação existente entre o volume da mistura ar/combustível

contida no cilindro, quando o pistão encontra-se no PMI (ponto morto inferior), e o volume da

mistura comprimida, quando o pistão se encontra no PMS (ponto morto superior).

Para o cálculo da taxa de compressão é necessário saber o volume da câmara de combustão,

que normalmente é o volume da câmara existente no cabeçote. Analise a ilustração a seguir.

Cálculo da cilindrada π d2 x l x N

4Onde:V = cilindrada (em cm3)π = 3,1416d = diâmetro do cilindrol = curso do êmbolo em cmN = número de cilindros do motor

V =

SENAI-RJ 61


A relação de compressão indica quantas vezes a mistura (ou o ar nos motores a diesel) é

comprimida, quando o êmbolo passa do PMI ao PMS. Quanto maior a RC, maior a potência do

motor.

Hoje, com os motores flex-fuel, a relação de compressão está em 12:1 para atender às

solicitações dos combustíveis utilizados.

Torque

A palavra torque quer dizer esforço de torção. O torque depende não só da força (F) aplicada

como também da distância (d) que funciona como braço de alavanca dessa força.

Os motores a diesel têm uma relação de compressão maior que a dos moto-res a gasolina ou a álcool. Da mesma forma, os motores a álcool têm umarelação de compressão maior que a dos motores a gasolina.

Fig. 27 – Torque

d

F

Cálculo da taxa de compressão V + v

vOnde:Rc = relação de compressãoV = volume do cilindrov = volume da câmara de combustão

R c = = volume total

62 SENAI-RJ


Potência

A potência tem sido especificada em cavalos-vapor (cv) ou hp (horse-power) em função do

método comparativo pelo qual se obtinha seus valores.

Hoje a potência deve ser especificada em quilowatts (kW).

Para calcular a potência do motor é necessário conhecer o valor do torque desse motor e o

valor da velocidade de rotação.

Cálculo do torque:Torque = força (F) x distância (d)então:T = F x d

A unidade de torque é o Nm (Newton.metro).

O torque de um motor de combustão interna corresponde ao produto da força que o êmbolo

aplica, através da biela, sobre o braço da manivela da árvore de manivelas.

Fig. 28 – Torque na geometria do motor

d

F

SENAI-RJ 63


Para auxiliá-lo, consulte, a seguir, a relação com as conversões:

1 kW = 1000W

1 kW = 1,36hp

1hp = 0,735 kW

1kgf = 9,8N (Newton)

Fórmula da potênciaP = T.ωOnde:P = potência em watts (W)T = torque, em Newton x metro (N.m)ω = velocidade de rotação do eixo, em rad/s.

Cálculo da velocidade de rotação erm rpmrpm = rotação por minutoA velocidade de rotação pode ser expressa por 2π .ω 60Onde:n = velocidade de rotação em rpmπ = 3,1416

A unidade de potência ( watt), é pequena para expressar a potência dos modernos motores;

por isso utiliza-se o quilowatt (kW).

n =

Cálculo da potência T (N.m) . n (rpm) 955P (kW) =

64 SENAI-RJ


No gráfico a seguir, podemos observar que a potência e o torque dependem da rotação do

motor.

Gráfico 1 – Torque e potência

Potê

nci

a d

ese

nvo

lvid

a (

kW)

Torq

ue

(Nm

)

Rotação do motor (rpm x 100)

Sistema de distribuição

Sistema de lubrificação

Sistema de arrefecimento

Sistema de alimentação

Sistema de ignição

Sistema de controle de emissões

Bloco 3Sistemas dos motores

SENAI-RJ 67

Motores Automotivos de Ciclo OTTO – Sistemas de motores

Sistemas dos motoresAlém dos assuntos já estudados até aqui, o motor é constituído também dos seguintes

sistemas:

• de distribuição;

• de lubrificação;

• de arrefecimento;

• de alimentação;

• de ignição; e

• de controle de emissões.

Vamos, então, conhecê-los.

Sistema de distribuição

As válvulas de admissão e de escapamento de cada cilindro devem abrir-se e fechar-se de

forma sincronizada com os tempos do motor: admissão, compressão, combustão e

escapamento.

Tais movimentos das válvulas são feitos por meio da árvore de comando de válvulas,

acionada por intermédio da árvore de manivelas. Essas árvores têm, cada qual, uma engrenagem.

A posição da engrenagem da árvore de comando de válvulas, em relação à engrenagem da

árvore de manivelas, recebe o nome de ponto de referência da distribuição mecânica.

Existem diversos modos de ligação entre a árvore de comando de válvulas e a de manivelas,

conforme o tipo de veículo. Por meio dessas ligações as duas árvores movem-se

sincronizadamente, com:

68 SENAI-RJ


• engrenamento direto;

• corrente;

• engrenagens intermediárias;

• correia dentada (caso mais comum).

As árvores (de manivelas e de comando de válvulas) fazem parte da distri-buição mecânica, responsável pelo controle da entrada da mistura no mo-tor e da saída dos gases produzidos na combustão.Desse modo:– a mistura de ar e combustível entra em cada cilindro no tempo certo;– ocorre a compressão da mistura também no tempo certo;– os gases resultantes da queima em cada cilindro saem por ocasião dotempo de escapamento.

Essa coordenação é conseguida através de ângulos predeterminados, de acordo com os

ângulos existentes entre os cames (ressaltos) da árvore de comando de válvulas.

O sistema de distribuição é constituído basicamente pelos seguintes elementos:

• árvore de comando de válvulas;

• tuchos;

• haste de comando dos balancins;

• balancins;

• válvulas;

• molas das válvulas.

O sistema de distribuição é caracterizado de acordo com a posição do comando no motor.

Para melhorar o rendimento do motor, também pode ser utilizada mais de uma árvore de

comando de válvulas.

Sistema de distribuição com acionamento indireto

A árvore de comando de válvulas é acionada pela árvore de manivelas por meio de corrente

ou engrenagem. Ao girar, os ressaltos do comando atuam contra os tuchos, movimentando-os.

Esse movimento é passado às hastes e daí aos balancins que irão acionar as válvulas, fazendo

SENAI-RJ 69


com que elas sejam afastadas das suas sedes. Ao passar a ação do ressalto, as molas das válvulas

fazem com que elas se fechem.

Esse sistema é utilizado nos motores V8 americanos.

Fig. 1 – Árvore de comando no bloco com acionamento da válvula por vareta e balancim

Sistema de distribuição com acionamento direto

O ressalto do comando atua no tucho ou no balancim, que passa o movimento para a

válvula.

Observe, nas ilustrações a seguir, diferentes tipos de distribuição com acionamento direto.

Fig. 2 – Árvore de comando no cabeçote com acionamento de válvula com balancim

70 SENAI-RJ


Diagrama de válvulas

É a representação gráfica dos ângulos de abertura e fechamento das válvulas num ciclo

completo do funcionamento do motor. Você pode conferir na ilustração a seguir.

Fig. 3 – Árvore de comando no cabeçote com acionamento da válvula com tucho hidráulico

Fig. 4 – Árvore de comando no cabeçote com acionamento da válvula por balancim

Fig. 5 – Diagrama de válvulas

PMI

PMS

1

2

Legenda

1. Válvula de admisasão2. Válvula de escape

47º 48º

6º7º

SENAI-RJ 71


Nesse diagrama, indica-se, separadamente, o que ocorre com a válvula de admissão (traço

fino – 1) e com a de escapamento (traço cheio – 2).

O sistema cruzado é o mais utilizado, trazendo como vantagem uma exce-lente lavagem dos cilindros e um aumento da eficiência volumétrica, o queproporciona melhora considerável no rendimento dos motores.

O tempo em que a válvula de admissão fica aberta, denomina-se ângulo de permanência

das válvulas e é por meio deste ângulo que se escolhe o comando a ser utilizado.

Ao somatório dos ângulos de avanço de abertura da admissão e do atraso no fechamento

de escape denomina-se cruzamento das válvulas. Quanto maior é este ângulo, mais acelerada

será a marcha-lenta do motor.

Variador de fase

O veículo, quando está em uma subida, necessita um torque maior para que não perca

potência. Para isso, pode-se atuar nas válvulas de admissão, antecipando o movimento de sua

abertura.

Alguns veículos possuem um dispostivo de avanço do comando, funcionando por pressão

de óleo ou solenóide, chamado de variador de fase.

