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UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE
ESCOLA DE ENGENHARIA
MESTRADO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
DIONISIO MATEO CARDILLE
UMA ABORDAGEM A RESPEITO DO DESGASTE EM MATERIAIS DE
CAMISAS DE CILINDRO DE MOTORES CICLO DIESEL ATENDENDO
AS MODERNAS LEIS DE EMISSÕES
São Paulo
2009
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2
DIONISIO MATEO CARDILLE
UMA ABORDAGEM A RESPEITO DO DESGASTE EM MATERIAIS DE
CAMISAS DE CILINDRO DE MOTORES CICLO DIESEL ATENDENDO
AS MODERNAS LEIS DE EMISSÕES
Profissional de Engenharia de
Materiais.
Tese apresentada ao Programa de Mestrado
Profissional de Engenharia de Materiais da
Universidade Presbiteriana Mackenzie, como
requisito para a obtenção do título de Mestre
Profissional em Engenharia de Materiais.
ORIENTADOR: PROF. DR. JAN VATAVUK
São Paulo
2009
DIONISIO MATEO CARDILLE
UMA ABORDAGEM A RESPEITO DO DESGASTE EM MATERIAIS DE
CAMISAS DE CILINDRO DE MOTORES CICLO DIESEL ATENDENDO
AS MODERNAS LEIS DE EMISSÕES
Tese apresentada ao Programa de Mestrado
Profissional de Engenharia de Materiais da
Universidade Presbiteriana Mackenzie, como
requisito para a obtenção do título de Mestre
Profissional em Engenharia de Materiais.
Aprovada em 18 de agosto de 2009.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________________________________
Prof. Dr. Antonio Augusto Couto
___________________________________________________________________________
Prof. Dr. Arnaldo Homobono Paes de Andrade
6
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Dr. Jan Vatavuk, pela experiência, conhecimento e constante orientação no
decorrer dos estudos e realização deste trabalho.
Aos Engenheiros Eduardo Sala Polati e Arnaldo Braga, pela ajuda e apoio no levantamento de
dados.
Aos meus pais Anézia e Tarciso, e a minha noiva Patrícia pela paciência e incentivo
constante.
7
RESUMO
Este estudo aborda os conceitos de desgaste em camisas de cilindro para motores diesel,
caracterizando desgaste abrasivo, tribo-químico e �scuffing�, juntamente com fatores externos
ao componente como a questão dos combustíveis adulterados ou com alto teor de enxofre,
freqüentemente encontrados no Brasil. Apresenta o enquadramento dos motores nas modernas
leis de emissões, e suas causas diretas na exigência de materiais para camisas de cilindro,
juntamente com a evolução tribológica do conjunto pistão, anéis e camisa. Definem-se
também alguns conceitos de rugosidade e acabamento superficial dos cilindros e suas
implicações diretas no amaciamento neste componente, além do tema passagem de gases da
câmara de combustão para o cárter (�blow by�) e consumo de óleo lubrificante. As camisas de
cilindro são em sua maioria confeccionadas em liga de ferro fundido cinzento com matriz
perlítica, a qual foi objeto de comparação com uma liga proposta de matriz bainítica, como
material alternativo, visando satisfazer as condições impostas pela moderna legislação
ambiental. A técnica experimental empregada baseou-se em um ensaio dinamométrico em um
motor diesel de 146kw, porém submetido a plena carga durante 500hs, com 27,4% de
acréscimo de potência. As camisas foram montadas no motor de forma a estarem intercaladas
e evitando favorecimentos em cilindros mais quentes do bloco. Após o teste, as camisas de
cilindro foram dimensionadas, juntamente com os respectivos anéis de pistão. Como
resultado, observou-se que o material proposto em liga com matriz bainítica teve uma melhor
resposta ao desgaste em comparação com o material de matriz perlítica, inclusive com uma
melhor estabilidade dimensional. Os anéis de pistão tiveram desgaste similar em ambos os
materiais, respeitando o par tribológico original de projeto.
Palavras-chave: Desgaste em motores diesel pesados. Tribologia. Camisas de cilindro. Ferro
fundido bainítico.
8
ABSTRACT
This study broaches the diesel engines cylinder liners waste concepts, characterizing abrasive
waste, tribo-chemical waste and scuffing, with component external factors, like adultered fuel
or with high sulfur level frequently found in Brazil. It presents the modern emissioned
engines and the direct causes in the cylinder liners material requirement, with the tribologic
evolution of piston, piston rings and cylinder. Some concepts of cylinders internal diameter
surface finish and the direct involvement in the cylinder smooth, and the blow by flux besides
oil consumption. The cylinder liners are manufactured in perlitic gray casting iron, and it was
compared to a bainitic gray casting iron as alternative material, in order to satisfy the modern
environment laws for emissions. The experiment technical was based on a dynamometric test
in a 146kw diesel engine, during 500hs, with 27,4% overpower. The liners were assembled in
the engine block in an intercalated way, avoiding benefits in the cylinders closer to the water
pump. After the test, the liners were dimensioned with the respective piston rings. As result,
was observed that the proposal bainitic material got a better waste resistance in comparison
with the perlitic material, with a better dimensional stability. The piston rings presented
similar waste when applied in both materials, respecting the project original tribological pair.
Keywords: Heavy duty engines waste. Tribology. Cylinder liners. Bainitic casting iron.
9
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Um motor ciclo diesel em corte.........................................................................15
Figura 2 Representação do conjunto pistão e camisa......................................................16
Figura 3 Esquema em corte do funcionamento do conjunto Pistão, anéis e
camisas......................................................................................................................................16
Figura 4 Alguns componentes fixos do motor, como bloco, camisa e junta...................22
Figura 5 Alguns componentes fixos do motor como cabeçote e tampa..........................22
Figura 6 Algumas partes móveis de um motor, como virabrequim, pistões, bielas e
volante.......................................................................................................................................22
Figura 7 Localização do PMS e PMI...............................................................................23
Figura 8 Desenhos esquemáticos do PMS e PMI e deslocamento volumétrico..............24
Figura 9 1° Tempo (a) e 2° Tempo (b) de um motor ciclo diesel....................................25
Figura 10 3° Tempo (a) e 4° Tempo (b) de um motor ciclo diesel....................................26
Figura 11 Bloco de motor de quatro cilindros dispostos em linha....................................27
Figura 12 Grafitização típica de um bloco de motor.........................................................28
Figura 13 Exemplos de camisas de cilindro �molhada� para motores ciclo Diesel..........29
Figura 14 Exemplos de cilindros aletados de motores refrigerados a ar...........................29
Figura 15 Grafitização representativa de uma camisa de cilindro de motor de ciclo diesel
obtida por fundição centrifuga..................................................................................................30
Figura 16 Evolução dos pistões.........................................................................................32
Figura 17 Os anéis de pistão de um motor ciclo diesel. ....................................................33
Figura 18 Tipos de anéis de pistão.....................................................................................33
10
Figura 19 Micrografia de um anel de pistão em ferro fundido nodular
cromado.....................................................................................................................................34
Figura 20 Esquema de passagem dos gases (blow-by)......................................................35
Figura 21 Anéis com gap alinhados...................................................................................35
Figura 22 Aparelho de medição de rugosidade..................................................................37
Figura 23 Diferenças entre a topografia real e a topografia medida..................................38
Figura 24 Brunimento padrão de uma camisa de cilindro.................................................41
Figura 25 Operação de brunimento....................................................................................41
Figura 26 Curva de Abbot básica referenciando picos e vales de brunimento de uma
camisa. .....................................................................................................................................42
Figura 27 Medição da rugosidade do cilindro...................................................................43
Figura 28 Representação da área real de contato em relação à área de projeto no início do
amaciamento.............................................................................................................................44
Figura 29 Diagrama de Stribeck com sobreposição junto aos diversos sistemas de um
motor, representado o carregamento tribológico. ....................................................................48
Figura 30 Evolução do teor de enxofre no óleo diesel entre 2000 e 2010.........................50
Figura 31 Alguns dos novos sistemas anti poluição em motores ciclo diesel modernos..53
Figura 32 Representação esquemática do desgaste abrasivo de dois corpos e de três
corpos. ......................................................................................................................................56
Figura 33 Desgaste por microsulcamento e microlascamento...........................................57
Figura 34 Risco passando por carboneto de nióbio sem ruptura.......................................57
Figura 35 Risco parando em carboneto de nióbio sem ruptura.........................................58
Figura 36 Superfície de trabalho 30mm abaixo do PMS para diesel com alto teor de
enxofre e óleo lubrificante com baixo......................................................................................59
11
Figura 37 Esquematização do desgaste localizado próximo ao PMS dos anéis de primeiro
canalete nas superfícies do cilindro..........................................................................................60
Figura 38 Desgaste no PMS de uma camisa de um motor com 1x106
Km rodados..........61
Figura 39 Representação esquemática da formação de partícula durante o desgaste
adesivo......................................................................................................................................61
Figura 40 �Scuffing� em camisa ocorrido durante o amaciamento....................................62
Figura 41 �Scuffing� severo em anel de pistão..................................................................62
Figura 42 Máquina centrifuga............................................................................................64
Figura 43 Tubo centrifugado de ferro fundido cinzento....................................................65
Figura 44 Diagrama Fe-C..................................................................................................66
Figura 45 Exemplo de diagrama TTT................................................................................67
Figura 46 Microestrutura de uma camisa de cilindro em ferro fundido cinzento..............68
Figura 47 Ciclo de tratamento térmico em forno à indução..............................................70
Figura 48 Desenho esquemático de montagem das camisas no bloco...............................73
Figura 49 Esquema da localização da espessura radial em um anel de pistão...................76
Figura 50 Visão geral das dimensões principais do anel de pistão....................................76
Figura. 51 Microestrutra constituída por bainita superior..................................................78
Figura 52 Carbonetos do tipo MC.....................................................................................79
Figura 53 Material revenido a 680 oC ..............................................................................80
12
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Evolução dos limites de emissões.....................................................................53
Tabela 2 Composição química média do material proposto P.........................................69
Tabela 3 Composição química média..............................................................................71
Tabela 4 Resultados de Ensaio de tração, para a liga proposta e convencional..............81
Tabela 5 Resultados de circularidade e cilindricidade.....................................................82
Tabela 6 Valores médios de rugosidade..........................................................................83
Tabela 7 Área polida em porcentagem............................................................................83
Tabela 8 Dimensional dos anéis......................................................................................84
13
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...............................................................................................15
1.1 OBJETIVOS.....................................................................................................19
1.2 JUSTIFICATIVA.............................................................................................20
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS E REVISÃO DA LITERATURA............21
2.1 DEFINIÇÃO DOS TEMPOS DE UM MOTOR..............................................21
2.2 DEFINIÇÃO DE CAMISAS DE CILINDRO, PISTÕES E ANÉIS DE
PISTÃO.....................................................................................................................................27
2.2.1 Camisas de cilindro.........................................................................................27
2.2.2 Pistões e anéis de pistão..................................................................................30
2.2.3 Blow by.............................................................................................................34
2.3 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE RUGOSIDADE...............................37
2.4 RELAÇÃO DO ACABAMENTO SUPERFICIAL COM CONSUMO DE
ÓLEO E AMACIAMENTO.....................................................................................................40
2.4.1 Brunimento......................................................................................................40
2.4.2 Consumo de óleo lubrificante........................................................................43
2.4.3 Fase de amaciamento do motor.....................................................................43
2.4.4 Novas características de trabalho dos motores............................................45
2.5 LUBRIFICAÇÃO E COMBUSTÍVEIS...........................................................47
2.5.1 Regimes de lubrificação em um motor..........................................................47
2.5.2 Combustíveis na atualidade...........................................................................50
14
2.6 SISTEMAS ANTI POLUIÇÃO.......................................................................52
2.7 MECANISMOS DE DESGASTE....................................................................55
2.7.1 Desgaste abrasivo............................................................................................55
2.7.2 Desgaste tribo químico...................................................................................58
2.7.3 Scuffing............................................................................................................61
2.8 ESTRUTURAS METALOGRÁFICAS DAS CAMISAS DE CILINDRO.....64
2.8.1 Centrifugação..................................................................................................64
2.8.2 Propriedades metalográficas..........................................................................65
3 MATERIAIS E MÉTODOS..........................................................................69
3.1 MATERIAL......................................................................................................69
3.2 CONDIÇÕES IMPOSTAS NO ENSAIO DINAMOMÉTRICO.....................73
3.3 METODOLOGIA PARA DETERMINAÇÃO DO DESGASTE EM
CAMISAS E ANÉIS.................................................................................................................75
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................78
5 CONCLUSÃO.................................................................................................86
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................87
LITERATURA ADICIONAL..........................................................................88
ANEXO A FOTOGRAFIAS DAS CAMISAS DE CILINDRO TESTADAS..................91
ANEXO B FOTOGRAFIAS DO MOTOR TESTADO.....................................................93
15
1 INTRODUÇÃO
Os motores a combustão interna são sistemas cujas características de
funcionamento levam a ocorrência de desgaste, principalmente quando se pensa nos
componentes da câmara de combustão, como os anéis, pistões e cilindros ou camisas de
cilindro.
A figura 1 mostra o desenho esquemático de um motor de ciclo diesel em corte.
Figura 1 � Um motor ciclo diesel em corte (Cofap, 1997)
16
A análise aprofundada de falhas em materiais que podem causar excessivo
desgaste em camisas de cilindro é mais do que nunca algo de extrema importância para a
indústria automobilística.
Desta forma, as camisas de cilindro de motores do ciclo Diesel, apesar de sua
antiga concepção básica de funcionamento, demandam extremo cuidado em seu projeto e
processo de fundição e usinagem. A figura 2 é uma representação do conjunto pistão / camisa
de cilindro.
Figura 2 � Representação do conjunto pistão e camisa (Mahle 1997)
A figura 3 corresponde a uma representação das condições de carregamento do
conjunto por ocasião da expansão dos gases durante o processo de combustão.
17
Figura 3 � Esquema em corte do funcionamento do conjunto Pistão, Anéis e Camisas
(Vatavuk 1994)
Assim, o presente trabalho está diretamente relacionado ao comportamento
tribológico das camisas de cilindro dos motores a combustão interna, com especial atenção
para os motores de ciclo diesel pesados e de grande capacidade cúbica (Acima de 9.000 cm³
de cilindrada (deslocamento volumétrico)).
Durante a combustão, a pressão dos gases pode em algumas circunstâncias atingir
valores da ordem de 200 bar nos motores diesel modernos. Grande parte desta carga mecânica
é transferida para os anéis de pistão de primeiro canalete, causando em regiões próximas à
inversão de movimento desses anéis uma elevada solicitação tribológica.
Em alguns casos, a aprovação ou validação de um motor ciclo diesel impõe a
realização de ensaios cíclicos e durabilidade, de um mínimo de 10x108 de ciclos. Em cada
ciclo, os elevados níveis de pressão e solicitação são transferidos para a estrutura do motor,
em particular as paredes resistentes do bloco, junto ao alojamento dos cilindros, o que torna
necessário conhecer bem a resposta do ferro fundido à solicitação mecânica, possibilitando
assim otimizar este material a cada aplicação a qual serão submetidos.
Tem-se hoje em dia a imposição de condições de funcionamento por parte dos
motores à combustão interna com baixo consumo de óleo associado à elevada potência
especifica. Os usuários têm exigido uma fase de amaciamento cada vez mais curta e
durabilidade medida por baixo nível de emissões, cada vez maior, o que de certa maneira
parece contraditório, visto que um rápido amaciamento requer desgaste, e durabilidade
mantendo as condições de funcionamento requer resistência ao desgaste. A temperatura da
superfície dos cilindros pode atingir valores da ordem de 150ºC em regiões próximas ao ponto
18
morto superior dos anéis de primeiro canalete, com um nível de lubrificação muito baixo
imposta pela atual legislação de emissão de poluentes.
Na realidade estas imposições estão sendo cumpridas através de técnicas especiais
de acabamento superficial de cilindros, porém exigindo que este acabamento se mantenha por
maiores períodos de funcionamento, o que requer o desenvolvimento de ligas de ferro fundido
mais resistentes ao desgaste, que no caso dos motores ciclo diesel estão enquadradas
geralmente no ferro fundido cinzento. Este material constitui-se de uma matriz ferrosa
envolvendo uma elevada fração volumétrica de grafita lamelar, além da presença freqüente de
um eutético rico em fósforo (esteadita). A matriz mais comum em ferros cinzentos é a
perlítica, constituída de lamelas de ferrita e cementita.
Uma mudança de paradigma em termos de matriz de ferro fundido cinzento é a
utilização da estrutura bainítica, que se bem tratada termicamente pode se constituir em
interessante elemento para as camisas de cilindro de motores a combustão interna de ciclo
diesel. Em passado recente, a utilização da estrutura bainítica sem a realização de tratamento
térmico após sua fusão resultou em uma instabilidade dimensional, com apreciável mudança
de forma destes cilindros, gerando elevado consumo de óleo lubrificante e alto fluxo de gases
residuais da combustão �blow-by�, para o cárter do motor (de acordo com comunicação
verbal Prof. Dr. Jan Vatavuk).
O presente estudo está focado na medida de desgaste comparativo dos cilindros
confeccionados em liga convencional em relação ao ferro fundido cinzento bainitico, bem
como a resposta em termos de desgaste dos anéis de pistão (mantidos constantes) que
trabalharam neste conjunto. Como base a este trabalho, foram consultados vários estudos
efetuados pela indústria automobilística, fabricantes de camisas de cilindros e anéis de
pistões, além de montadoras de motores, com problemas distintos. Incluem-se também nesta
metodologia referências relacionadas a motores a combustão interna, materiais empregados
19
na fabricação de camisas de cilindro, as leis de meio ambiente e emissões, normas de projeto
e de produção de camisas de cilindro.
1.1 OBJETIVOS
O estudo do comportamento das camisas de cilindro em motores do ciclo Diesel,
que são componentes vitais presentes em motores de combustão interna, em situações
normais de trabalho e funcionamento, porém sujeitos aos desgastes normais de uso ou
anormais devido a fatores indevidos, aliado a comparação de resultados destas camisas em
ferro fundido cinzento, com ligas consagradas de matriz perlítica versus o exemplo de uma
liga de matriz bainítica.
Este estudo visa também conhecer melhor as condições de desgaste em Camisas
de Cilindro, de motores de combustão interna ciclo Diesel, atendendo as modernas legislações
vigentes em termos de emissões de poluentes, submetidos a fatores externos como por
exemplo combustíveis com altos teores de enxofre.
Corroborando com a teoria de utilização de materiais com maior resistência ao
desgaste, foi realizado um estudo de caso comparativo entre dois materiais em ferro fundido
cinzento, sendo um material de linha de produção com matriz perlítica e um material proposto
em matriz bainítica.
20
1.2 JUSTIFICATIVA
Este trabalho tem fundamental importância no estudo da tribologia das camisas de
cilindro, o que inclui também seus componentes correlatos, tais como anéis de pistão e
pistões, uma vez que devem ser avaliados em conjunto.
Segundo Callister (2002) �Em primeiro lugar, as condições de serviço devem ser
caracterizadas, uma vez que estas irão ditar as propriedades exigidas pelo material�.
Estas condições de serviço, aliás, são à base do projeto de uma camisa de cilindro,
onde o fabricante do motor tem como premissa básica o tipo de uso ao qual o conjunto será
submetido e seu grau de severidade, bem como fatores externos ligados a este, como por
exemplo, a qualidade do combustível que será utilizado.
Observa-se que desde pequenas variações na estrutura metalúrgica de um ferro
fundido até componentes correlatos fora de especificação, passando por defeitos de fundição e
materiais podem alterar de forma significativa o comportamento dinâmico da peça em
questão, e principalmente na atualidade, onde as questões ambientais e o chamado
emissionamento dos motores, a fim de enquadrá-los cada vez mais dentro das modernas leis
antipoluentes, são cada vez mais importantes e decisivas na escolha do material apropriado.
21
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS E REVISÃO DA LITERATURA
A seguir serão abordados alguns temas que caracterizam o funcionamento básico
de um motor a combustão interna, tais como os ciclos de tempos e a caracterização de alguns
componentes principais de um motor.
2.1 DEFINIÇÃO DOS TEMPOS DE UM MOTOR
Antes de iniciar a caracterização das camisas, anéis de pistão e pistões faz-se
necessário primeiramente explanar sobre o princípio básico de funcionamento dos motores a
combustão interna de ciclo diesel, para entender melhor a inserção destes subconjuntos no
sistema como um todo. Esta nomenclatura foi adotada a partir do seu inventor, Rudolf Diesel,
que desenvolveu o primeiro motor, em Augsburgh - Alemanha, no período de 1893 a 1898.
Define-se o motor a combustão interna como sendo uma máquina que transforma
a energia de uma reação química em energia mecânica através de ciclos de expansão e de
compressão de gases. Trata-se de uma máquina térmica, que produz trabalho através de uma
combustão (explosão controlada).
Todo motor a explosão possui uma câmara de combustão, que no caso específico
dos motores que utilizam os componentes que serão estudados, se localiza acima da parte
superior do cilindro ou camisa.
22
Pode-se também dizer que o motor é dividido em duas partes básicas, sendo elas
fixas e móveis.
Partes Fixas são as partes que não entram em movimento, quando o motor entra
em funcionamento. Exemplos incluem bloco, camisas, juntas, tampas, cárter e cabeçote, como
pode ser visto nas figuras 4 e 5.
Figura 4 � Alguns componentes fixos do motor, como bloco, camisa e junta (CBT
1990)
Figura 5 � Alguns componentes fixos do motor como cabeçote e tampa (CBT
1990)
Quando o motor entra em funcionamento as partes móveis apresentam
movimentos característicos, como pode ser inferido mediante observação da figura 6, para o
caso de virabrequins, pistões, bielas e comandos de válvulas.
23
Figura 6 � Algumas partes móveis de um motor, como virabrequim, pistões,
bielas e volante (CBT 1990)
Nos motores diesel de quatro tempos, que serão o objeto deste estudo, cada ciclo
completo necessita de duas voltas no virabrequim para ser completado. Com grande número
de peças móveis e relativa vibração, tais motores vem recebendo continuamente otimizações
em projetos de ângulos de trabalho e balanceamento de partes móveis, além de um ganho
substancial em termos de ligas de materiais. Incluem-se nestes esforços de projeto a redução
da potência de atrito advinda de forças de inércia das partes móveis, além do atrito entre
superfícies de contato.
Antes de se apresentar os quatro tempos de um motor ciclo diesel, serão definidas
as posições extremas do sistema oscilante dentro dos cilindros. As figuras 7 e 8 correspondem
ao detalhe do movimento dos pistões dentro dos cilindros, indicando as regiões de reversão de
movimento, com os chamados PMI ou ponto morto inferior e PMS ou ponto morto superior
dos elementos que constituem as massas oscilantes do sistema.
24
Figura 7 � Localização do PMS e PMI (Vatavuk, 2003)
Figura 8 � Desenhos esquemáticos. A esquerda vista em corte de uma Camisa de
cilindro, com a localização do PMS e PMI dos anéis de primeiro canalete. A direita volume
considerado na avaliação do deslocamento volumétrico do motor por cilindro.
Pode-se resumir os quatro tempos de um motor ciclo diesel da seguinte forma:
1° Tempo - Admissão (pistão desce do PMS ao PMI).
PMI
PMS
PMI
PMS
25
O pistão inicia o movimento descendente a partir do PMS. A válvula de admissão
abre e o pistão desce para o PMI, sugando a mistura ar/combustível devido ao aumento do
volume do cilindro e consequentemente queda de pressão em seu interior.
2° Tempo � Compressão (pistão sobe do PMI ao PMS).
A válvula de admissão fecha, e o pistão inicia movimento ascendente a partir do
PMI de volta ao PMS, comprimindo a mistura e aumentando a sua eficiência para a
combustão. As válvulas de admissão e escape estão fechadas.
O primeiro e segundo tempos estão definidos na figura 9.
Figura 9 - 1° Tempo (a) e 2° Tempo (b) de um motor ciclo diesel (CBT 1990).
3° Tempo � Combustão ou expansão (pistão novamente desce do PMS ao PMI).
Quando o pistão está em sua posição máxima (PMS), o óleo diesel é pulverizado
diretamente na câmara de combustão, que, combinado com o ar altamente pressurizado em
seu interior a uma temperatura em torno de 700ºC, produz uma combustão, impulsionando o
pistão para o PMI.
O óleo diesel pulverizado deve-se ao fato de, em função da incompreensibilidade
do líquido combustível, não possibilitar o chamado calço hidráulico no caso de gotejamento,
26
que poderia causar danos irreversíveis ao conjunto pistão e biela. Este tipo de ocorrência pode
também ser produzido pela ingestão de água na câmara de combustão.