O variador de fase tem o objetivo de, em função da carga e da rotação solicitadas pelo

motor, girar a árvore de comando de válvulas em relação à sua engrenagem, modificando o

diagrama e, conseqüentemente, o comportamento do motor.

O variador de fase é controlado pela central eletrônica, que comanda o seu acionamento a

partir do sinal recebido dos sensores. Em alguns motores, está localizado na extremidade da

árvore de comando de válvulas de admissão, ligado à sua engrenagem.

Árvore contra-rotante de equilíbrio ou árvore de balanceamento

A árvore contra-rotante de equilíbrio é um dispositivo amortecedor de vibrações, com

árvores de balanceamento dinâmico (contra-rotantes).

72 SENAI-RJ


Nos motores de combustão interna, além das forças que agem na cabeça dos pistões,

provocadas pelos gases em expansão, também agem:

• forças centrífugas de inércia, originadas das massas rotantes;

• forças de inércia alternadas de 1ª e 2ª ordem, originadas das massas dotadas de movi-

mento alternado.

O balanceamento do motor tem como objetivo eliminar as vibrações geradas pelas forças

centrífugas de inércia e pelas forças de inércia alternadas, durante seu funcionamento.

Os desequilíbrios produzidos pelas forças centrífugas e pelas alternadas de inércia de 1ª

ordem são eliminados contrabalanceando oportunamente o motor. O desequilíbrio provocado

pelas forças alternadas de inércia de 2ª ordem, nos motores a 4 cilindros em linha, geralmente

não é eliminado, cabendo aos suportes do motor a função de absorvê-las parcialmente.

Em alguns motores, no entanto, é utilizada a árvore contra-rotante, que anula as vibrações

causadas pelas forças já citadas, tendo um funcionamento suave e silencioso do motor,

principalmente em marcha-lenta. Esse dispositivo é utilizado nos motores V6.

Veja na próxima figura.

Fig. 6 – Árvore contra-rotante de equilíbrio

Sistema de lubrificação

Lubrificar consiste essencialmente em separar as superfícies de dois componentes em

movimento relativo por meio de uma película de óleo sob pressão, para minimizar o atrito e,

portanto, o desgaste.

SENAI-RJ 73


O sistema de lubrificação tem a função de garantir a circulação do óleo lubrificante, sob

pressão, do reservatório de óleo (cárter) às partes móveis do motor.

Possui um filtro, para reter as impurezas suspensas no óleo e uma bomba de óleo, para

transferi-lo, sob pressão, às partes do motor que necessitam de lubrificação.

Em vista disso, a lubrificação tem as seguintes funções:

• proteger os componentes internos do motor contra corrosões;

• melhorar a vedação entre os pistões e os cilindros;

• refrigerar as superfícies em contato;

• absorver choques;

• lubrificar;

• limpar, e

• reduzir atrito.

Atrito

Quando enfocamos o que ocorre no freio ou no disco de fricção da embreagem, verificamos

que o atrito, nesses casos, tem função importante. Na realidade, é ele que garante o

funcionamento tanto dos freios como da embreagem.

Entretanto, no interior do motor de combustão interna, o atrito tem uma ação indesejável:

desgasta os componentes, gera calor e tende a impedir o movimento. É por essas razões que se

usa o óleo lubrificante, que atua entre as partes em contato.

O atrito é uma força que se opõe, isto é, oferece resistência, ao movimento dos objetos que

estão em contato.

Mesmo as superfícies mais polidas têm irregularidades. Essas irregularidades, que podem

ser vistas ao microscópio, engancham-se umas nas outras, interferindo no movimento de uma

superfície em relação à outra.

Quanto maior a força com que as superfícies se comprimem uma contra a outra, mais

firmemente suas irregularidades ficam unidas, aumentando o atrito.

Além do acabamento das superfícies e da força de uma superfície contra a outra, o atrito

depende, também, do material de que são feitas. Assim, utilizam-se ligas antifricção (geralmente

74 SENAI-RJ


à base de bronze = bronzinas), para confeccionar os mancais que vão servir de apoio aos eixos

de aço, o que proporciona menor atrito entre eles.

Portanto, a força de atrito opõe-se à movimentação dos objetos cujas superfícies estão em

contato e depende dos seguintes fatores:

• da força com que são comprimidas entre si;

• do estado do acabamento superficial;

• dos materiais que estão em contato.

As asperezas (rugosidades) das superfícies em contato engancham-se na sua movimentação

e se rompem tanto no atrito de deslizamento como no atrito de rolamento. Esses atritos geram

calor, e o calor em excesso prejudica a resistência ao desgaste que as superfícies em contato

possuem.

A lubrificação consiste em eliminar o contato direto entre as superfícies,colocando entre elas uma substância, que pode ser gasosa, líquida, sólidaou pastosa.Tal substância, conhecida como lubrificante, penetra nas irregularidadesdas superfícies, de maneira a diminuir seu grau de contato, o desgaste e oaquecimento.

Óleo lubrificante

A descoberta do petróleo na Pensilvânia, em 1859, introduziu, na lubrificação de máquinas,

o uso de óleos minerais, os quais, gradualmente, substituíram os óleos animais e vegetais.

Os óleos derivados do petróleo, por destilação ou refinamento, têm base mineral, e os

ésteres são de base sintética. As características do óleo mineral são modificadas e melhoradas

por meio do acréscimo de aditivos.

Viscosidade do óleo lubrificante

A viscosidade de um líquido é a resistência que esse líquido oferece ao escoamento. Quanto

mais viscoso, maior a resistência que terá ao movimento.

SENAI-RJ 75


A viscosidade permite a formação de uma película que recobre os mecanismos e peças.

As temperaturas altas alteram a viscosidade de em óleo tornando-o mais fino.

Os motores modernos utilizam os óleos multiviscosos, que mantêm suas características

em uma ampla faixa de temperatura.

Classificação de óleos para motores

A classificação dos lubrificantes automotivos baseia-se em dois critérios:

• viscosidade – classificação de serviços SAE (Sociedade dos Engenheiros Automotivos);

• desempenho – classificação de serviço API (Instituto Americano de Petróleo).

Quanto à viscosidade, alguns óleos são identificados por uma letra W de winter que, em

inglês, significa inverno, e são ideais para trabalhar em baixas temperaturas.

Quando o óleo apresenta somente números, a sua viscosidade é ideal para trabalhar em

temperaturas mais elevadas.

O lubrificante que apresenta a letra W entre dois números (ex.: 20W-40) é um óleo

multiviscoso – apresenta viscosidade adequada às variações de temperatura, ou seja, ele é fino

no momento da partida do motor, e se comporta como um óleo de alta viscosidade (mais

grosso) em temperaturas de operação (altas temperaturas).

Consulte a tabela a seguir para conhecer mais sobre a viscosidade de diferentes tipos de

lubrificante e a sua adequação.

Recomendação técnica

Empregado nas regiões extremanente frias, em

que a temperatura normalmente não ultrapas-

sa -17ºC, não recomendável para condução em

grande velocidade.

Empregada em veículos no período do inverno,

nas regiões cuja temperatura raramente ultra-

passa -17ºC. Não pode ser utilizado a mais de

15ºC.

Utilizado em regiões cuja temperatura raramen-

te ultrapassa -12ºC.

Tipo de lubrificante

SAE 5W

SAE 10W

SAE 15W

continua ...

76 SENAI-RJ


Tabela 2 – Selo e tabela de utilização de óleo de motor

Tipo de lubrificante

SAE 40

SAE 50

SAE 5W30, SAE 10W30 ou SAE 10W40,

SAE 20W40 0 ou SAE 20W50

Recomendação técnica

Convém melhor às temperaturas de verão e para

veículos que apresentam condições específicas,

rigorosas, como, por exemplo, com cargas pe-

sadas.

Usado em veículos que desenvolvem altas velo-

cidades e em longos trabalhos. Convém bem aos

veículos antigos, já que ele diminui o consumo

de óleo.

Óleos multiviscosos ou “toda estação”. Estes ti-

pos toleram uma grande variedade de tempera-

turas de funcionamento, permitindo assim pas-

sar de um clima extremo a um outro. eles possi-

bilitam um desempenho sem imprevistos ao

previnirem contra as mudanças repentinas de

temperatura. O manual do usuário indica o tipo

de óleo multiviscoso que deve ser empregado

de acordo com as mudanças de temperatura.

A sigla API (American Petroleum Institute) refere-se à instituição que define um conjunto

de testes em motores padrões, determinando a qualidade mínima que um óleo deve ter para

atender a uma classificação de serviço.

As classificações são simbolizadas pela série S, para motores a gasolina, álcool e GNV, e

série C, para motores diesel. As classificações S ou C são acrescidas de uma segunda letra, em

ordem crescente do alfabeto, indicando o grau de evolução do óleo.

Tabela 1 – Tabela da classificação SAE

contiuação

SENAI-RJ 77


O óleo lubrificante do motor sofre uma perda gradativa de suas propriedades em razão da

oxidação e contaminação. Por isso, precisa ser trocado a intervalos regulares de quilometragem.

Para os veículos que rodam pouco é necessário substituí-lo a intervalos regulares de serviço,

mesmo que a quilometragem de uso não tenha sido atingida.

Fig. 7 – Salpique

2

1

3

4

Legenda

1. Bomba de óleo2. Gotejamento do óleo3. Rebaixo captador de óleo4. Pescador de óleo

Sempre que substituir o óleo, é preciso substituir também o filtro de óleo.

Tipos de sistemas de lubrificação

Os sistemas de lubrificação podem ser realizados por:

• salpique;

• lubrificante misturado com o combustível;

• circulação forçada por bomba a cárter seco; e

• sistema sob pressão convencional.

Lubrificação por salpique

A lubrificação por salpique geralmente é utilizada como parte da lubrificação principal no

motor. É conseguida em função do movimento da árvore de manivelas e da biela, que lançam o

óleo lubrificante nas paredes dos cilindros. Utilizada em motores pequenos monocilíndricos.

78 SENAI-RJ


Fig. 8 – Sistema de lubrificação do motor

1

2

3

4

5

6

Legenda

1. Bomba de óleo2. Lubrificação dos cames e mancais da árovre de comando de válvulas e dos tuchos3. Retorno do óleo para o cárter4. Filtro do óleo5. Lubrificação da árvore de manivelas e dos injetores de óleo6. Cárter

Lubrificação por mistura de óleo e combustível

Este processo é utilizado em motores de dois tempos, onde o óleo lubrificante é misturado

ao combustível em quantidade pré-estabelecida.

Lubrificação por bomba e cárter seco

Nos automóveis de competição e automóveis de alto desempenho, são utilizados sistemas

de lubrificação a cárter seco, nos quais o óleo, ao invés de ser recolhido numa bandeja fixada sob

o bloco do motor, é enviado por uma ou mais bombas a um reservatório, passando antes por

radiadores de óleo que o resfriam. Do reservatório, o óleo é levado sob pressão a vários

componentes móveis.

A adoção de um sistema a cárter seco evita o risco de, numa curva, após uma forte aceleração

transversal, a bomba de sucção não conseguir captar o óleo, o que resultaria na interrupção da

lubrificação do motor e conseqüente dando ao conjunto móvel.

Lubrificação por sistema sob pressão convencional

Os componentes do sistema de lubrificação convencional podem ser observados na figura

a seguir, com apoio da legenda.

SENAI-RJ 79


Cárter

O cárter é o depósito onde fica armazenado o óleo lubrificante do motor. Pode ser feito de

chapa de aço estampada, ou de liga leve, com aletas, para facilitar a dissipação do calor.

Fig. 9 – Cárter

2

3

Legenda

1. Placa atenuadora2. Sede da junta3. Corpo (depósito)4. Bujão de drenagem

4

1

Bomba de óleo

A bomba de óleo mantém o óleo lubrificante em circulação forçada através das partes

móveis do motor. A pressão com que o óleo circula pode ser muito grande (sobrepressão),

principalmente quando o motor está frio, e o óleo, por esse motivo, fica mais denso. Para controlar

tal pressão, o sistema de lubrificação possui uma válvula reguladora de pressão.

A bomba transporta o óleo do cárter e o injeta, sob pressão, no filtro de óleo. O óleo deixa

suas impurezas no filtro e flui pelos canais de lubrificação até as partes móveis do motor.

Os canais de lubrificação são dutos existentes nas paredes do bloco e do cabeçote do

motor.

O óleo atinge, também, as galerias superiores do motor, de onde retorna ao cárter por

gravidade. No cárter, o óleo é arrefecido e novamente colocado em circulação.

80 SENAI-RJ


Tipos de bomba de óleo

Existem dois tipos de bomba de óleo:

• bomba de engrenagem; e

• bomba de rotor.

Bomba de engrenagem

A árvore da bomba forma um corpo único com a engrenagem condutora que aciona a

engrenagem conduzida. Esta última desliza em seu eixo, em movimento de rotação.

As engrenagens em movimento de rotação causam uma depressão que aspira o óleo do

cárter, fazendo-o fluir, sob pressão, para as diversas partes móveis no motor.

Bomba de rotor

A bomba de rotor tem um anel flutuante com cinco cavidades, e um rotor com quatro

dentes que gira no interior do anel, com o qual se engrena, arrastando-o com o seu movimento.

A diferença entre o número de dentes no anel e no rotor possibilita tanto a aspiração do

óleo, como sua expulsão da bomba. A aspiração ocorre quando o espaço vazio entre o anel e o

Fig. 11 – Bomba de óleo de engrenagens

Pinhões

Fig. 10 – Percurso do óleo lubrificante no motor

SENAI-RJ 81


rotor coincide com o orifício de entrada do óleo. O óleo é expulso da bomba sob pressão, quando

o espaço é reduzido pela rotação do conjunto.

No sistema de lubrificação temos, ainda, os seguintes componentes:

• válvula reguladora de pressão;

• filtro de óleo;

• radiador de óleo.

Válvula reguladora de pressão

Dependendo do motor, a válvula reguladora de pressão pode estar instalada na própria

bomba de óleo ou no bloco do motor. Possui uma regulagem para limitar a pressão máxima do

óleo no sistema de lubrificação, a fim de que não ocorra sobrepressão.

Filtro de óleo

O lubrificante que circula no interior do motor deve chegar aos vários componentes

absolutamente livre de partículas estranhas que, mesmo de dimensões reduzidas, podem causar

danos às superfícies de trabalho dos componentes e provocar um rápido desgaste. Para reter

impurezas, o circuito de lubrificação é dotado de um filtro de papel microporoso.

O óleo flui da periferia para o centro do filtro sob a ação da bomba de óleo. A pressão

fornecida pela bomba força o óleo a penetrar pelos furos da grade metálica, atingindo o elemento

filtrante, ao qual atravessa. Ao atravessar o elemento filtrante, o óleo tem suas impurezas retidas

e sai pela parte central do filtro, para fazer a lubrificação do motor.

Fig. 12 – Bomba de óleo a rotor

Rotores

82 SENAI-RJ


Fig. 13 – Filtro de óleo

Legenda

1. Carcaça2. Válvula de retenção3. Grade metálica4. Elemento filtrante5. Válvula de segurança

1

2

3

4

5

Observe os componentes de um filtro de óleo na próxima figura.

No interior do filtro existem duas válvulas: uma de retenção e outra, desegurança.A válvula de retenção tem como função manter o filtro de óleo sempre cheio,mesmo que o motor esteja desligado.A válvula de segurança permite a passagem do óleo lubrificante, garantin-do a lubrificação do motor caso o filtro fique entupido.

O filtro de óleo pode ser de dois tipos:

• blindado que é substituído por completo;

• desmontável que permite substituir apenas o elemento filtrante.

Radiador de óleo

O radiador de óleo serve para resfriar o óleo lubrificante, por intermédio do fluxo de ar ou água

que passa através da sua colméia.

Sistema de arrefecimento

O motor de combustão interna é uma máquina térmica. Isso quer dizer que ele utiliza o calor da

queima de combustível para produzir movimento.

A temperatura alcançada no momento da combustão chega próxima aos 2000ºC, superior,

portanto, ao ponto de fusão dos materiais de que são feitos os cilindros.

SENAI-RJ 83


Esta temperatura, porém, é instantânea, e é rapidamente diminuída com a saída dos gases

queimados e pela entrada da mistura fresca no tempo de admissão. Além da combustão, o atrito

das peças em movimento também gera calor, que, se não for mantido dentro de limites pré-

estabelecidos, provocará o travamento do motor em função da dilatação excessiva dos

componentes móveis.

Como toda máquina térmica, o motor de combustão interna trabalha dentro de uma faixa

de temperatura. Seu funcionamento não será normal, se estiver muito frio ou muito quente.