A combustão no motor de ciclo diesel dá-se de forma espontânea, devido a sua
alta taxa de compressão, que pode ser exemplificada com valores atuais em torno de 18:1,
diferentemente de um motor de ciclo Otto (gasolina, álcool ou gás natural), que possui valores
de taxa de compressão em torno de 12:1 e necessitam, para que haja uma combustão
semelhante, de uma descarga elétrica proveniente de uma vela (eletrodo envolto em material
cerâmico).
O trabalho mecânico ocorre no terceiro tempo, em ambos os tipos de motores.
4° Tempo - Escape (pistão novamente sobe do PMI ao PMS, completando o
ciclo).
Quando o pistão passa pelo PMI, a válvula de escape abre e o pistão sobe,
empurrando os gases queimados para fora do ciclo. A válvula de admissão está fechada.
Depois desta "limpeza", o cilindro pode então ser novamente preenchido com mistura nova,
recomeçando o ciclo.
O terceiro e quarto tempos estão definidos na figura 10.
27
Figura 10 - 3° Tempo (a) e 4° Tempo (b) de um motor ciclo diesel (CBT 1990)
Todo o gerenciamento de entrada e saída dos gases e do ar é dado pelas válvulas
do motor e seu(s) comando(s) de válvula(s), localizados todos no bloco ou cabeçote do motor
(em motores diesel modernos). Pelo fato dos pistões estarem conectados às bielas, e estas
ligadas ao virabrequim (árvore de manivelas), que é o eixo principal do motor, dá-se o
movimento do motor para o restante do conjunto.
2.2 DEFINIÇÃO DE CAMISAS DE CILINDRO, PISTÕES E ANÉIS DE PISTÃO
Serão definidos a seguir as camisas de cilindro e os seus componentes correlatos,
além do mecanismo do �blow by�.
2.2.1 Camisas de cilindro
Camisas de cilindro (ou cilindros, no caso de serem usinados diretamente no
bloco do motor) são o local por onde se desloca um pistão com seus anéis. A figura 11
apresenta a vista superior dos cilindros do bloco, com o motor instalado em um veículo.
28
100µm
Figura 11 - Bloco de motor de quatro cilindros dispostos em linha, mostrando a
vista superior após a retirada do cabeçote.
A figura 12 apresenta a microestrutura típica em termos de grafitização, de um
bloco de motor em ferro fundido cinzento.
Figura 12 � Grafitização típica de um bloco de motor - 100 x (Microestrutura observada sem
ataque) (Vatavuk, 2003)
O trabalho gerado pelo cilindro de um motor depende da quantidade de mistura
reativa no interior de sua câmara de combustão, de tal modo que cilindros de maior volume
permitem que os motores atinjam maiores potências para um mesmo nível de revoluções e
numero de cilindros. No caso de sistemas que incluam a instalação
de turbocompressores, a quantidade de mistura no cilindro aumenta, permitindo maior
potência e torque por cilindrada. A potência final guarda relação direta com o número de
cilindros, trabalho realizado por cilindro e rotação de funcionamento.
29
Por gerarem energia térmica, todos os motores a combustão interna necessitam de
um sistema de arrefecimento, que mantenha a temperatura de trabalho dentro dos padrões de
projeto de cada motor.
Este sistema de arrefecimento externo pode utilizar água ou ar.
Nos motores arrefecidos a água, este líquido de refrigeração pode ou não entrar
em contato com a superfície externa da camisa, sendo denominada �camisa molhada� aquela
que possui contato direto com a água (Figura 13) e �camisa seca� aquela que não entra em
contato com a água, ou seja, são alojadas diretamente nos furos cilíndricos do bloco pré
usinados, encaixadas ou prensadas em seu lugar definitivo no bloco.
A escolha de uma ou outra depende dos parâmetros de projeto e utilização
prevista para cada motor.
Figura 13 � Exemplos de camisas de cilindro �molhada� para motores ciclo Diesel
Em motores que utilizam o ar como refrigeração, cada cilindro encontra-se
normalmente separado dos restantes e possuem aletas de refrigeração, para melhor troca
térmica, como pode ser inferido na figura 14.
30
100µm
Figura 14 � Exemplos de cilindros aletados de motores refrigerados a ar
A figura 15 mostra a micrografia típica sem ataque para a observação da
grafitização, de uma camisa de cilindro para um motor de ciclo diesel, em ferro fundido
cinzento obtida pelo processo de fundição centrifuga.
Figura 15 � Grafitização representativa de uma camisa de cilindro de motor de
ciclo diesel obtida por fundição centrifuga � 100x (Microestrutura observada sem ataque)
(Vatavuk, 2003)
Uma comparação rápida entre as figuras 12 e 15 mostra que a fundição centrifuga
de camisas produz uma grafitização mais fina em relação a fundição estática de blocos de
motor, fato este relacionado a maior taxa de resfriamento da primeira. Este fato corresponde a
31
uma das vantagens no emprego de camisas de cilindro ao invés da utilização direta dos furos
de blocos de motor.
2.2.2 Pistões e anéis de pistão
Os pistões são elementos cilíndricos, produzidos em ligas de alumínio ou aço,
fundido ou forjado. Eles deslizam por dentro dos cilindros ou camisas, sendo conectados a
biela por meio de um pino, e articulam-se, dando movimento ao virabrequim conforme seu
movimento alternativo (do PMS ao PMI e vice-versa). Em seu topo pode haver vários tipos de
desenhos e formas, conforme o fluxo de ar da combustão, jato de injeção ou então seguindo a
tendência de projeto do fabricante. Conforme o movimento dos quatro tempos do motor
segue-se os atritos do pistão com os cilindros nos chamados movimentos de �pressão� e
�contrapressão�.
O pistão possui uma complexa geometria, e deve se comportar com
funcionalidade idêntica com o motor em temperatura de trabalho ou quando frio, quando
dilatado ou contraído, suportando extremas pressões e podendo chegar a trabalhar bilhões de
ciclos. Para se atingir esta característica, um cuidadoso projeto e criterioso processo de
produção e controle devem ser executados.
Os pistões possuem ranhuras ou canaletes em sua parte superior, onde são
alojados os anéis de pistão. O anel de compressão, de primeiro canalete ou primeiro anel é o
que está localizado na região adjacente ao topo do pistão, trabalhando especificamente para
vedar os gases vindos da combustão, impedindo-os, quase na sua totalidade, de chegar às
partes inferiores do motor. Este anel pode ser submetido a valores da ordem de 200 bar de
pressão específica durante a combustão.
32
O último anel que está localizado na parte inferior do pistão é o chamado anel de
óleo, e têm uma função mais ligada ao controle do filme e fluxo de óleo lubrificante nas
paredes do cilindro. O anel intermediário ou de segundo canalete possui um pouco destas
duas funções, além de contribuir no equilíbrio de pressões na região entre o anel de primeiro
canalete e o anel de óleo.
Analogamente, a figura 16 apresentada mais a frente, mostra a evolução de um
pistão, destinado a um motor de ciclo otto Volkswagen AP 1600cm3 , sendo que o pistão mais
atual fabricado em 2007 está a direita da fotografia e o pistão na época de lançamento deste
motor no mercado brasileiro, em 1983, encontra-se a esquerda da imagem. Nota-se que dados
como dimensões gerais, distância entre canaletes e distância do ponto morto superior do
primeiro canalete até o topo do pistão diminuíram muito a cada nova atualização do motor.
Observa-se também que a espessura de canaletes (e portanto espessura de anéis)
também vêm sendo reduzida, já que, de acordo com Lyman (1961), por volta de 2/3 do atrito
do motor provém do conjunto pistões e anéis, e deste atrito, 2/3 é proveniente dos anéis de
pistão.
Com dimensões menores, o pistão tem sua força de atrito reduzida na mesma
proporção.
A massa também teve substancial redução, enquanto a versão de 1983 tinha 450g,
o pistão fabricado em 2007 possui 225g. Esta menor massa oscilante e conseqüente menor
força de inércia dos pistões traduz-se também em uma redução da força de atrito. De acordo
com Vatavuk (2003), um motor compacto de 1600 cm3 produz a 6000rpm uma aceleração das
massas oscilantes da ordem de 1000 g, o que no caso do pistão de 450 g, desenvolve forças de
inércia próximas a 450 Kgf.
33
Observa-se ainda um maior cuidado com relação a partida a frio nos pistões de
2007 e de 2002, por possuírem um revestimento de grafite em sua lateral, que revela-se um
excelente lubrificante no caso de atrito seco.
Figura 16 � Evolução dos pistões
Outra característica dos anéis é permitir a troca de calor deles próprios e dos
pistões com os cilindros. A figura 17 mostra a disposição dos anéis em um pistão do ciclo
diesel, com a indicação da sua respectiva abertura livre ou folga livre, enquanto na figura 18
têm-se exemplos variados de tipos de anéis de pistão, incluindo a demonstração do �gap� do
anel.
Figura 17 � Os anéis de pistão de um motor ciclo diesel.
1983 1996 2002 2007
Anel de compressão
Anel intermediário
Anel de óleo
Abertura livre
34
50µm
Figura 18 � Tipos de anéis de pistão (RIKEN 2006)
Na figura 19 vê-se uma micrografia de um anel de pistão de primeiro canalete
para um motor do ciclo diesel, com revestimento em cromo.
Figura 19 � Micrografia de um anel de pistão em ferro fundido nodular cromado �
200x (Vatavuk, 2003)
2.2.3 Blow by
�Blow by� é um termo mundialmente utilizado em motores de combustão interna,
que não possui tradução apropriada na língua portuguesa. Todavia, pode ser definido como a
passagem dos gases que advém da combustão, em forma de subprodutos desta ou ar e
combustível não queimados, que passam através dos canaletes dos anéis de pistão, por trás
Gap do anel,
quando confinado
no cilindro.
35
destes (sendo de certa forma empurrados contra a superfície dos cilindros) e pelos respectivos
gaps, tendendo a dirigirem-se para o cárter do motor, aumentando assim a pressão na região
baixa do motor e, se em excesso, aumentando a tendência a contaminação do óleo lubrificante
do carter
A esquematização do �blow-by� está apresentada na figura 20.
Figura 20 � Esquema de passagem dos gases (blow-by)
No caso do �blow-by�, é de fundamental importância o controle da pressão
intercanaletes, ou seja, a pressão existente entre o primeiro anel e o anel de óleo. Conforme
informação verbal, este foi o problema encontrado em uma vertente do projeto pacote de
anéis �low friction� ou baixo atrito, onde a indústria automotiva tentou a utilização de apenas
dois anéis de pistão, sendo um de compressão e um de óleo. A principal limitação foi um
acentuado aumento do �blow-by�. Esta característica teve como causa o aumento da flutuação
do primeiro anel, devido ao descontrole da pressão intercanaletes.
Para o controle desta pressão e a manutenção dos valores de �blow by� e de
consumo de óleo de projeto ao longo da vida do motor, a folga entre pontas do anel confinado
no cilindro (gap) desenvolve um papel decisivo. Estes não podem estar alinhados como
visualizado na figura 21, e nem desgastados ou fora do dimensional estabelecido em projeto.
36
Figura 21 � Anéis com gap alinhados
O alinhamento apresentado na figura anterior não ocorre com facilidade, visto que
os anéis giram durante o funcionamento do motor, sendo a probabilidade deste encontro
remota.
37
2.3 DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE RUGOSIDADE
De acordo com Hutchings (1992), quando se estuda as superfícies sólidas dos
materiais, até mesmo a mais polida das superfícies de componentes mecânicos mostra
irregularidades apreciáveis, maiores que as dimensões atômicas. No caso dos materiais
metálicos utilizados em motores, e especificamente nas camisas de cilindro, os parâmetros de
rugosidade em sua superfície de trabalho determina como será grande parte da solicitação
tribológica entre pistão/cilindro e anel/cilindro.
Existem métodos variados de medição da topografia de um cilindro, sendo um dos
mais comuns o perfilômetro ou rugosímetro, como exemplificado na figura 22.
Figura 22 � Aparelho de medição de rugosidade (Mitutoyo, 2009)
38
Para acompanhar o perfil da superfície a ser medida e fornecer os dados para
serem convertidos em gráficos, são utilizados componentes em diamante, em forma piramidal
ou cônica. Tais componentes possuem dimensões em sua ponta de contato na peça em torno
de 1µm a 2,5µm, e ângulos de 60º. Ainda de acordo Hutchings, com esta combinação
dimensional podem haver interpretações errôneas, uma vez que imperfeições podem não ser
penetradas ou não ser reproduzidas fielmente. Na figura 23 pode-se observar a diferença de
topografia entre a superfície real e as medidas graficamente por um perfilômetro, sendo uma
com a relação entre a topografia vertical e o plano horizontal de cinco vezes e outra com uma
relação de cinqüenta vezes, ou seja, uma amplitude gráfica medida diferente da real.