Por esse motivo, os veículos possuem um conjunto de peças que formam o sistema de

arrefecimento, cuja finalidade é manter a temperatura do motor dentro de determinados limites.

Arrefecer significa esfriar. É o que se consegue nos veículos automotores,utilizando ar ou um líquido apropriado (composto de água e aditivos).Atualmente, poucos veículos são arrefecidos exclusivamente a ar.O líquido de arrefecimento garante uma temperatura mais controlada nomotor, independentemente de o dia estar mais quente ou mais frio.

Tipos de sistemas de arrefecimento utilizados nos veículos

Conforme o elemento adotado para dissipar o calor, o sistema de arrefecimento pode ser

dividido em:

• a ar refrigeração direta;

• por líquido refrigeração indireta.

Sistema de refrigeração direta - a ar

Neste sistema, o excesso de calor é absorvido diretamente pelo ar que envolve o motor.

De modo a aumentar a capacidade de trocar calor, os cilindros e o cabeçote são fabricados

com materiais que favorecem a dissipação, e providos de aletas para aumentar a superfície de

contato com o ar.

Os motores das motocicletas, por exemplo, utilizam esse sistema.

No caso de um sistema com circulação forçada de ar, coloca-se uma turbina e capas

encarregadas de direcionar o ar, como vemos na figura a seguir.

84 SENAI-RJ


Componentes do sistema de refrigeração a ar

Aletas de refrigeração

As aletas têm a função de aumentar a área de contato do motor, onde é gerado o calor, com

o ar passante, para diminuir a sua temperatura em menor tempo.

Condutos de ar

São formados pelas chapas que cobrem a estrutura do motor, e direcionam o ar para as

aletas de refrigeração.

Turbina

Elemento que força a circulação do ar pelas diversas partes do motor.

Termostato

É constituído de uma mola bimetálica que controla a passagem do ar.

Quando o motor está frio, ele impede a renovação do ar de refrigeração, fazendo com que o

motor atinja mais rapidamente a sua temperatura ideal de funcionamento. Quando o motor

alcança a temperatura ideal, o termostato permite a troca de ar interno, quente, pelo ar

atmosférico, na temperatura ambiente.

Fig. 14 – Sistema de refrigeração direta – a ar

1

Legenda

1. Turbina2. Dutos de ar3. Aletas de arrefecimento4. Válvula termostática

2

3

4

SENAI-RJ 85


Sistema de refrigeração por líquido

A bomba d'água é acionada pelo motor, por meio de uma correia. Sua função é forçar o

líquido de arrefecimento a circular entre o radiador e o motor.

O líquido de arrefecimento circula no motor pelas câmaras de água ao redor dos cilindros

e pelo cabeçote.

Circulando por esses componentes o líquido,retira parte do calor do motor.

Enquanto a válvula termostática fica fechada, o líquido não circula entre o radiador e o

motor. Nessa etapa, o motor é pouco arrefecido, aquecendo-se rapidamente. A válvula só se

abre, quando o líquido atinge a temperatura ideal para o funcionamento do motor. A abertura

da válvula permite que o líquido de arrefecimento entre no radiador para se resfriar e, novamente,

ser enviado ao motor pela ação da bomba de água.

Com o motor aquecido, o líquido de arrefecimento passa, repetidamente,pelo mesmo ciclo:– é bombeado, para envolver as partes do motor, aquecendo-se;– atravessa a válvula termostática aberta e dirige-se ao radiador, pararesfriar-se;– volta para o motor pela ação da bomba de água, e assim por diante.

12

3 Legenda

1. Bomba d’água2. Radiador3. Ventilador

Fig. 15 – Circuito de refrigeração

86 SENAI-RJ


Componentes do sistema de refrigeração por líquido

Bomba d'água

Fixada no bloco ou no cabeçote, é acionada pela árvore de manivelas, por intermédio de

correia. Geralmente a bomba d'água é do tipo centrífuga, e ativa a circulação do líquido por

intermédio do seu rotor.

Fig. 16 – Sistema de arrefecimento

1

2

3

4

5

7

6

Legenda

1. Mangueiras2. Bomba d’água3. Válvula termostática4. Eletroventilador5. Interruptor térmico6. Radiador de arrefecimento7. Reservatório de expansão

2

3

4

57

Fig. 17 – Bomba d’água

1 2

543

Legenda

1. Cubo2. Árvore e rolamento3. Rotor4. Carcaça5. Gaxeta

Radiador

A peça fundamental do sistema por líquido de arrefecimento é o radiador, basicamente um

trocador de calor.

SENAI-RJ 87


O radiador é uma peça composta de um tanque superior, um núcleo e um tanque inferior.

O núcleo do radiador possui pequenos canais ou canaletas, paralelos entre si, feitos de

material metálico não-ferroso (por exemplo, latão ou alumínio), resistentes à corrosão e bons

condutores de calor.

Fig. 19 – Colméia do radiador

Legenda

1. Ar2. Aleta3. Canaleta4. Líquido de arrefecimento

1

1

2

3

Fig. 18 – Radiador

4

Legenda

1. Reservatório de saída2. Colméia do radiador3. Reservatório de entrada4. Torneira de sangria

2

3

4

Em toda a extensão das canaletas, são fixadas chapas metálicas muito finas, formando as

aletas.

O líquido de arrefecimento entra nas caneletas, para ser resfriado pelo ar que passa entre as

aletas. Em parte, esse ar é forçado por um ventilador. Entretanto, o radiador já é colocado na

frente do veículo, para aproveitar o fluxo de ar originado com o movimento do veículo.

88 SENAI-RJ


Fig. 20 – Ventilador

Mangueiras

Fabricadas em borrachas resistentes ao calor, as mangueiras promovem uma ligação elástica

entre os componentes do motor e permitem a circulação do líquido refrigerante no sistema de

arrefecimento.

Válvula termostática

Também conhecida como termostato, a válvula termostática faz com que o motor atinja

mais rapidamente a temperatura ideal de funcionamento, e controla a temperatura mínima do

motor, impedindo ou dificultando a circulação do líquido de arrefecimento.

O trabalho dessa válvula será observado em duas fases:

1ª – durante o aquecimento do motor;

2ª – com o motor aquecido.

Funcionamento da válvula termostática na fase de aquecimento do motor

Durante a fase de aquecimento do motor, a válvula termostática fecha a passagem de

líquido refrigerante para o radiador e libera a passagem para o retorno à bomba d'água. Desta

forma, o líquido circula somente entre o motor e a bomba, aquecendo-o mais rapidamente.

Funcionamento da válvula termostática com o motor aquecido

Com o motor aquecido na temperatura normal de funcionamento, a válvula termostática

libera a passagem de líquido refrigerante para o radiador, e isola o circuito de retorno para a

bomba d'água. A partir daí, fica livre a circulação do líquido entre o motor, a bomba e o radiador.

Ventilador

Em alguns veículos, o ventilador é fixado ao eixo da bomba d'água. Seu acionamento é

feito pela polia da árvore de manivelas, por intermédio da correia. Veja um exemplo a seguir.

2

1

3

Legenda

1. Bomba d’água2. Polia da árvore de manivelas3. Ventilador

SENAI-RJ 89


O acionamento do ventilador também pode ser feito por meio de uma embreagem

eletromagnética, que permanece desacoplada até que o motor atinja uma determinada

temperatura, quando, então, o ventilador será acoplado, girando solidário com o motor. Observe

na próxima figura.

Fig. 21 – Acionamento por embreagem eletromagnética

1

Legenda

1. Ventilador2. Embreagem eletromagnética

2

Outra forma de acionamento do ventilador usada nos veículos, ocorre por intermédio de

um motor elétrico.

Nesse caso, há um sensor térmico instalado no radiador ou no motor. O sensor comanda a

ativação e a desativação do motor do eletroventilador. Confira na ilustração a seguir.

Os veículos com ar condicionado utilizam radiador maior e dois eletro-ventiladores, para

melhorar o fluxo de ar através do radiador, como pode ser visto na próxima figura.

Fig. 22 – Ventilador elétrico

90 SENAI-RJ


Fig. 23 – Radiador com duplo ventilador elétrico

Líquido refrigerante

O líquido refrigerante é a combinação de água e aditivo, normalmente à base de etileno-

glicol, em porcentagens adequadas. Esta solução proporciona:

• maior resistência às baixas temperaturas, isto é, evita o congelamento do líquido nas

temperaturas mais baixas;

• elevação do ponto de ebulição do líquido de arrefecimento, em função do aumento da

densidade do líquido;

• diminuição da corrosão dos elementos do sistema de arrefecimento.