Figura 23 � Diferenças entre a topografia real e a topografia medida (Hutchings,
1992)
O exame da figura 23 permite se inferir que de uma maneira geral as superfícies
topográficas apresentadas em gráficos de rugosímetros (perfil c � 50x), exacerbam a
topografia, sendo no entanto utilizadas com freqüência nas digressões realizadas a respeito de
Real
5x
50x
39
lubricidade, bem como interação entre superfícies atritantes, como será visto mais a frente
(Figura 26). De acordo com Vatavuk (1994), deve-se buscar nas interpretações feitas a
respeito de retenção de filme de óleo bem como a interação entre superfícies, pensar na
topografia real dos sistemas.
Hutchings ressalta ainda que existe uma diferença entre rugosidade, que significa
uma escala de pequenas irregularidades de uma superfície, e erro de forma, ao qual é a
medida de desvio do perfil encontrado em uma superfície versus o que se pretende como ideal
no projeto da mesma (Micro geométrico e macro geométrico). Esta distinção é arbitrária,
embora claramente esta relação envolva a escala horizontal de irregularidades. Aparelhos
eletrônicos podem filtrar sinais de rugosidade e de erro de forma, auxiliando na interpretação
dos dados.
40
2.4 RELAÇÃO DO ACABAMENTO SUPERFICIAL COM CONSUMO DE ÓLEO E
AMACIAMENTO.
Será caracterizada a seguir a relação entre o acabamento superficial do diâmetro
interno de uma camisa de cilindro ou cilindro, com o consumo de óleo lubrificante e a fase de
amaciamento de um motor.
2.4.1 Brunimento
Todo e qualquer motor a combustão interna possui um acabamento superficial na
parede interna de seus cilindros ou camisas, de forma a facilitar a retenção de óleo lubrificante
durante o movimento do pistão, reduzindo o atrito e visando uma melhor lubrificação junto à
superfície de contato anel e cilindro. Este acabamento superficial, chamado brunimento é feito
na última operação de usinagem de uma camisa de cilindro ou cilindro, usando-se bastões
abrasivos ou as chamadas pedras de brunimento de diamante.
De acordo com Tomanik (1992), o brunimento deve garantir a mínima retenção
de óleo, porém não perdendo as características de selo mecânico ao longo de sua vida, o que
exige o desenvolvimento de materiais cada vez mais resistentes ao desgaste, com particular
41
100µm
atenção a região do PMS dos anéis de primeiro canalete (onde ocorre a reversão de
movimento do pistão).
A figura 24 apresenta uma superfície de acabamento típica para motores do ciclo
diesel.
Figura 24 - Brunimento padrão de uma camisa de cilindro. 100 x
A figura 25, por seu turno, apresenta uma fotografia de uma operação padrão de
brunimento.
Figura 25 � Operação de brunimento (Cofap, 1997)
Os parâmetros que definem as condições de rugosidade no brunimento dos
cilindros, como por exemplo, a curva de Abbot padrão (área de mancal) e os picos e vales ao
42
longo de toda a superfície interna das camisas de cilindro, depois de efetuado o acabamento
interno final (brunimento) estão em parte ilustrados na figura 26.
Figura 26 � Curva de Abbot básica referenciando picos e vales de brunimento de uma camisa.
Podem-se exemplificar valores dimensionais típicos de rugosidade em torno de
Ra 0,5 a 1,2µm e um ângulo de cruzamento de 120o.
Um fato de grande importância que deve ser salientado é a relação de rugosidade
medida através de equipamentos metrológicos como os rugosímetros e a forma verdadeira da
topografia dos cilindros, como já citado anteriormente. De uma maneira geral os raciocínios
utilizados no modelamento de lubrificação e desgaste estão diretamente relacionados aos
gráficos obtidos através de rugosímetros.
A medição do brunimento de um cilindro é feita de forma amostral, sendo que nas
fábricas de camisas de cilindro, utiliza-se auditorias normais de processo com freqüências pré
estabelecidas, tanto nas máquinas de brunir (brunidoras) como na linha final de produção,
como ilustrado na figura 27. Nas montadoras de motores, a mesma pode ser feita na inspeção
do recebimento da peça ou na linha de montagem.
43
Figura 27 � Medição da rugosidade do cilindro (KS, 2002)
2.4.2 Consumo de óleo lubrificante
O consumo de óleo lubrificante é algo normal em qualquer motor à combustão
interna. Enquanto o motor trabalha nos mais variados regimes, o óleo lubrificante deve
cumprir o seu papel de lubrificar e proteger todas as partes do motor, inclusive as mais
próximas a câmara de combustão onde esse óleo é parcialmente queimado, sendo consumido.
Segundo a Cofap (1989), cada fabricante especifica um consumo normal para seu
motor, de acordo com o projeto. Motores com camisas, anéis, pistões e válvulas desgastadas
possuem elevado consumo de óleo, que cresce exponencialmente com a utilização. Observa-
se que nos motores em fase de amaciamento, o consumo de óleo é elevado, porém esta
tendência vem diminuindo com os novos materiais de cilindros aliados a tolerâncias de
brunimento menores conseguidos com a evolução dos controles de processo de fabricação.
2.4.3 Fase de amaciamento do motor
Na fase de amaciamento, ou seja, durante o assentamento natural entre anéis de
pistão e a superfície do cilindro nas primeiras horas de funcionamento de um motor, existe um
aumento na tendência ao desgaste adesivo, que está muito relacionado à transferência de
44
material de forma macroscópica, entre todos os anéis de pistão e os cilindros. Trata-se de um
desgaste muito acentuado, que pode em algumas circunstâncias evoluir para uma situação
ainda mais severa denominada �scuffing�, acontecendo em intervalos muito curtos dentro do
funcionamento do motor e sendo caracterizado por um fenômeno de falha. Este termo não
possui tradução específica na língua portuguesa. Em geral este fenômeno ocorre em intervalos
de tempo muito curtos e se constitui em um fenômeno de falha.
O amaciamento se constitui, portanto, na fase mais crítica e a que determina
grande parte da vida útil do motor. Por outro lado, o usuário final exige atualmente uma fase
de amaciamento extremamente curta.
Como o brunimento acaba sendo caracterizado como distâncias entre picos e vales
formados pelo processo de usinagem, neste período, o movimento relativo entre anéis e
cilindros ocorre apenas entre os picos e a área externa dos anéis, que ainda estão em fase de
assentamento. Com isso, a pressão específica entre estes dois elementos torna-se muito
elevada (carga dos anéis de projeto mantida para uma menor área de contato junto ao
cilindro), e quando o limite de escoamento do material é excedido, ocorre a deformação
plástica. A figura 28 apresenta de forma esquemática a diferença entre área de contato
projetada e área real no inicio do amaciamento.
Figura 28 � Representação da área real de contato em relação à área de projeto no
inicio do amaciamento (Vatavuk, 2003)
45
2.4.4 Novas características de trabalho dos motores
A evolução dos lubrificantes e combustíveis, em conjunto com o rigor das leis de
emissões, vêm transformando a forma de trabalho dos motores, modificando assim o tipo de
desgaste de cilindros com especial atenção aos de ciclo Diesel, pelo menos nas regiões e
países nos quais o controle ambiental é eficaz.
Conforme informação verbal (Eng. Eduardo Polati), enquanto tinha-se há algumas
décadas para motores do ciclo Diesel área polida associada a desgaste localizado no PMS
(esquematizado mais a frente), principalmente quando os motores eram submetidos aos
lubrificantes monoviscosos e diesel com alto teor de enxofre, hoje em dia tem-se notadamente
uma maior incidência de área polida ao redor da área dos cilindros sem um desgaste
localizado no ponto morto superior bem definido.
Ishizuki (1992), estudando motores diesel pesados, conclui que esta área polida
criada em qualquer região entre o PMS e o PMI, uma vez com tamanho considerável e de
acordo com normas de cada fabricante, proporciona uma passagem facilitada do gás �blow
by� e do aumento do consumo de óleo lubrificante, pela ausência de rugosidade ou
brunimento. Para Mc Geehan (1992), o polimento dos cilindros torna-se ainda mais crítico
para o consumo de óleo lubrificante, quando atinge todo o curso dos anéis.
De acordo com o teorema de Bernoulli, quanto maior a velocidade relativa entre
dois corpos, menor a pressão em um fluido. Analogamente, entre anéis e cilindros quanto
maior a sua velocidade relativa, menor a carga e consequentemente o atrito.
O pistão ao chegar no PMS, permanece por um curto momento em velocidade
zero, até inverter seu sentido de movimento. Seguindo novamente esta lei, como a velocidade
relativa neste instante é zero, a carga será muito alta, com conseqüente atrito por falta de
lubrificação e agravamento por temperatura e pressões de combustão nesta região.
46
Com baixas rotações do motor, a velocidade relativa entre pistão e cilindro
também é baixa, dificultando a formação de um filme de óleo hidrodinâmico, o que pode
ocasionar desgaste nos cilindros devido à insuficiência de lubrificação.
Conforme comunicação verbal (Prof. Dr. Jan Vatavuk), em 1990, a então
fabricante de anéis de pistão e camisas Cofap testou um motor MWM X10, com camisas
molhadas, anéis e pistões normais de produção instalados. Este teste teve duração de 100
horas, em um único ciclo, e teve como características a isenção de carga aplicada no motor
aliado à rotação sempre constante próxima a marcha lenta deste motor, em torno de 800 rpm.
Como resultado, após o desmonte, observou-se uma generalizada área polida ao
longo da superfície dos cilindros. Ainda corroborando com a teoria exposta acima, em casos
mais isolados, este tipo de desgaste também pode ocorrer devido ao funcionamento do motor
nos dias de hoje ser predominantemente em revoluções abaixo de 1000rpm (limítrofe a
rotação de marcha lenta com isenção de carga de trabalho), a baixas velocidades médias
impostas pelo trafego das grandes metrópoles.
47
2.5 LUBRIFICAÇÃO E COMBUSTÍVEIS
2.5.1 Regimes de lubrificação em um motor
De acordo com Hutchings (1992), os conceitos de lubrificação estão ligados
intimamente a tribologia de um motor. Tribologia é um termo derivado do Grego Tribo que
significa �esfrego�. Assim, tribologia é a ciência que estuda os fenômenos relativos à fricção
e atrito de superfícies, e no caso, o contato pistão, anéis e camisa.
Ainda segundo Hutchings, a principal função de um lubrificante é manter
separadas duas superfícies em movimento relativo, reduzindo assim as forças contrárias ao
sentido de movimento, consequentemente o atrito e o desgaste. A perda de energia por atrito
dentro do motor resulta no cisalhamento do filme de óleo entre as superfícies em movimento
relativo.
Para ilustrar o conceito de lubrificação a que todos os componentes principais de
um motor são submetidos, faz-se necessário visualizar o Diagrama de Stribeck de regimes de
lubrificação na Figura 29.
48
Figura 29 � Diagrama de Stribeck com sobreposição junto aos diversos sistemas
móveis do motor, representado o carregamento tribológico (Polati, 2008)
Acima se têm os três tipos de regimes de lubrificação, a saber:
- Hidrodinâmica
- Mista
- Limite
Conforme Hutchings, a lubrificação hidrodinâmica constitui-se quando ocorre a
separação total das superfícies por uma película de lubrificante. O filme é suficientemente
espesso para evitar qualquer tipo de contato metal-metal, sendo que o fluxo de óleo é regido
pelas leis da mecânica dos fluídos.
A lubrificação mista ocorre quando existe o início de contato entre os picos de
superfície (no caso, anel de pistão com os picos de brunimento). Este fenômeno ocorre
quando a pressão exercida aumenta a viscosidade do lubrificante ou velocidade de
deslizamento diminui.
µv/p
49
A lubrificação limite acontece onde há o contato entre as superfícies e a evolução
do desgaste. Este fenômeno ocorre quando, por exemplo, ocorre a partida a frio no motor,
onde a viscosidade do óleo ou a velocidade relativa for muito baixa.
Segundo Dunaevsky (2004), ressalta-se o fato do anel (principalmente o de
primeiro canalete) possuir a condição limite, pois além do fato de parar duas vezes a cada
ciclo (velocidade relativa igual à zero), sofre uma extrema carga térmica incidente. Busca-se a
diminuição do desgaste no PMS, melhorando a tribologia dos anéis e camisa e utilizando-se
ligas de ferro fundido mais resistentes ao desgaste.
Os fatores que causam a diminuição de espessura do filme lubrificante são:
- Aumento de carga aplicada;
- Elevação de temperatura com redução da viscosidade;
- Uso de óleo lubrificante de menor viscosidade;
- Menor velocidade de movimento (relativa).
Os óleos lubrificantes encontrados até a década de 1980 eram limitados a
monoviscosidade, que é a incapacidade de alteração da viscosidade conforme ocorrem as
variações de temperatura e solicitação dos motores.
Os lubrificantes ainda possuíam baixíssima reserva alcalina (Baixo TBN � Total
Basicity Number ou Índice de Neutralização), contribuindo de forma significativa para o
desgaste, quando submetidos ao óleo diesel de alto teor de enxofre.
Assim como os motores, sistemas e o próprio mundo automotivo têm evoluído
muito, os óleos lubrificantes também evoluíram, a ponto de independente de sua base mineral
ou sintética, ser capazes de protegerem as mais rígidas exigências em termos de desgaste de
motores.
Existe ainda um notável aumento no desgaste de motores em campo, em função
da enorme oferta de lubrificantes e aditivos de motores para as mais variadas finalidades no
50
mercado, onde o usuário acaba por alterar as especificações de lubrificação definidas em
projeto, seja em viscosidade ou em aditivos.
Trocas de óleo lubrificante dentro dos períodos estipulados pelo fabricante são de
extrema importância para amenizar o desgaste de cilindros, mas freqüentemente são
negligenciadas pelo usuário final.
2.5.2 Combustíveis na atualidade
No caso dos combustíveis para motores veiculares, os que são derivados de
petróleo têm mudado mundialmente, com destaque para o óleo diesel. A figura 30 mostra
graficamente a evolução do teor de enxofre no óleo diesel, em comparação entre diferentes
continentes.
Figura 30 � Evolução do teor de enxofre no óleo diesel entre 2000 e 2010
(Szwarc, 2004)
A avaliação da figura acima mostra que as teores mais altas de enxofre contidas
no óleo diesel estão na América Latina, Oriente Médio e África.
51
De acordo com Szwarc (2004), no Brasil, o alto teor de enxofre e a adulteração do
combustível de forma a baratear o custo de venda alteram para pior o resultado da combustão
de diesel se comparado a concepção inicial de projeto. Este fenômeno é mais constatado em
localidades mais distantes das grandes metrópoles, afetando diretamente a grande frota de
caminhões e ônibus pesados a circularem por tais estradas. Tem-se aí uma dicotomia:
enquanto avançam as pesquisas químicas para obtenção do melhor tipo de composto como
fonte de combustível, por outro lado ocorre uma deterioração maciça do tipo de combustível
vendido em países em desenvolvimento, com objetivo claro de aumentar a rentabilidade por
litro vendido nos postos de combustível.
Com isso, a tendência ao desgaste das camisas de cilindro faz-se muito presente,
em função da ação corrosiva causada pelo combustível e o alto teor de enxofre, ocorrendo
principalmente na região acima do anel de primeiro canalete, nas regiões do cilindro próximas
ao ponto morto superior destes anéis, podendo aí haver uma combinação entre o desgaste em
si e a cobertura do anel de primeiro canalete.
Conforme Vatavuk (1994) observa-se também para este mesmo material que
existe uma relação direta entre área polida e desgaste corrosivo
Esta condição corrosiva dá-se em função da condensação do SO2 e SO
3 formado
durante a combustão. Quando a presença de substancias corrosiva fica acima de um
determinado nível crítico, mesmo um óleo com alto TBN não poderá neutralizar tal acidez
corrosiva.
52
2.6 SISTEMAS ANTI POLUIÇÃO
Nas ultimas décadas, a indústria automotiva e especialmente as áreas de projetos
de motores tem sido forçada a preocupar-se cada vez mais com as emissões nocivas que um
motor pode causar ao meio ambiente.
De acordo com Polati (2008), observa-se que até os anos sessenta este tipo de
regulamentação inexistia, o que tornava o conceito de materiais para camisas e componentes
correlatos apenas função direta do custo, potência e conveniência do próprio fabricante.
Ainda conforme Polati, a partir dos anos setenta, após a primeira grande crise do
petróleo, os fabricantes viram-se obrigados a focar na redução de tamanho do motor, com
conseqüente aumento de rendimento de seus motores, além dos veículos estarem acessíveis a
um número cada vez maior de usuários. Os efeitos dos poluentes nas grandes metrópoles
mundiais começaram a ser muito sentidos. Comissões européias e americanas, em direções
paralelas, criaram e regulamentaram junto aos respectivos órgãos governamentais as
chamadas limitações de emissões de poluentes (respectivamente Euro e Tier ou EPA-
Environment Protection Agency), tanto para motores do ciclo diesel como motores do ciclo
otto.
Por se tratarem de projetos extremamente caros, as restrições criadas foram
gradativas, com um período de alguns anos entre as escalas de valores máximos permitidos,
além do que existe uma defasagem de pelo menos cinco anos entre primeiro e terceiro mundo.
A Tabela 1 mostra a evolução do limite de emissões de poluentes exigidos nos
Estados Unidos e na Europa para motores com potência a partir de 130Kw.
53
Tabela 1 � Evolução dos limites de emissões (Cummins, 2008)
NOx / HC / CO / PM (g/kW-hr) (NOx+NMHC) / CO / PM (g/kW-hr)
Na figura 31 estão ilustrados alguns dos principais sistemas de controles de
poluentes em um motor de ciclo diesel moderno, na direção do atendimento das modernas leis
de emissões.
Figura 31 � Alguns dos novos sistemas anti poluição em motores ciclo diesel
modernos (Cummins, 2008)
Nota-se na figura anterior que a cada etapa na direção da redução de emissões,
novos sistemas devem ser agregados ao motor, tais como válvulas de recirculação de gases
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
130 a 224
130 a 560
9,2 / 1,3 / 11,4 / 0,54 (6,6) / 3,5 / 0,2 (4,0) / 3,5 / 0,2 2,0/0,19/3,5/ 0,02
Europa - Euro
Estados Unidos - EPA
Ano
0,4/0,19/3,5/0,02
9,2/1,3/5,0/0,54 6,0/1,0/3,5/0,2 (4,0)/3,5/0,2 2,0/0,19/3,5/0,025 0,4/0,19/3,5/0,025
54
(EGR), turbinas com volumes variáveis (VGT), catalisadores e filtros mais eficientes. A
otimização de combustão é conseguida através de mudanças na alimentação do motor, como
por exemplo a adoção da injeção eletrônica de óleo diesel.
Dentre estes sistemas, o EGR (Exhaust Gas Recirculation) é um dos que está
bastante em evidência.
Este faz com que parte dos gases de escape, produzidos pela combustão
(subprodutos desta, por dissociação, como NOx, CO, H2O, H, N e óxidos), sejam novamente
introduzidos na admissão do motor. Ao reduzir-se o teor de oxigênio na combustão, será
liberado um menor teor de NOx. Ao reintroduzir-se os gases de escape (pobres em oxigênio)
no motor, reduzem-se os teores de oxigênio do ar introduzido nos cilindros.
Uma desvantagem deste sistema reside no fato de que ao entrar na admissão
grande quantidade de gases de escape, todo o coletor de admissão com o tempo ficará sujo,
levando o motor a perder eficácia prematuramente, além do alto desgaste e grau de severidade
imposta aos componentes, em função da ação corrosiva causada pelos subprodutos da
combustão, ocorrendo principalmente na região acima do anel de primeiro canalete ou ponto
morto superior, podendo aí haver uma combinação entre o desgaste em si e a cobertura do
anel de primeiro canalete.
Desta forma este sistema exige camisas de cilindro com materiais mais resistentes
ao desgaste.
55
2.7 MECANISMOS DE DESGASTE
Quando se fala em desgaste de componentes veiculares, seja qual for o tipo de
peça ou conjunto, sempre se remete a idéia de riscos à segurança dos condutores e
passageiros, bem como perdas econômicas e gastos extras.
Com isso, tem-se como premissa básica durante a fase de projeto de um
componente, além da funcionabilidade e custo compatível, a durabilidade de acordo com o
previsto pelo fabricante do motor ou cliente, no caso das Camisas de Cilindro.
Porém, o primeiro passo para o conhecimento do comportamento destes
componentes nestas condições de operação é caracterizar quais os tipos de desgaste que são
impostos as Camisas de Cilindro, a saber:
- Desgaste Abrasivo;
- Desgaste Tribo-químico;
- Scuffing;
2.7.1 Desgaste abrasivo
Existem situações propícias para a ocorrência do desgaste abrasivo, e que são
facilmente compreendidas quando se visualiza, por exemplo, partículas em suspensão no óleo
lubrificante advindas da admissão do motor (trabalho em regiões arenosas, com muito
particulado em suspensão no ar que será admitido para o motor), filtro de ar ineficiente ou
inexistente e até mesmo ciclos de operação específicos, como o trafego em canaviais. Outra
hipótese pode ser atribuída aos picos de brunimento quebrados logo após o amaciamento, que
continuam em suspensão no óleo lubrificante e que podem ocasionar desgaste abrasivo.
56
De acordo com Lyman, o desgaste abrasivo ocorre pela ação de partículas duras e
protuberantes, pressionadas e deslizando sobre as superfícies, podendo ocorrer entre dois
corpos ou três corpos.
No caso do desgaste abrasivo entre dois corpos, uma das superfícies de um dos
corpos possui partículas duras e protuberantes, ocasionando, com o trabalho e regime do
motor, o desgaste por �retirada de material�.
Ainda conforme o Metals Handbook, no caso do desgaste abrasivo entre três
corpos, as partículas duras estão livres para rolar e deslizar livremente por entre as duas
superfícies. A taxa de desgaste teoricamente é menor neste cenário, porém é necessária neste
caso além da dureza das partículas, uma considerável rugosidade por parte do material de
maior resistência.
Na figura 32 vê-se a representação esquemática do desgaste abrasivo de dois
corpos (a) e de três corpos (b), com as partículas abrasivas no centro dos dois corpos em
movimentos contrários.
Figura 32 - Representação esquemática do desgaste abrasivo de dois corpos e de
três corpos.
O desgaste abrasivo no cilindro ou camisa pode ser provocado por um processo
de microcorte, por fadiga ocasionada pelo microsulcamento ou então por microlascamentos,
no caso da superfície ser frágil, como descrito na figura 33.
a) b)
57
Figura 33 � Desgaste por microsulcamento e microlascamento (Vatavuk, 1994)
As figuras a seguir mostram um risco, provocado por material abrasivo. No caso
da figura 34, o risco passa por um carboneto de nióbio sem ruptura. Já na figura 35, o risco
para no carboneto de nióbio.
Figura 34 � Risco passando por carboneto de nióbio sem ruptura (Vatavuk, 2003).
58
:
Figura 35 � Risco parando em carboneto de nióbio sem ruptura (Vatavuk, 2003)
Dentro do tema desgaste abrasivo, tem-se a abrasão primária, caracterizada por
possuir maior responsabilidade pelo desgaste dos motores de combustão interna, e a abrasão
secundaria. No primeiro caso pode-se exemplificar com as partículas de metal duro, vindas
ou do desgaste adesivo ou de uma superfície de maior dureza. No segundo caso, têm-se as
partículas oriundas da atmosfera e aspiradas pelo motor.
2.7.2 Desgaste tribo químico
O desgaste tribo químico tem um fator adicional contribuindo para a ocorrência
do desgaste: uma reação química.
Como citado anteriormente, este tipo de desgaste pode ser exemplificado como o
que pode ocorrer com motores ciclo diesel, principalmente os submetidos a óleo diesel de alto
enxofre e óleo lubrificante de baixo TBN. A figura 36 mostra um típico desgaste tribo-
químico na superfície de uma camisa de cilindro.
59
100µm
Figura 36 � Superfície de trabalho 30mm abaixo do PMS para diesel com alto teor
de enxofre e óleo lubrificante com baixo TBN - 100X. (Vatavuk, 2003)
De acordo com Vatavuk (2004), a abrasão secundária pelo processo corrosivo
pode ocorrer devido à geração de partículas (arrancamento da esteadita � Fosfeto de Fe), pelo
anel no cilindro e vice versa.
A umidade presente no ar atmosférico (H2O) pode condensar e reagir com o
enxofre, formando ácido sulfúrico (H2SO4), existindo então a condição corrosiva no sistema.