O líquido refrigerante deve ser trocado periodicamente, de acordo com o fabricante do

veículo, pois perde suas características com o tempo.

Sistema de arrefecimento selado

É um sistema planejado para apresentar pouca, ou nenhuma, perda de líquido de

arrefecimento durante longo período de tempo. Utiliza uma solução de água e aditivo,

normalmente à base de etileno-glicol, em porcentagem adequada.

O sistema de arrefecimento selado não libera o excesso de pressão para a atmosfera, como

ocorre no sistema aberto. No sistema de arrefecimento selado, o líquido de arrefecimento,

expandindo-se com o calor, vai para um depósito separado do radiador: o depósito ou reservatório

de expansão.

Reservatório de expansão

O reservatório de expansão compensa a variação do volume do líquido de arrefecimento.

SENAI-RJ 91


O líquido de arrefecimento aquecido pelo motor entra na parte superior do reservatório de

expansão. Na parte inferior desse reservatório, uma mangueira reconduz o líquido de

arrefecimento ao radiador.

Na medida em que o líquido de arrefecimento se aquece, aumenta de volume e se expande

no reservatório. Com isso, ocorre um aumento de pressão do ar na parte superior do reservatório,

que, ao atingir um certo valor, abre a válvula da tampa. Com a abertura da válvula, o excesso de

pressão é liberado, conforme mostra a ilustração a seguir.

Inversamente, quando o motor esfria e a pressão do sistema cai, o volume do líquido

diminui no reservatório. Há diminuição da pressão do ar na parte superior do reservatório, e,

com isso, a pressão atmosférica externa consegue abrir a válvula de vácuo da tampa.

O ar entra no reservatório e a pressão interna iguala-se à pressão atmosférica externa,

provocando o fechamento da válvula. Novamente, com o aquecimento do sistema, a pressão

volta a subir, e repete-se o funcionamento descrito anteriormente. Confira no desenho a seguir.

Modernamente, os veículos utilizam reservatório de expansão, onde o va-por do líquido aquecido é condensado, retornando ao sistema, não haven-do, dessa maneira, perda de líquido de arrefecimento. Reduz-se, assim, orisco de superaquecimento e a necessidade de reabastecimento constantedo sistema.

Fig. 24 – Abertura da válvula de alívio de pressão

Fig. 25 – Entrada de ar

92 SENAI-RJ


Vantagens e desvantagens de cada sistema de arrefecimento

É importante conhecer as vantagens e as desvantagens do sistema de arrefecimento com

o líquido e a ar. Leia a seguir.

Vantagens

Sistema com líquido de arrefecimento

• Mantém a temperatura do motor

mais uniforme, independente da

temperatura externa.

• O motor é mais silencioso: a ca-

mada de líquido entre os cilindros

age como amortecedor de ruídos.

Desvantagens

Sistema com líquido de arrefecimento

• Exige a verificação periódica do

nível do líquido.

• Manutenção mais cara.

• Veículo mais pesado por ter mais

peças .

• Atinge a temperatura de trabalho

mais lentamente.

Sistema de alimentação do motor

Os veículos de combustão interna constituem um avanço considerável em relação aos de

combustão externa: queimam pequenas quantidades de combustível dentro dos cilindros do

motor. Aproveitam, assim, a energia produzida na combustão de maneira mais controlada e

com melhor rendimento.

Para essa queima de combustível ocorrer, é necessário que se reúnam três elementos básicos:

combustível, oxigênio e calor.

Sistema de arrefecimento a ar

• Não há líquido de arrefecimento para ser

examinado.

• Defeitos são mais raros (menor nº de pe-

ças).

• Menor peso, por não ter radiador e líquido

de arrefecimento.

• Atinge a temperatura normal de trabalho

do motor mais rápido – funcionamento

simples.

Sistema de arrefecimento a ar

• A temperatura externa influi no sistema.

• Motor mais ruidoso: as aletas são fontes

de ruídos.

SENAI-RJ 93


A seguir, vamos conhecer melhor o combustível e a forma como ele é utilizado para

movimentar o motor do veículo.

Combustíveis para motores de ciclo OTTO

Combustível é toda substância que, em determinadas condições de temperatura e pressão,

pode ser queimada combinando-se com o oxigênio e gerando calor.

Nos motores de combustão interna, o oxigênio provém do ar atmosférico e o combustível

pode ser líquido ou gasoso.

Os combustíveis, líquidos ou gasosos, que se misturam finamente com o ar, são chamados

carburantes, queimam com muita rapidez, e produzem grande quantidade de calor.

Os carburantes usados em motores ciclo OTTO são: gasolina, álcool metílico, álcool etílico,

gás liqüefeito de petróleo (GLP) e gás natural veicular (GNV).

Não são considerados carburantes o óleo diesel e o óleo combustível, usados nos motores

diesel.

O combustível tem que ser misturado com o ar em uma proporção correta.Nos motores a álcool ou a gasolina, essa mistura é feita pelo sistema deinjeção eletrônica de combustível.

Gasolina

A gasolina é usada em motores de combustão interna pois:

• é carburante, isto é, tem grande capacidade de misturar-se com o ar;

• tem alto poder calórico, ou seja, ao queimar produz grande quantidade de calor.

A gasolina, bem como o álcool, são compostos por moléculas de hidrogênio e carbono. Na

presença de oxigênio e uma centelha elétrica, o carbono e o hidrogênio reagem quimicamente

com o oxigênio, formando moléculas de dióxido de carbono e água (combustão completa).

Essas reações liberam grande quantidade de energia em forma de calor, que é transformado

em trabalho pelo motor.

94 SENAI-RJ


Álcool

No Brasil, o álcool é obtido a partir da cana-de-acúçar, mas ele também pode ser extraído

da beterraba, da mandioca e do milho.

O álcool extraído da cana-de-acúçar, é o etanol (ou álcool etílico) e, dependendo do uso e

beneficiamento, pode ser comercializado como:

• álcool etílido hidratado carburante (AEHC);

• álcool etílico anidro carburante (AEAC); e

• álcool metílico ou metanol.

Álcool etílico hidratado carburante (AEHC)

É o álcool utilizado nos motores de combustão interna; possui um percentual de água

resultante do processo de destilação.

Álcool etílico anidro carburante (AEAC)

É obtido por processo químico a partir do álcool etílico, com a retirada da água residual,

permanecendo apenas o álcool puro.

Utilizado apenas como aditivo anti-detonante na gasolina brasileira, atualmente é

misturado à proporção de 21 a 23% em volume.

Não é vendido em postos de combustíveis.

Álcool metílico ou metanol

Este tipo de combustível não é produzido no Brasil, pois o álcool extraído da cana-de-

acúçar (etílico), além do seu caráter pioneiro, tem processo produtivo menos oneroso.

O metanol é produzido e utilizado nos EUA e Europa, a partir da madeira, carvão e gás

natural.

Gás natural

O gás natural é extraído do subsolo terrestre, como o petróleo e, muitas vezes, associado a

ele.

SENAI-RJ 95


Gás natural veicular (GNV)

É o gás natural beneficiado, utilizado para movimentar a frota de automóveis, ônibus e

caminhões.

Predominantemente formado por gás metano, presente em mais de 80% da sua

composição. Ao ser utilizado em motores a combustão interna, resulta numa queima mais

limpa, gerando índices de emissões inferiores aos apresentados pelo motor quando se utiliza

combustíveis líquidos.

O GNV é mais seguro do que os combustíveis líquidos, pois é mais leve queo ar, dispersando-se rapidamente.

Mistura ar/combustível

É a massa de ar necessária para queimar totalmente uma quantidade de combustível.

Esta relação de mistura depende do tipo de composição do combustível. Para exemplificar:

uma parte de gasolina precisa de cerca de 15 partes de ar para se queimar totalmente; já o álcool

precisa de 9 partes de ar para que a sua queima seja total.

Tipos de mistura ar/combustível

• Mistura pobre: é aquela em que a quantidade de ar na mistura ar/combustível é maior

do que a quantidade necessária para queimá-lo.

• Mistura rica: quando a quantidade de ar na mistura ar/combustível é menor do que a

quantidade necessária para queimá-lo.

• Mistura estequiométrica: é aquela em que a quantidade de ar na mistura ar/combustí-

vel é a ideal para queimá-lo totalmente.