Outra possibilidade de ocorrência deste tipo de desgaste dá-se quando a
temperatura de trabalho de um motor permanece abaixo da prevista em projeto, como por
exemplo, em percursos diários muito curtos de utilização, onde a temperatura média do óleo
lubrificante permanece abaixo de 70ºC, ou então pela retirada da válvula termostática do
motor, que faz o controle dos estágios de aquecimento do líquido de arrefecimento e que é
freqüentemente retirada por usuários finais visando uma temperatura de trabalho mais baixa,
pode haver a ocorrência de desgaste químico, resultante dos produtos condensados resultantes
da combustão. Nota-se, porém, que a própria evolução dos motores a combustão interna
elevou a temperatura média de trabalho, diminuindo muito a condição para a ocorrência deste
fenômeno.
60
Como já comentado, nestes casos, o desgaste está na maioria das vezes confinado
no PMS, onde há a inversão de velocidade do pistão, o que pode levar a uma depressão ou
�calo�, com polimento acentuado, conforme descrito na figura 37.
Figura 37 � Esquematização do desgaste localizado próximo ao PMS dos anéis de
primeiro canalete nas superfícies do cilindro.
Quando a formação de substâncias corrosivas (resíduos ácidos da combustão)
ultrapassa determinado volume, a alcalinidade do óleo não é mais capaz de neutralizá-la.
Nestas condições, os valores médios de desgaste podem chegar de duas a cinco vezes acima
do desgaste normal, com picos a 10% do curso do pistão partindo do PMS até os anéis de
primeiro canalete. A figura 38 mostra um desgaste no PMS de uma camisa de um motor de
ciclo diesel com cerca de 1x106 Km rodados.
61
Figura 38 � Desgaste no PMS de uma camisa de um motor com 1x106 Km
rodados 50x o calo possui quase 1mm de profundidade (Vatavuk, 2003)
2.7.3 Scuffing
No caso do desgaste adesivo em camisas de cilindro, este está muito relacionado à
transferência de material de forma macroscópica, entre o anel e o cilindro, principalmente.
Quando este mecanismo de desgaste atinge proporções catastróficas pode ocorrer o
travamento do motor, o que normalmente é denominado como �scuffing�.
A figura 39 a seguir mostra a representação esquemática da formação de partícula
durante o desgaste adesivo.
Figura 39 - Representação esquemática da formação de partícula durante o
desgaste adesivo (Vatavuk, 1994)
62
Como já mencionado anteriormente, os mecanismos de desgaste são de forma
freqüente baseados em gráficos obtidos por técnicas metrológicas, não sendo a fiel
representação da topografia real das superfícies atritantes.
O desgaste adesivo é mais freqüente no caso de atrito seco, com superfícies de
contato metálicas. As figuras 40 e 41 mostram um �scuffing� severo em uma camisa e um
anel, respectivamente.
Figura 40 � �Scuffing� em camisa ocorrido durante o amaciamento
Figura 41 � �Scuffing� severo em anel de pistão (Vatavuk, 1994)
63
Segundo Hitosugi (2001), o �scuffing� costuma ocorrer na região alta dos
cilindros, em função também da lubrificação mais crítica nesta área, e quando iniciado, tende
a propagar-se para as partes mais baixas do cilindro também. Em motores com este tipo de
desgaste, sente-se aumento substancial de consumo de óleo e blow-by, contaminando o óleo
do cárter, piorando exponencialmente a anomalia.
O desgaste em uma camisa de cilindro decorrente de outros componentes
correlatos ao sistema tribológico ao qual pertence, tais como pistões, anéis, bielas e até
mesmo bronzinas, seja com especificações de material, dimensional, de projeto ou produção
que estejam fora dos padrões estabelecidos para um bom funcionamento do conjunto, e que
venham a afetar negativamente a integridade das camisas de cilindro não serão objetos deste
estudo, uma vez que tais componentes deveriam ser estudados separadamente neste caso.
Conforme Vatavuk, em geral, nos motores a combustão interna, as taxas de
desgaste normais possuem valores da ordem de 0,01 a 0,1ìm por hora de funcionamento a
plena carga.
64
2.8 ESTRUTURAS METALOGRÁFICAS DAS CAMISAS DE CILINDRO
A fundição é o processo de fabricação onde, no caso de um metal ou liga metálica
em estado líquido, este é vazado em um molde com o formato e as medidas correspondentes
aos da peça final a ser produzida.
No caso das camisas de cilindro, existem alguns processos de fundição que podem
ser utilizados em sua manufatura, tais como shell molding, cold box, centrifugação, entre
outros. Este estudo está concentrado apenas em componentes produzidos por fundição
centrifuga.
2.8.1 Centrifugação
O processo mais comum para obtenção de camisas de cilindro em ferro fundido é
a centrifugação, onde uma coquilha tubular em aço gira sobre mancais cilíndricos
(centrifuga), como pode ser visualizado na figura 42 Após o vazamento do metal líquido na
coquilha, há um ciclo de centrifugação (1500rpm) que pode levar de dois a três minutos,
incluso aí o resfriamento das coquilhas através de água. Como a força centrifuga obriga o
metal a ir para a parede interna da coquilha, o resultado é um tubo de ferro fundido de textura
compacta, como pode ser visto na figura 43, que depois de usinado, dará origem as camisas
de cilindro.
Figura 42 � Máquina centrifuga
65
Figura 43 � Tubo centrifugado de ferro fundido cinzento.
2.8.2 Propriedades metalográficas
No caso das camisas de cilindro para motores ciclo Diesel pesados, a utilização de
ferro fundido cinzento com matrizes perlíticas revela-se muito usual.
Segundo Lyman, os ferros cinzentos são classificados em função das suas
propriedades de resistência a tração, e a priori, não devem ser selecionados com base na sua
composição química, pois algumas variáveis de processo podem afetar os valores de
propriedades finais.
Colpaert cita que o carbono é o elemento mais importante neste tipo de ferro
fundido, responsável pela maior parte das propriedades mecânicas e de fundição. Exceto o
carbono na forma de perlita na matriz, o mesmo está presente como grafita em forma de
veios.
O elemento silício atua como forte grafitizante tanto na solidificação como nas
transformações no estado sólido, e por isso favorece a formação da grafita na solidificação, e
de ferrita nas transformações no estado sólido.
Já o manganês tem como função neutralizar o enxofre, evitando a formação de
sulfeto de ferro. Em excesso, age como promovedor de carbonetos na solidificação e de
perlita na reação eutetóide.
66
O enxofre é uma impureza que deve ser contrabalanceada pelo manganês, para
que não ocorram sulfetos de ferro de forma a segregar-se nos contornos das células euteticas.
O fósforo costuma formar a esteadita, mesmo em teores baixos, o que pode
prejudicar as propriedades desejadas para o ferro.
De acordo com Santos, a adição de molibdênio ou vanádio tende a aumentar a
resistência a tração, a dureza e o módulo de elasticidade.
Já o titânio, ao ser adicionado ou de forma residual, atua como grafitizante em
baixos teores e como estabilizados de carbonetos em teores mais elevados.
Na interpretação das estruturas que se deseja obter com os ferros fundidos, deve-
se recorrer ao diagrama Fe-C descrito na figura 44.
Figura 44 � Diagrama Fe-C
67
O diagrama de equilíbrio acima corresponde a uma liga binaria Fe-C apenas.
Porém os ferros fundidos comercialmente aplicados não são de fato ligas binárias, pois neles
estão sempre presentes elementos residuais devido aos diferentes processos de fabricação, tais
como fósforo, enxofre, silício e manganês. A presença destes elementos em teores normais
pouco afeta o diagrama.
No diagrama de equilíbrio, as várias transformações ocorrem a temperaturas
determinadas, dependentes da composição e ocorrem no equilíbrio. Portanto, são
transformações que ocorrem com resfriamento muito lento e em temperaturas determinadas.
Para resfriamentos muito rápidos e portanto fora do equilíbrio, deve-se utilizar
diagramas TTT � tempo, transformação e temperatura, para determinar o comportamento de
determinada liga no resfriamento. Para cada composição de liga haverá um diagrama TTT
específico, como exemplificado na figura 45.
Figura 45 � Exemplo de diagrama TTT
68
20 µm
O molibdênio adicionado no ferro fundido cinzento, além das propriedades já
citadas, tem ainda o efeito de deslocar a curva de perlita para o lado direito do gráfico
exemplificado acima, promovendo a estrutura bainítica..
Para fins práticos, a estrutura de um ferro fundido pode ser interpretada com base
no Carbono Equivalente ou CE, ou seja, como o silício atua de forma semelhante ao carbono,
mas com um poder cerca de três vezes menor, pode-se numa primeira aproximação afirmar
que o carbono equivalente é igual ao teor de carbono mais um terço do teor de silício, isto é;
Ce = (%C) + 1/3 (%Si)
Na figura 46 a seguir tem-se uma típica microestrutura de uma camisa de cilindro,
sendo constituída por perlita (seta 1), esteadita (seta 2) e grafita (seta 3)
Figura 46 � Microestrutura de uma camisa de cilindro em ferro fundido cinzento �
500x.
3
2
1
69
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAL
O material proposto doravante denominado material B, foi produzido a partir de
uma liga de composição química apresentada na tabela 2.
Tabela 2 � Composição química média do material proposto B (% em peso)
.Ceq 3,52 P 0,037 Ni 1,46 C 2,9 S 0,017 Mo 1,32 Si 1,82 Cu 0,063 V 0,155 Mn 0,18 Cr 0,031 Nb 0,17
O exame da tabela anterior indica a presença, além dos elementos químicos
comuns aos ferros fundidos cinzentos como carbono e silício, a presença de molibdênio e
níquel. A adição destes dois elementos é proposital e busca a obtenção de uma estrutura
bainítica de fundição. O material proposto leva também em sua composição química
elementos de liga formadores de carbonetos do tipo MC (Nb, V e Ti), com a finalidade de se
aumentar a resistência ao desgaste, como já conseguido anteriormente através desta adição em
outros materiais para camisas baseados em estrutura perlítica (Vatavuk, 1995). No passado,
um conceito similar foi também utilizado em anéis de pistão em ferro fundido nodular, porém
neste caso através da adição de um único elemento formador de carbonetos do tipo MC, o
nióbio.
A grafitização deste componente na superfície de trabalho com os anéis de pistão
se enquadra como predominantemente do tipo D e E, tamanho 5.
70
A estrutura bainitica é em geral constituída por plaquetas de ferrita, que pode
conter em seu interior carbonetos precipitados, mas cuja reação não se completa, restando
uma apreciável quantidade de austenita que não se transformou denominada de austenita
estabilizada. Esta fase quando presente em componentes submetidos a temperaturas
relativamente baixas (da ordem de 100°C a 200°C), pode continuar a se transformar impondo
deformações inaceitáveis ao componente.
Esta estrutura deve ser estabilizada através da decomposição total da austenita,
com de tratamentos térmicos conduzidos em temperaturas típicas de alivio de tensões para
camisas, ou em alguns casos, um pouco mais acima para se reduzir a dureza final, com o
objetivo de facilitar as operações de usinagem.
Neste estudo foram realizados tratamentos isotérmicos com determinação da
dureza, para se ter a melhor temperatura para condições de fabricação do componente. As
temperaturas escolhidas e o ciclo de tempo de tratamento podem ser visualizados no gráfico
da figura 47 a seguir. A temperatura de tratamento utilizada neste estudo foi de 680oC, e a
variação máxima ficou dentro de 10oC.
Figura 47 � Ciclo de tratamento térmico em forno à indução.
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
0 20 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
Tem
pe
ratu
ra (
oC
)
Tempo (min.)
71
O ciclo observado na figura anterior mostra inicialmente um resfriamento, o que
ocorre por ocasião do carregamento do forno com a massa relativamente elevada de camisas
(cinqüenta peças), pesando cada uma por volta de três quilos.
O material com o qual se estabeleceu a comparação da liga proposta se constitui
em um ferro fundido cinzento de matriz perlítica, considerado de elevado desempenho
quando se pensa na resistência ao desgaste. Para este estudo foi denominado material P.
A composição química desta liga está apresentada na tabela 3.
Tabela 3 - Composição química media (% em peso)
.Ceq 4,2 P 1,52 C 3,45 S 1,12 Si 2,25 Cu 1,0 Mn 1,65 Cr 0,8
O exame da tabela anterior indica composição química típica de ferros fundidos
cinzentos.