Gases resultantes do processo de combustão

A gasolina, como combustível, é uma mistura química complexa de hidrogênio (H) e

carbono (C) que, durante o processo da combustão, combina-se com o oxigênio (O2) do ar,

fazendo a liberação da energia térmica. Entre os diversos aspectos que interferem na qualidade

da combustão, temos a dosagem e a homogeneidade da mistura estequiométrica e a compressão

dos cilindros.

96 SENAI-RJ


O formato da câmara de combustão deve facilitar a propagação da queima rápida e por

todo o ambiente da câmara de forma que a máxima expansão se dê a poucos graus após o PMS

(Ponto Morto Superior), facilitando a transferência de movimento para impelir o pistão.

Em condições ideais, os resíduos resultantes da combustão deveriam ser o nitrogênio (N2),

o dióxido de carbono (CO2) e a água (H

2O). Porém, não é assim que acontece num motor real.

Uma pequena e perigosa parte do fluído gasoso de escape é composta por gases nocivos à vida

e que afetam o meio ambiente.

Estes gases tóxicos formam-se devido à combustão incompleta ou às altas temperaturas

da câmara de combustão.

Dos gases resultantes do processo de combustão, 99% não são prejudiciais à saúde e ao

meio ambiente. Somente 1% deste volume é composto de produtos nocivos à qualidade de

vida e ao meio ambiente.

Observe os percentuais no gráfico a seguir.

Conheça, agora, os principais gases resultantes do processo de combustão.

CO – O monóxido de carbono (CO) é formado em função da combustão incompleta do

combustível, devido à falta de oxigênio na mistura. Desta forma, sua presença é acentuada nas

combustões com misturas ricas. Suas características são a de ser gás inodoro, incolor e insípido.

Porém, sua presença em volume, num ambiente confinado em 0,3%, pode provocar a morte

em 30 minutos, devido à sua atuação no sangue, reduzindo a oxigenação.

Gráfico 1 – Emissões de veículos a gasolina

71%N2

18,1%CO2

9,2%H20

≅ 1%

HC

NOx

C O

É isso queinteressa!

SENAI-RJ 97


NOx – Os óxidos de nitrogênio resultam de uma combinação de nitrogênio (N2) e oxigênio

(O2) que não aparece em condições normais. Esta combinação, para ocorrer, requer altas

temperaturas (acima de 1300 ºC), sendo esta uma das condições para o bom funcionamento

dos motores de combustão interna. Desta forma, o empenho em otimizar a eficiência de

combustão e diminuir consumo, fatalmente resulta na produção de mais NOx. Esta é a razão

que explica o porquê do volume de NOx ser o único volume de resíduos da combustão que, ao

invés de reduzir-se como aconteceu com o CO e o HC, elevou-se de forma muito considerável.

HC – Como já vimos, a gasolina é uma combinação de hidrocarbonetos (HC), sendo assim,

este resíduo da combustão é formado por partes do combustível que não foram queimadas.

Geralmente as emissões de hidrocarbonetos acentuam-se nas condições em que o motor

necessariamente deve trabalhar com misturas mais ricas, como nas fases de partida a frio,

aquecimento do motor, acelerações dinâmicas e plena potência.

Sua presença nos gases de escape é medida em partes por milhão (ppm), ou seja, uma

leitura de 400ppm indica que em cada um milhão de partes do gás existem 400 de HC.

O monóxido de carbono está entre os gases a serem rigorosamente contro-lados pelos limites de emissões veiculares, tendo sua unidade de medida,estabelecida para ser controlada em porcentagem por volume de resíduos.

Devido à contribuição de algumas composições de hidrocarbonetos, quereagem na atmosfera formando uma camada de fumaça, sua presença tam-bém passou a ser controlada pelos limites de emissões estabelecidos.

O monóxido de nitrogênio (NO) não tem cor, cheiro ou sabor porém, emcontato com o oxigênio (O

2) presente na mistura estequiométrica da com-

bustão, resulta em dióxido de nitrogênio (NO2) que é prejudicial ao sistema

respiratório.

98 SENAI-RJ


Sistema de alimentação

Os sistemas de injeção eletrônica de combustível e ignição substituíram, num curto espaço

de tempo, o sistema de alimentação por carburador e o sistema de ignição convencional.

É preciso entender, então, o que mudou com a injeção e a ignição eletrônica e porque isso

ocorreu.

Os motores do ciclo OTTO continuam sendo motores de quatro tempos, com ignição por

centelha. Isso significa que a termodinâmica do motor e seus órgãos móveis permanecem

inalterados, ou seja, o motor continua realizando a admissão, a compressão, a expansão e a

descarga. Os órgãos móveis e demais peças e/ou conjuntos continuam com a mesma finalidade

e princípio de funcionamento. Os sistemas de lubrificação e arrefecimento do motor também

não foram modificados.

Então, o que foi alterado?

Foram modificados os sistemas de gerenciamento da dosagem de combustível e o

gerenciamento da distribuição da centelha. Em ambos os casos, os elementos mecânicos como

giglês, tubo emulsionador, válvula agulha, diafragmas, avanço a vácuo e centrífugo foram

substituídos por elementos eletrônicos, sensores e atuadores,comandados por uma Unidade

de Comando Eletrônica (U.C.E.).

Mas, por que o carburador e o distribuidor convencional foram substituídos? Esses

componentes foram substituídos devido à necessidade de controlar não somente o

funcionamento do motor como, também, para minimizar a emissão de poluentes.

Utilizando o sistema convencional não é possível compatibilizar o bom funcionamento

do motor com os baixos níveis de emissão de poluentes exigidos por lei. A solução encontrada,

então, foi substituí-Ios por um sistema de injeção eletrônica de combustível e ignição.

Com esses novos sistemas, as informações do estado de funcionamento do motor são

detectados por sensores (componentes eletrônicos que transformam sinais mecânicos ou físicos

em sinais elétricos) e enviadas à U.C.E. que, por meio de estratégia específica, comanda os

atuadores (componentes eletrônicos que transformam sinais elétricos em deslocamento

mecânico).

Desta forma, a U.C.E., conhecendo as necessidades do motor, por intermédio de seus

sensores, é capaz de determinar quanto tempo um eletroinjetor (atuador) ficará aberto, para

SENAI-RJ 99


que se tenha uma dosagem ideal de ar/combustível, de modo a compartilhar o bom

funcionamento com um mínimo de emissão de poluentes.

Do mesmo modo, a U.C.E. deve comandar a bobina (atuador) para se obter a centelha no

momento ideal. Além disso, todos os ajustes mecânicos, tais como rotação da marcha-lenta,

ajuste de CO2, afogador etc. são substituídos por elementos eletrônicos (sensores e atuadores),

de modo a garantir o perfeito funcionamento do motor, sem a ação corretiva do motorista.

A substituição dos antigos sistemas de carburador pela injeção de combustível permite:

• melhor controle da mistura ar/combustível;

• melhor desempenho do veículo, com a conseqüente redução no consumo de combus-

tível;

• diminuição das emissões de gases poluentes.

Fig. 26 – Posição das válvulas de injeção em um sistema de injeção multiponto

2

3

5

4

1

6

Legenda

1. Galeria de distribuição(entrada de combustível)2. Ar3. Borboleta de aceleração4. Coletor de admissão5. Válvulas de injeção6. Motor

No Brasil, a totalidade dos veículos fabricados vem equipada com a inje-ção eletrônica do tipo multiponto seqüencial (multi-point fuel injection -MPFI).

O sistema MPFI possui uma válvula injetora para cada cilindro do motor. Cada um dos

injetores está localizado próximo à válvula de admissão. Assim, pelo coletor de admissão, só

passa ar.

100 SENAI-RJ


A unidade de comando eletrônico envia o sinal para a abertura do injetor correspondente

ao cilindro em curso de compressão, de forma seqüencial à ordem de explosão do motor, uma

vez a cada duas voltas da árvore de manivelas.

Para entender melhor o processo de alimentação do veículo, podemos dividir o sistema de

alimentação em dois:

• sistema de admissão de ar; e

• sistema de dosagem de combustível.

Sistema de admissão de ar

O circuito de admissão de ar é constituído por vários componentes que efetuam o transporte

correto da quantidade de ar necessária para o motor, nas diferentes condições de funcionamento.

São eles:

• conjunto de filtragem do ar;

• coletor de admissão;

• corpo de borboleta;

• medidor de massa de ar.

A seguir, vamos analisar o funcionamento de cada um desses componentes e suas diferentes

estratégias.

Conjunto de filtragem do ar

Filtragem significa a ação de um meio que impossibilita a passagem de uma substância

indesejada.

O conjunto de filtragem do ar é composto do filtro de ar, sua caixa e os dutos.

O filtro de ar é construído para que as impurezas em suspensão no ar sejam separadas,

ficando as mais pesadas depositadas no fundo da caixa de filtração e as mais leves, retidas pelo

elemento filtrante.

O elemento filtrante é constituído de um papel especial, disposto em fileiras, para reter as

impurezas

SENAI-RJ 101


Coletor de admissão

Sua função é encaminhar a mistura ar/combustível aos cilindros.

Atualmente, os motores utilizam coletores de alumínio ou materiais sintéticos, bem como

projetos que utilizam caminhos de diferentes comprimentos para o ar, chamados coletores de

admissão com geometria interna variável.

Assim, o ar pode passar por um caminho em baixas rotações (caminho mais longo) e por

outro caminho em altas rotações (caminho curto), tudo comandado a partir da U.C.E., com uso

de borboletas e atuadores.

Na próxima ilustração você pode ver um tipo de coletor de admissão.

Fig. 27 – Coletor com geometria variável

1

2

3

Legenda

1. Borboleta do coletor2. Duto curto3. Duto longo

O coletor com geometria variável proporciona melhor rendimentovolumétrico, resultando em maior torque do motor.

Corpo de borboleta

O corpo de borboleta é o elemento do sistema de admissão de ar encarregado de dosar o ar

até os cilindros.

102 SENAI-RJ


É conectado, por cabo ou eletronicamente, ao pedal do acelerador, que será comandado

pelo motorista.

O corpo de borboleta informará à U.C.E. a necessidade de aceleração desejada pelo

motorista, bem como será comandado por essa unidade no momento em que estiver em

marcha lenta, regulando a passagem de ar para um funcionamento suave.

Veja, a seguir, um exemplo de corpo de borboleta.

Medidor de massa de ar

Esse sensor, instalado após o conjunto de filtragem do ar e antes do corpo de borboleta,

mede a quantidade de ar admitida e envia a informação à U.C.E., para permitir a injeção da

quantidade correta de combustível nos cilindros.

Fig. 29 – Medidor de massa de ar

Fig. 28 – Corpo de borboleta

Alimentação de combustível

Vimos, então, como o ar entra no motor. Agora, vamos estudar de que maneira o

combustível se junta ao ar, na proporção correta.

2

1

Legenda

1. Pedal do aceleradoreletrônico2. Corpo eletrônico deborboleta

SENAI-RJ 103


Alimentação de combustível com injetores no coletor de admissão

Uma bomba de combustível acionada eletricamente alimenta o combustível e gera a pressão

de injeção. O combustível é aspirado do tanque de combustível e pressionado para um tubo de

pressão através do filtro de combustível. Daí, por meio da tubulação de combustível, flui para o

tubo condutor onde estão fixadas as válvulas injetoras. O regulador de pressão está fixado na

galeria de combustível e mantém a pressão constante por meio do orifício dosador, independente

da carga do motor.

Observe este sistema na ilustração a seguir.

Fig. 30 – Sistema de alimentação de combustível

O combustível que não é necessário para o motor retorna pela galeria de combustível, via

um tubo de retorno ligado ao regulador de pressão, de volta ao tanque de combustível. O

combustível realimentado é aquecido no caminho do motor para o tanque de combustível.

Com isso, ocorre uma elevação da temperatura do combustível no tanque. Em função dessa

temperatura, geram-se vapores de combustível. Para proteger o meio ambiente, esses vapores

são armazenados intermediariamente em um filtro de carvão ativado, por um sistema de

ventilação do tanque e conduzidos com o ar admitido para o motor, via coletor de admissão.

Sistema de alimentação de combustível sem retorno

No sistema de alimentação de combustível sem retorno o aquecimento do combustível no

tanque é menor do que no sistema padrão. Com isso, fica mais fácil cumprir as exigências

governamentais legais quanto às emissões evaporativas veiculares.

Legenda

1. Bomba de combustível2. Filtro de combustível3. Tubo condutor4. Válvula injetora5. Regulador de pressão

12

3 4 5

104 SENAI-RJ


O regulador de pressão encontra-se no tanque de combustível ou nas suas imediações.

Assim, elimina-se o tubo de retorno do motor para o tanque de combustível. Somente a

quantidade de combustível injetada pelas válvulas injetoras é conduzida à galeria de combustível

sem fluxo de retorno. A quantidade adicional de combustível fornecida pela bomba elétrica de

combustível retorna, imediatamente, ao tanque de combustível, sem ter que tomar o caminho

até o compartimento do motor.

Componentes do sistema de alimentação de combustível

Bomba de combustível

Pode estar instalada diretamente no tanque (in tank) ou fora dele, na tubulação de

combustível (in line).

As bombas (in tank), atualmente de uso mais freqüente, são integradas às unidades de

instalação e contêm um sensor de nível (bóia de combustível) e um recipiente para eliminação

das bolhas de ar do retorno do combustível.

Para manter a pressão necessária do combustível, em todas as condições de funcionamento,

o volume de débito da bomba deve ser maior que a demanda máxima de combustível do motor.

É a unidade de comando do motor (U.C.E.) que liga a bomba elétrica decombustível. Um circuito e um software de segurança impedem a alimenta-ção com a ignição ligada e o motor parado.

Módulo de alimentação combustível

Nas primeiras injeções eletrônicas de gasolina, a bomba elétrica de combustível era

montada exclusivamente fora do tanque (in line). Hoje em dia, a montagem da bomba elétrica

de combustível é feita dentro do tanque (in tank). Sendo a forma mais utilizada, a bomba

elétrica de combustível é parte de um módulo de alimentação de combustível, que pode envolver

outros elementos:

• um reservatório para garantir combustível na dirigibilidade em curvas;

• um sensor de nível de combustível;

• um regulador de pressão em sistemas sem retorno;

• um pré-filtro para proteção da bomba.

SENAI-RJ 105


Fig. 31 – Módulo de alimentação de combustível

Fig. 32 – Filtro de combustível

Regulador de pressão do combustível

O regulador da pressão do combustível mantém as condições de pressão definidas no

sistema de combustível.

Em sistemas com retorno, a parte de combustível excedente retorna pelo tubo de retorno

ao tanque, após ser liberada uma passagem pelo regulador de pressão.

Em sistemas sem retorno, o regulador de pressão fica no módulo de alimentação ou no

filtro de combustível.

Filtro de combustível

Os sistemas de injeção para motores OTTO e diesel são sensíveis às menores impurezas

no combustível.

O filtro de combustível fica montado na linha de pressão, após a bomba de combustível.

Na carcaça do filtro há uma seta indicando a posição correta de montagem. Confira na próxima

figura.

106 SENAI-RJ


Tubo distribuidor de combustível

O combustível flui dentro do tubo, sendo distribuído de modo uniforme para todas as

válvulas injetoras

Válvulas injetoras eletomagnéticas

O injetor (ou válvula injetora eletromagnética) controla o volume de combustível fornecido

ao cilindro do motor durante o tempo em que o injetor permanece aberto (tempo de injeção).

Esse tempo é operado a partir da U.C.E. conforme os sinais recebidos dos sensores, que

indicam a vontade do motorista e a situação do motor.

Observe na próxima ilustração uma válvula injetora.

Fig. 33 – Válvula injetora

Sistema de ignição

Princípios básicos

No motor de ciclo OTTO, uma ignição (faísca) inicia o processo de combustão da mistura.

A função do sistema de ignição é inflamar a mistura ar/combustível comprimida no ponto

exato. Isto se dá por meio de uma faísca elétrica entre os eletrodos de uma vela de ignição,

instalada na câmara de combustão.

Na ilustração a seguir, veja um exemplo de sistema de ignição.

SENAI-RJ 107


Uma bobina única pode atender às necessidades de um motor, mas hoje empregam-se

bobinas de dupla faísca, que atendem a dois cilindros do motor.

Para um motor de quatro cilindros, utilizam-se duas bobinas de dupla faísca.

Em motores de maior desempenho são empregadas bobinas para cada cilindro,

minimizando as perdas elétricas existentes nos cabos de vela.