A estrutura da matriz ferrosa deste material é a perlitica, que se constitui de
lamelas de ferrita e cementita justapostas. A grafitização deste componente se enquadra como
predominantemente do tipo A e tamanho 4 a 6, conforme ASTM A 247
Tanto o material proposto quanto o convencional foram submetidos a testes de
dureza utilizando a escala Brinell (carga de 187,5 kgf e esfera de 2,5mm de diâmetro), sendo
que para o material B, a dureza foi da ordem de 290HB e no caso do material perlítico (P), a
dureza ficou por volta de 250HB.Para as duas ligas as medidas de dureza apresentaram desvio
padrão inferior a 5 % da média.
72
Foram também extraídos corpos de prova para ensaio de tração obedecendo à
norma ASTM A370, com a finalidade de se determinar a resistência à tração do material
convencional e da liga proposta estabelecendo assim uma comparação entre as duas.
O processo de fundição utilizado foi o centrifugo para as duas ligas, mantendo-se
as mesmas condições de ciclo e rotação de maquina.
Os pistões e anéis de pistões com os quais trabalharam os cilindros correspondem
a materiais de linha e foram mantidos constantes em todas as montagens. Os pistões eram em
liga de alumínio silício (Al-Si) eutética e os anéis em ferro fundido, sendo o anel de primeiro
canalete nodular e o de segundo canalete e de óleo em ferro fundido cinzento. O revestimento
utilizado nos três anéis foi o cromo eletrolítico, com dureza típica da ordem de 1000 HV.
73
3. 2 CONDIÇÕES IMPOSTAS NO ENSAIO DINAMOMÉTRICO
As camisas de cilindro com o material proposto e o convencional foram ensaiadas
utilizando-se um motor de ciclo diesel de seis cilindros em linha, com potência de 146kw,
obedecendo a uma montagem a partir da bomba de água, que reduzisse diferenças em termos
de solicitação, valendo, no entanto salientar que uma das peças com material proposto foi
instalada em posição mais distante da bomba de água, exacerbando as condições tribológicas
de solicitação no motor, uma vez que quanto maior a distância da bomba de água,
teoricamente maior a temperatura do líquido de arrefecimento e consequentemente, a da
camisa de cilindro. A figura 48 apresenta o esquema de montagem das camisas no bloco,
sendo que os cilindros com numeração na cor azul e precedidos pela letra B são os que
receberam camisas com o material proposto.
Figura 48 � Desenho esquemático de montagem das camisas no bloco.
O ensaio dinamométrico realizado foi a plena carga, já que este motor
originalmente é destinado a aplicação estacionária, com acréscimo de potência de 27,4%
(186Kw), conseguido através de um maior torque, para a mesma rotação no ensaio
dinamômétrico, durante 500 horas.
74
Com a finalidade de se conseguir determinações de desgaste em cilindros, que de
uma maneira geral precisam de testes muito longos para apresentar desgaste apreciáveis,
buscou-se aumentar a solicitação tribológica através do uso de óleo lubrificante de baixa
eficiência (Especificado pelo fabricante segundo a denominação SAE 15W40 API CH4 e
utilizado conforme SAE 40 API CF), além de combustível de baixa qualidade, com diesel
com o maior teor de enxofre disponível no mercado (0,5% máximo), enquanto o normalmente
encontrado em regiões metropolitanas consiste em 0,1% máximo.
75
3.3 METODOLOGIA PARA DETERMINAÇÃO DO DESGASTE EM CAMISAS E ANÉIS
Para as camisas de cilindro, utilizou-se apenas o critério de área polida e uma
determinação não padronizada, obtida pela superfície com aparência de polida, denominada
de área polida aparente. O desgaste localizado na região do cilindro próxima ao ponto morto
superior dos anéis de primeiro canalete não foi utilizada, visto que este desgaste não ocorreu.
A determinação do percentual de área polida padronizada pelo critério interno da
fabricante das camisas de cilindro (Cofap 1989) segue a seguinte metodologia:
- Visualizar a região polida, que se diferencia da não polida pela isenção total ou parcial dos
riscos de brunimento;
- Demarcar ponto a ponto na superfície de trabalho da região polida em relação a região não
polida, sendo que o ponto de separação entre as duas situações é o primeiro risco sem
cruzamento com outro risco (na região de brunimento);
- O percentual de área polida é obtido conforme expressão abaixo:
AP% = Área med.
(Ë x Ø) x L
Onde:
AP% = Percentual da área polida medida.
Área med. = Área medida pela metodologia exposta acima.
Ø = Diâmetro interno da camisa de cilindro
L = Distância entre o PMI do anel de óleo e o PMS do anel de compressão.
Os critérios de determinação desta área podem sofrer outras padronizações dependendo do
fabricante da camisa de cilindro ou do motor.
76
O desgaste dos anéis de pistão foi obtido primeiramente medindo-se as dimensões
iniciais como espessura radial antes e após a realização do teste, com a utilização de um
paquímetro. A diferença corresponde ao desgaste na espessura radial, visualizada na figura
49.
Figura 49 � Esquema da localização da espessura radial em um anel de pistão.
Outra medida de desgaste utilizada foi a folga entre pontas, também com a
utilização de um paquímetro, conforme dimensões visualizadas na figura 50 a seguir. Para
tanto se determinou a folga entre pontas inicial, e após a realização do teste dinamométrico.
Figura 50 � Visão geral das dimensões principais do anel de pistão.
Teoricamente a medida de variação de folga entre pontas após o teste deve
guardar relação com a variação da espessura radial segundo a seguinte expressão:
77
∆GAP = 2Ë x ∆RAD
Onde:
∆gap = variação da folga entre pontas
∆rad = variação da espessura radial
78
10 µm
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A microestrutura bruta de fusão da liga proposta pode ser vista na
fotomicrografia apresentada na figura 51.
Figura. 51 - Microestrutra constituída por bainita superior. As setas indicam a austenita
estabilizada � 1000x - Ataque nital.
O exame da figura anterior mostra que a estrutura bruta de fusão da liga proposta
é predominantemente bainítica, o que está de acordo com o exposto anteriormente sobre o
efeito da adição de elementos de liga, principalmente o molibdênio, aumentando a
temperabilidade em termos de perlita.
A adição de elementos de liga formadores de carbonetos do tipo MC, a saber,
nióbio, titanio e vanádio, promoveu a precipitação de carbonetos observada na figura 52.
79
10 µm
Figura 52 �. Setas indicam os carbonetos tipo MC. 1000X � Sem ataque
De acordo com Vatavuk, apesar de não identificadas neste estudo através de
técnicas metalográficas mais sofisticadas, como a microscopia eletrônica de varredura,
resultados apresentados na literatura, permitem inferir que as partículas apontadas na figura
anterior possam ser classificadas como carbonetos do tipo MC. A morfologia destes
carbonetos é mista entre compacta e escrita chinesa, indicando um efeito parcial da adição de
titânio, cuja principal finalidade é a de evitar a morfologia tipo escrita chinesa.
Com a finalidade de estabilizar a estrutura para aplicações de camisas de cilindro,
foram realizados tratamentos isotérmicos nas temperaturas apontadas na técnica experimental
(página 70), produzindo microestruturas típicas como a observada na figura 53.
80
10 µm
Figura 53 � Material revenido a 680 oC 3h � 1000X � Ataque nital � Matriz Bainítica
O exame da figura anterior indica ao nível de inspeção empregado neste estudo, o
total desaparecimento da austenita estabilizada apontada pelas setas da figura 51.
Uma propriedade de extrema relevância quando se pensa no desenvolvimento de
novas ligas para a fabricação de camisas, além do comportamento tribológico e a estabilidade
térmica, é a resistência mecânica. Esta deve ser pelo menos mantida, ou até mesmo
aumentada. A tabela 4 apresenta os valores de resistência obtidos em corpos de prova do
material proposto e convencional, com matrizes bainítica e perlítica
81
Tabela 4 � Resultados de Ensaio de tração, para a liga proposta e convencional.
Amostra Material Resistência à tração
(psi) MPa 20 46406 21 42514 22 44211 23 41808 24 44716 26
Perlítico
44715
Média 44062 304 32 76181 33 73808 34 69232 35 71582 36 68231 37
Bainítico
67734
Média 71128 491
Os resultados da tabela anterior indicam uma superioridade em termos de
resistência mecânica para a liga proposta, com aumento da ordem de 60 % da resistência a
tração. A melhora da resistência mecânica guarda forte relação com o melhor comportamento
da estrutura bainítica em relação à perlítica, porém outro fator que pode ter colaborado com
este resultado diz respeito à grafitização mais fina observada na liga proposta em relação ao
material convencional.
Esta característica do material proposto é positiva, principalmente lembrando-se
que de uma maneira geral as condições de funcionamento dos motores vêm aumentando a
solicitação mecânica de seus componentes, com particular atenção para as camisas de
cilindro, nas quais as pressões de trabalho podem atingir valores da ordem de 200 atm de
pressão, conforme mencionado na introdução.
Outro fator que deve ser levado em consideração diz respeito às linhas de
montagem altamente automatizadas, quando frequentemente ocorrem falhas durante a
82
preparação das maquinas. Neste caso um material mais resistente pode reduzir o numero de
peças falhas na produção global.
Ao final de 500 horas de teste, após as camisas terem sido extraídas, estas foram
submetidas a uma série de ensaios metrológicos, como circularidade e cilindricidade, que
correspondem a importantes medidas geométricas no funcionamento global dos sistemas
cilindro, pistão e anéis de pistão, no que se refere à consumo de óleo lubrificante e a
passagem de gases da câmara de combustão para o cárter (blow-by), que devem ser mantidos
em valores mínimos para atendimento da moderna legislação de leis de emissões.
A tabela 5 apresenta estes resultados, através dos quais se pode dizer que o
material proposto se comportou um pouco melhor do que a liga convencional.
Tabela 5 � Resultados de circularidade e cilindricidade
Cilindricidade Circularidade
Cil Camisa Material Horas Antes (µm)
Depois (µm) Dif. Antes
(µm) Depois (µm) Dif.
1 5B B 3,68 12,51 71% 2,26 9,05 75% 2 1P P 2,86 20,82 86% 1,93 14,31 87% 3 4B B 3,69 18,36 80% 1,64 15,85 90% 4 2P P 2,83 14,73 81% 1,68 11,85 86% 5 6B B 5,15 18,12 72% 1,42 9,41 85% 6 3P P
500
3,85 13,14 71% 1,27 11,49 89%
As medidas de rugosidade foram realizadas 30 mm abaixo do PMS dos anéis de
primeiro canalete, e os valores obtidos podem ser consultados na tabela 6.
83
Tabela 6 � Valores médios de rugosidade
Ra Rz Rk
Cil Camisa Material Horas Antes (µm)
Depois (µm) Dif. Antes
(µm) Depois (µm) Dif. Antes
(µm) Depois (µm) Dif.
1 5B B 0,774 0,476 39% 3,518 2,236 36% 1,508 0,390 74% 2 1P P 0,861 0,432 50% 3,964 2,008 49% 2,002 0,368 82% 3 4B B 0,894 0,463 48% 4,268 2,097 51% 1,722 0,371 78% 4 2P P 0,966 0,407 58% 4,245 2,121 50% 1,844 0,290 84% 5 6B B 1,004 0,452 55% 4,549 2,289 50% 1,712 0,423 75% 6 3P P
500
0,936 0,537 43% 4,093 2,627 36% 1,422 0,460 68%
A análise dos resultados da tabela anterior indica um comportamento de variação
da rugosidade um pouco melhor para o material proposto
A tabela 7 a seguir, apresenta os resultados de área polida real e aparente para as
camisas com o material B bainítico e P convencional perlítico.
B P
Área Polida Real (média) 3,33 11,00
Área Polida Aparente (média) 9,33 25,33
Tabela 7 � Área polida em porcentagem
Os valores acima apresentados correspondem a média para três cilindros de cada
material.
O exame da tabela 7 indica uma apreciável diferença em termos de desgaste
medido pela área polida padronizada e a área polida aparente entre as duas ligas. O material
bainítico apresenta desgaste medido pelo método padronizado a um terço do apresentado na
liga convencional, o que atesta a sua capacidade de manter o motor em melhores condições de
funcionamento para atendimento das leis de emissões, quando se pensa nas exigências após
longa kilometragem de uso dos veículos. Vale, no entanto, salientar que o conjunto anéis de
84
pistão e cilindro, se constitui no principal selo contra passagem de óleo para a câmara de
combustão e de gases de combustão para o cárter.
A tabela 8 indica os valores de desgaste do conjunto de anéis que trabalharam
contra os três cilindros convencionais e os três em material proposto.