Os sistemas que possuem uma bobina única utilizam um sistema mecânico chamado

distribuidor, para direcionar a alta tensão, gerada na bobina, para a vela do cilindro

correspondente ao momento de ignição, por meio de cabos, chamados de cabos de vela.

O distribuidor está conectado à árvore de comando de válvulas, mas o controle do ponto

de ignição é feito com o uso de microprocessadores e comandado a partir da U.C.E.

Os veículos que estão equipados com a bobina de dupla faísca ou em bobinas individuais

por cilindro, possuem um sistema de ignição estática, comandado a partir dos sinais captados

pelos sensores no virabrequim (sensor de ponto) e na árvore de comando de válvulas (sensor de

fase) e processados pela U.C.E.

Na próxima ilustração você pode ver um modelo de bobina de dupla faísca.

Fig. 34 – Sistema de ignição com distribuidor

4

5 1

3 2

Legenda

1. Bateria2. Chave de ignição3. Bobina4. Distribuidor5. Velas

108 SENAI-RJ


Fig. 35 – Bobina de dupla faísca

Sistema de controle de emissões

Vamos conhecer agora os sistemas de ventilação do cárter, anti-evaporativo de combustível,

de emissão de gases e catalisador que têm algo em comum, uma vez que todos eles –

componentes do veículo – direcionam-se para um mesmo fim, qual seja, o de promover o

controle de emissões de poluentes, com intuito de melhorar a qualidade de vida, no que diz

respeito à qualidade do ar, principalmente nas grandes concentrações urbanas.

Sistema de ventilação do cárter

Quando o óleo do motor aquece, os resíduos de combustível dissolvidos no óleo, a umidade

e os gases residuais de combustão aumentam a pressão interna no cárter e no bloco do motor.

Esse conjunto de fatores origina um fluxo de gás do cárter para o coletor de admissão

chamado de gases de respiro do cárter ou blow-by.

Sua principal função é ventilar a parte interna do motor, evitando pressões excessivas, o

que acarretaria danos a vedadores, juntas e anéis de segmentos.

Com apoio da legenda, veja, na ilustração a seguir, a localização dos elementos do sistema

de ventilação do cárter.

SENAI-RJ 109


O controle dessas emissões é resolvido com a ligação da tubulação do cárter ao coletor de

admissão, fazendo com que os gases de respiro tornem a circular na câmara de combustão, após

tê-los separado do óleo arrastado.

Os gases de respiro provenientes do bloco (interior do motor), atravessam o separador e

perdem parte do óleo do motor neles espalhado. Este óleo, sob forma de gotinhas, retorna ao

cárter por queda, através da tubulação.

Sistema antievaporativo de combustível

Quando a temperatura ambiente está elevada e o veículo encontra-se parado, o calor

provoca a evaporação do combustível e o aumento da pressão em um tanque fechado

hermeticamente.

Para evitar que esses vapores sejam liberados à atmosfera, o sistema antievaporativo acumula

os vapores de combustível no filtro de canister até serem queimados pelo motor, quando

condições favoráveis se apresentarem.

O sistema antievaporativo de combustível é formado pelos elementos em destaque na

próxima ilustração.

Fig. 36 – Sistema de ventilação do cárter

4

3

2

1

Legenda

1. Tubo do respiro2. Filtro separador de óleo3. Tubo de vapor4. Óleo condensado

110 SENAI-RJ


O filtro de canister é um recipiente situado no compartimento do motor, contendo carvão

ativado, aborvendo uma grande quantidade de vapores de combustível.

Na linha de sucção dos vapores do filtro de canister há uma eletroválvula comandada pela

U.C.E, que determina, segundo parâmetros definidos, o momento da liberação desses gases

para o coletor de admissão.

Sistema de controle de emissões na descarga

O sistema para o controle de emissões na descarga é composto por um sistema de injeção-

ignição eletrônica, governado por uma central U.C.E. que, com a aquisição de dados, gerencia

a alimentação e a ignição do motor em todos os seus pontos de funcionamento.

O sistema assegurará uma dosagem da mistura ar/combustível próxima à relação

estequiométrica, em todas as condições de funcionamento do motor.

Relação estequiométrica é a relação entre as massas de ar e de combustívelnecessária para a combustão ocorrer completamente, formando apenasCO

2 e H

2O como produtos finais.

Fig. 37 – Sistema anti-evaporativo de combustível

Legenda

1. Linha de respiro do tanque2. Filtro de canister3. Entrada de ar4. Eletroválvula

1

2

3

4

O sensor que informa à U.C.E. se a mistura ar/combustível está correta ou não denomina-

se sonda lambda.

SENAI-RJ 111


Sonda lambda

Localizada próxima ao coletor de descarga, antes do catalisador, analisa constantemente

a quantidade de oxigênio (O2) presente nos gases de descarga, informando à U.C.E .

A U.C.E. aumenta ou diminui o pulso da injeção de combustível, mantendo, assim, a

mistura ar/combustível e os níveis de emissão de poluentes próximos do ideal.

A sonda lambda funciona somente em temperaturas acima de 300ºC. Em alguns sistemas

é aquecida pelos gases do coletor de escapamento. E em outros, para garantir que a temperatura

esteja sempre acima deste valor, a sonda lambda conta com uma resistência elétrica interna

para seu aquecimento.

Catalisador

Outro componente do sistema de controle das emissões da descarga é o catalisador.

Conhecido também como conversor catalítico de três vias, é assim chamado porque reduz

em cerca de 70% os três principais poluentes produzidos pelos motores a álcool e a gasolina,

que são:

• monóxido de carbono (CO);

• hidrocarbonetos (HC); e

• óxidos de nitrogênio (NOX).

Fig. 38 – Sonda lambda

112 SENAI-RJ


C ONOXHC

CO2N2

H2O

Fig. 39 – Reações no catalisador

CatalisadorAo contrário do que muitos pensam, o catalisador não é um filtro, pois nãose trata de um processo físico de retenção de partículas, e sim, de um pro-cesso químico, com reações entre as moléculas em meio gasoso. É, portan-to, um dispositivo de alta tecnologia que, por meio de reações termoquímicase por intermédio de substâncias cataliticamente ativas, converte os gasespoluentes em substâncias inofensivas à saúde.

O catalisador automotivo promove reações químicas que convertem os poluentes

monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOX) e hidro-carbonetos (HC) em dióxido de

carbono (CO2), vapor de água (H

2O) e gás nitrogênio (N

2), que não são tóxicos para a saúde.

Confira na ilustração a seguir.

Mesmo sendo tratados, esses gases não podem ser aspirados pelas pessoas.

O termo conversor catalítico ou catalisador designa um reator metálico instalado no sistema

de escapamento. Este reator, de aço inoxidável, contém o catalisador propriamente dito.

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O catalisador constitui-se de uma colméia monolítica de cerâmica ou metálica (também

chamada de substrato ou suporte), impregnada com substâncias ativas.

Os suportes cerâmicos ou metálicos são colméias formadas por milhares de minúsculos

canais, ou células, por onde passam os gases poluentes.

A catálise, sendo uma reação de superfície, requer uma grande área de contato, daí a

necessidade desses canais.

Veja na figura a seguir a posição dos equipamentos estudados.

Fig. 40 – Posição dos elementos de controle de emissões

1 2

Legenda

1. Sonda lamba2. Catalisador

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Motores Automotivos de Ciclo OTTO – Referências

ReferênciasBOSCH. Automotive eletric/eletronics sistems. 2.ed. Stuttgart/Alemanha : Department for

Thechnical Information, 1995.

BOSCH, Robert. Manual de Tecnologia Automotiva. São Paulo : Ed.Edgard Blücher, 2005.

SENAI-PR. Motor. Paraná : SENAI-PR, 2004.

_________. Eletrônica embarcada. Paraná : SENAI-PR, 2006.

SENAI-RJ. Motores automotivos de combustão interna. Rio de Janeiro : SENAI-RJ, 2001 (Série

Eletromecânica Automotiva).

________. Sistema de alimentação em veículos injetados, ignição convencional e eletrônica. Rio

de Janeiro : SENAI-RJ, 2001 (Série Eletromecânica Automotiva).

________. Tecnologia do motor. Rio de Janeiro : SENAI-RJ, 2002.

Volkswagem do Brasil. Fundamentos da tecnologia automobilística. São Paulo, 1998.

__________________. Curso mecânica Volkswagem para amadores. São Paulo, 2002.

__________________. Conhecimentos básicos sobre gerenciamento eletrônico de motores. São

Paulo, 2003.

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