Tabela 8 - Dimensional dos anéis (medidas em mm)
1ºCanalete 2º Canalete 3º Canalete
Cilindro ÄGAP ÄRAD ÄGAP ÄRAD ÄGAP ÄRAD
1° - Mat. B 0,04 0,012 0,05 0,014 0,05 0,010
2°- Atual P 0,04 0,014 0,02 0,008 0,05 0,006
3° - Mat. B 0,05 0,016 0,08 0,017 0,09 0,008
4°- Atual P 0,05 0,017 0,09 0,020 0,08 0,010
5° - Mat. B 0,08 0,015 0,10 0,024 0,08 0,012
6°- Atual P 0,06 0,017 0,09 0,022 0,11 0,014
O exame da tabela 8 mostra que o desgaste do conjunto de anéis que trabalharam
contra o material convencional e o proposto, é similar, o que permite se dizer que o conjunto
anéis/cilindro levou vantagem em termos de desgaste quando se utiliza a liga proposta,
podendo assim satisfazer as condições severas impostas pelas modernas leis de emissões.
Os resultados da mesma tabela indicam que a relação entre variação da folga entre
pontas e diminuição da espessura radial, não obedece de forma fiel à equação teórica que
relaciona estas duas medidas de desgaste (∆GAP = 2Ë x ∆RAD). Este comportamento guarda
forte relação com a dificuldade em se estimar o desgaste real, em função, por exemplo, do
numero de medidas de espessura, a dificuldade em se encontrar após os testes a região na qual
foi realizada a primeira medição, e ainda a imprecisão metrológica gerada pela geometria da
seção transversal do anel.
85
Destas duas medidas, a mais significativa e menos sujeita a imprecisões é o
aumento da folga entre pontas (∆gap), importante no impedimento do �blow by� e fluxo
ascendente do óleo lubrificante vindo do cárter para o cabeçote do motor.
Quando se desenvolve uma nova tecnologia, ou mesmo como no presente estudo,
quando se propõe a utilização de um novo material como única mudança no projeto, deve-se
sempre considerar o comportamento conjunto dos componentes atritantes, de nada valendo se
melhorar a resistência ao desgaste de uma peça as expensas de um aumento em termos de
desgaste do elemento contra atritante. Assim deve-se buscar a redução do desgaste do
conjunto, ou seja, reduzir o desgaste combinado, condição esta perfeitamente satisfeita pela
troca das camisas em material convencional pela liga proposta de estrutura bainítica contendo
adições de elementos de liga formadores de carbonetos do tipo MC, nióbio, vanádio e titânio.
86
5 CONCLUSÃO
O conjunto de resultados reunidos no presente estudo permite se chegar as
seguintes conclusões:
A estrutura bruta de fusão da liga proposta é bainitica atendendo aos
requisitos propostos no trabalho, indicando o efeito da adição do níquel e principalmente do
molibdênio no aumento da temperabilidade em termos de perlita.
O tratamento isotérmico a 680oC produziu mudanças na estrutura bainitica,
com completa decomposição da austenita estabilizada, pelo menos ao nível de inspeção
empregado neste estudo.
O desgaste dos cilindros estimado pela área polida padronizada foi de 3,33 %
para o material proposto e 11 % para a liga convencional.
O desgaste dos cilindros estimado pela técnica não padronizada de área polida
aparente foi de 9,33 % para o material proposto e 25.33 % para a liga convencional.
A variação da rugosidade dos cilindros a 30 mm do ponto morto superior dos
anéis de primeiro canalete, não apresentou diferenças sensíveis entre os dois materiais.
O desgaste dos anéis que trabalharam contra o material convencional e
proposto foi similar.
O desgaste combinado de anéis e cilindros foi menor no conjunto que
trabalhou com o material proposto, mesmo posicionado mais distante da bomba de água.
87
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CALLISTER, W.D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5 ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2002. p.168-195.
COFAP - Cia. Fabricadora de Peças. Critério de determinação de área polida. Apostila.
Santo André, 1989. DUNAEVSKY, V.;VICK, B. Friction temperature of the piston rings with consideration of
the cylinder wall thickness. SAE technical paper series 2004-01-0612. In SAE WORLD
CONGRESS. Detroit, 2004.
GEEHAN, J.A. Lubrication Engineering. Detroit, 1992
HITOSUGI, H.; KATSUYUKI, N. Study on mechanism of lubricating oil consumption
caused by cylinder bore deformation. SAE technical paper series 960305. In
INTERNATIONAL CONGRESS AND EXPOSITION. Detroit, 1996.
HUTCHINGS, I.M. Tribology, friction and wear of engineering materials. 2 ed. Cambridge:
Department of Materials Science and Metallurgy University of Cambridge, 1992.p 5-115
ISHIZUKI, Y.; SAITO, Y.; TAKASE, K. Effect of cylinder liner wear on oil consumption in
heavy duty diesel engines. SAE technical paper series 810931. Tokyo, 1992.
LYMAN, T. Metals handbook. 8 ed. Ohio: American society for metals, 1961.p 225-280,
349-365.
POLATI, E.S. Análise da perda de potência de um motor. Apostila. Power Burst. São Paulo,
2008. SANTOS, A.B.S.; BRANCO,C.H.C. Metalurgia dos ferros fundidos cinzentos e nodulares.
Publicação n°1100.São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo �
IPT, 1977.
SZWARC, A. Status da qualidade dos combustíveis para atendimento ao Proconve. In III ENCONTRO INTERNACIONAL AFEEVAS � Associação dos fabricantes de equipamentos
para controle de emissões veiculares da América do Sul. Brasilia, 2004 TOMANIK, E. Liner honing quality main characteristics. SAE technical paper series
21453E. In MOBILITY TECHNOLOGY CONFERENCE & EXHIBIT. São Paulo, 1992.
VATAVUK, J. Material com elevadas propriedades mecânicas. Relatório do Centro de
Desenvolvimento de Materiais de Camisas � Magneti Marelli Cofap, 2003.
VATAVUK, J. Benchmark � Desgaste de camisas em motores diesel pesados. Relatório do
Centro de Desenvolvimento de Materiais de Camisas � Magneti Marelli Cofap, 2004.
88
LITERATURA ADICIONAL
CBT Cia. Brasileira de Tratores. Manual de motores. São Paulo, 1990
COFAP � Cia. Fabricadora de Peças. Clínica técnica: Corrosão, escamas e cavitação em
camisas de cilindro. Apostila. Santo André,1989.
COFAP � Cia. Fabricadora de Peças. Manual doutor em motores. Santo André,1997.
COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 3 ed. São Paulo: Edgard
Bluncher, 1974.
CONCAWE. Advanced combustion engines for low emissions and high efficience. Artigo
científico, 2008
Disponível em:
http://www.concawe.org/DocShareNoFrame/docs/5/ALELKAGBFFGJBOOFKMAPJJOM5J
W3P3XT5G4OHNVC1T46/CEnet/docs/DLS/CR172-HCCI_test_programme-2008-04043-
01-E.pdf . Acesso em 13 jun 2009.
CONCAWE. Particle emissions from modern emissions. Artigo científico, 2008
Disponível em:
http://www.concawe.org/DocShareNoFrame/docs/6/ALELKAGBFFGJBOOFKMAPJJOM5J
W3P3K84DA66NQHUN9Y/CEnet/docs/DLS/CR172-PM_emissions-2008-04044-01-E.pdf
Acesso em 13 jun 2009.
CUMMINS Brasil. Evolução de Tier 1 a Tier 4.In XVI SIMEA - SIMPÓSIO
INTERNACIONAL DE ENGENHARIA AUTOMOTIVA, São Paulo, 2008. DANA � Divisão Perfect Circle. Anéis de pistão. Apostila Gravataí, 2005.
DANA � Divisão Perfect Circle. Manual Dana de montagem de motor. Osasco, 2003.
DANA � Divisão Perfect Circle. Metrologia aplicada a anéis de pistão. Apostila Gravataí,
2005.
DEMARCHI, V.; WINDLIN, F.L. Improvement in the compatibility between the wear rates
of top ring and liner materials. SAE technical paper series 970833. In INTERNATIONAL
CONGRESS & EXPOSITION. Detroit, 1997.
GEEHAN, J.A. A literature review of the effects of piston ring friction and lubrication oil
viscosity on fuel economy. SAE technical paper series 780673E. Detroit, 1978.
HILL, S.H.; NEWMAN, B.A. Piston ring designs for reduced friction. SAE technical paper
series 841222.In PASSENGER CAR MEETING DEARBORN. Dearborn, 1984.
JOHNSON, T. Update on diesel exhaust emission control technology and regulations. In
DIESEL ENGINE EMISSIONS REDUCTIONS CONGRESS. San Diego, 2004.
89
KAZUNORI, M.; NIITSU, Y. Analysis of dry cylinder liner behavior during engine
operation. SAE technical paper series 960059. In INTERNATIONAL CONGRESS AND
EXPOSITION. Detroit, 1996.
KRISHNAN, R.; TARABULSKI, T.J. Economics of emission reduction for heavy duty
trucks. Artigo científico, 2005
Disponível em:
http://www.dieselnet.com/papers/0501krishnan/ Acesso em 13 jun 2009.
KS Kolbenshmidt Pierburg � KS Pistões. Análise de falhas em pistões. Nova Odessa, 2002.
LOENNE, K.; ZIEMBA, R. The Goetze cylinder distortion measurement system and the
possibilities of reducing cylinder distortions. SAE technical paper series 880142. In
INTERNATIONAL CONGRESS AND EXPOSITION. Detroit, 1988.
MITUTOYO, Catálogo de equipamentos. São Paulo, 2009 MUNRO, R. Blow-By in relation to piston and ring feature. SAE technical paper series
810932. Detroit, 1981.
POLATI, E.S.; VATAVUK, J. Estudo introdutório para adequação de dados para o uso de
ferramentas de engenharia no caso de ferros fundidos cinzentos de matriz perlítica SAE
technical paper series 2006-01-2583. São Paulo, 2006.
POLATI, E.S.; VATAVUK, J. Performance of a test procedure for heavy-duty diesel engines
in order to mimic accelerated conditions of liners deterioration. SAE technical paper series
2006-01-2584. In XV Congresso e Exposição Internacionais de Tecnologia da Mobilidade
SAE. São Paulo, 2006.
RIKEN, Piston ring museum. Disponível em: http://www.riken.co.jp/e/piston/index.html. Acesso em: 13 de jun. 2009
SCANIA Latin America. Descrição de funcionamento motores 11, 12 e 16 litros. Apostila
01:03-01.São Bernardo do Campo, 2003.
SHELL. Automotive cranckcase lubricants. Apostila. Haia, 2003.
SRIVASTAVA, D.K.; AGARWAL, A.K. Experimental investigations on the effect of liner
surface properties on wear in non-firing engine simulator. SAE technical paper series 2004-
01-0605. In SAE WORLD CONGRESS. Detroit, 2004.
VATAVUK, J.; DEMARCHI, V. Configurações e materiais para anéis de óleo para atender
as novas exigências dos motores de combustão interna. SAE technical paper series 921451P.
In CONGRESSO E EXPOSIÇÃO INTERNACIONAIS DE TECNOLOGIA DA
MOBILIDADE. São Paulo,1992.
90
VATAVUK, J.; DEMARCHI, V. The effect of the addition of hard particles on the wear of
liner and ring materials running with high sulfur fuel. SAE technical paper series 950527.
São Paulo, 1995.
VATAVUK, J.; GOLDENSTEIN,H. Aços hadfield contendo carbonetos de niobio e titânio.
ABN, Coppe (UFRJ).In SEGUNDO ENCONTRO DE TECNOLOGIA E UTILIZAÇÃO
DOS AÇOS NACIONAIS. Rio de Janeiro, 1987. P.151-159
VATAVUK, J.;MARIANO, J. Wear resistant nodular iron for piston rings. Journal of
Metals. United States, 1992. P13-14
VATAVUK, J. Mecanismos de desgaste em anéis de pistão e cilindros de motores de
combustão interna. Tese (Doutorado em Engenharia Metalúrgica) � Universidade de São
Paulo, 1994
91
ANEXO A � FOTOGRAFIAS DAS CAMISAS DE CILINDRO TESTADAS
Camisa de cilindro 1 após teste
Camisa de cilindro 2 após teste
Camisa de cilindro 3 após teste
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Camisa de cilindro 4 após teste
Camisa de cilindro 5 após teste
Camisa de cilindro 6 após teste
93
ANEXO B � FOTOGRAFIA DO MOTOR TESTADO
Bloco do motor testado
Cabeçote do motor testado
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