Ciclo teórico (Introdução)

Quero iniciar uma série(bem curta) sobre os quatro tempos dos motores diesel.
 Dentro das minhas expectativas pretendo esclarecer sobre cada tempo e a ação da mistura comburente/carburante(ar/combustível), comportamento térmico em relação a dilatação e aquecimento dos componentes do conjunto.
Como pode ser observado na figura acima em um motor 4 tempos cada tempo é dividido em 180°(meia volta). Estes graus referem-se ao movimento giratório da árvore de manivelas.
Se Condirarmos os graus percorridos pela árvore de comando de válvulas a relação será sempre a metade em relação a árvore de manivelas(virabrequim), ou seja, uma relação 2:1
A soma total dos quatro tempos deve sempre ser concluido em duas voltas do virabrequim, totalizando 720°do mesmo.

Este raciocínio deve ser estendido aos motores de mais quantidades de cilindros.

 Neste caso em um motor 6 cilindros o ciclo, ou seja, os quatros tempos continuam sendo realizados em 720°, a diferença será que ao invés de haver uma detonação a cada 90° do comando de válvulas como num motor 4 cilindros, ela se dará a cada 60° do comando de válvulas.


Ciclo teórico: É dado esse nome ao exercício de execução de 4 tempos num cilindro, considerando que cada tempo dure 180°. Mas na verdade isso existe apenas para fins de ilustração, porque não necessariamente o movimento de subida e descida do pistão vai retratar o que de fato está acontecendo no interior do cilindro. (posteriormente falaremos detalhadamente sobre o porque desta afirmação)
Todavia para fins de ilustração e até mesmo raciocínio a compreensão do ciclo teórico ajudará a entender e até diagnosticar avarias.

"SAE, API" e outras informações sobre lubrificação

Todo conjunto móvel depende de lubrificação afim de reduzir os atritos e arrefecer as superfícies dos materias. 

Esta afirmativa é uma incontestável verdade da mecânica. Todavia para aplicação de um fluido lubrificante deve ser considerado algumas características do óleo a ser empregado. 

Para fim de classificação dos lubrificantes foram instituidas algumas organizações que classificam os fluidos. Estas classificações são estampadas nas embalagens dos lubrificantes, dando assim a entender o tipo e aplicação de cada fluido. Vejamos alguns exemplos:

SAE: Society of Automotive Engineers(Sociedade Americana de Automotores). A classificação SAE se reporta unicamente a capacidade de viscosidade de cada óleo. 

Viscosidade pode ser definido como resistência ao escoamento. Ou seja, quanto maior o tempo de demora de um óleo para escoar mais viscoso ele é. 

Dentro da classificação SAE há uma característica principal a ser considerada. O comportamento do fluido em relação a temperatura.Se um óleo se comporta de modo variado em relação a diferentetes faixas de temperaturas este é um óleo multiviscoso. Se ele mantém a sua faixa de viscosidade independente da temperatura ele é um óleo monoviscoso.

 Pondo de forma bem prática em um óleo multiviscoso 15w40 o primeiro número(15w) indica a viscosidade do óleo no frio ou motor parado(w, indica winter = inverno). Quanto menor esse número mais facilidade o óleo terá de vencer a inercia do motor e garantir uma lubrificação mais rápida.

Em contra partida se ao atingir a temperatura de trabalho o óleo manter esses valores de viscosidade o motor perderá em lubrificação pois a velocidade e temperatura de trabalho do motor demandam um óleo com características diferentes. Por isso estes óleos multiviscosos atendem uma faixa bem ampla de temperturas.

API: American Petroleum Institute (Instituto Americano de Petróleo)

Se o SAE é classificação do óleo quanto a sua viscosidade, a API é a classificação a qualidade de acordo com a aditivação.

O desempenho do fluido lubrificante é segundo a sua classificação API. 

Para efetuar a classificação é primeiro determinado o tipo de motor a combustão interna que será empregado o óleo. Se for um motor a diesel(que é o nosso foco neste blog) a sigla API será seguida da letra "c" que indica compression(compressão em inglês).

A classificação API não determina só o tipo de motor, mas também sua utilização de acordo com a necessidade de cada motor á diesel. 

Com o avanço tecnológico dos motores os fabricantes de lubrificantes atualizam seus óleos com aditivações diferentes garantindo um fluido que atenda a necessidade de cada motor. Este melhoramento do lubrificante de acordo com sua aditivação é representado pela letra seguinte ao "c" na classificação API, por exemplo: CF, CH.

A aditivação do lubrificante é muito importante pois podem garantir a limpeza, amplitude de viscosidade, controle da produção de espuma, anticongelamento, evitar a oxidação e por consequência evitar a corrosão.

Outras informações sobre lubricação:

Existem diversos tipos de lubricação, São eles: sistema de circulação sob pressão, sistema por salpico e sistema de circulação e salpico.

O tipo de lubrificação empregado é de acordo com a necessidade. Em um motor a diesel 4 tempos cheio de galerias, ranhuras, canaletas e que trabalhe com uma faixa de giro diversa faz-se necessário o emprego de um sistema de lubrificação sob pressão com uma bomba de óleo de engrenagens.

As funções do óleo de motor não se restringem simplesmente a tarefa de garantir o deslocamento suave do êmbolo e evitar atrito. Basta observar um pistão dentro do cilindro. Se considerarmos que o pistão atinge temperaturas de trabalho altissímas, principalmente em sua cabeça, podemos ver que o lubrificante que está numa temperatura inferior, devido ao intercambiador(radiador de óleo) serve de assistente no arrefecimento do pistão, seja pelos jet's oil(injetores de óleo) ou pelo próprio óleo preso as paredes nos brunimentos(ranhuras de 120°que direcionam o óleo na sua lubrificação). Isso conclui que o óleo garantirá não só a vida útil do material por criar uma película protetora, mas também evitará o engripamento do pistão a parede do cilindro por arrefecer o pistão no seu interior pelos jet's e nas sua saia(laterais do pistão). Todavia isso só funcionará se o sistema convencional de arrefecimento estiver em pleno funcionamento.

Outra função do lubrificante(ainda falando do pistão em deslocamento dentro do cilindro) é a de vedação entre os anéis do pistão e a parede do cilindro. 

Os anéis de segmento tem a sua dilatação natural, mas esta dilatação não pode ser igual ao diâmetro interno do cilindro pois haveria engripamento do pistão. Nesse intervalo(espaço muito pequeno) o lubrificante veda as paredes do cilindro afim de que a compressão não escape para a parte inferior do motor. Entretanto este óleo não pode subir para o interior da câmara de combustão por isso o anel trabalha raspando o anel das paredes do cilindro. Por isso a folga de trabalho de óleo e a dilatação do anel deve ser milimetricamente precisa.

O lubrificante ainda possue outras finalidades secundárias como a de redução de ruídos e a de limpeza do motor, amortecimento de impacto e outras mais.

É fundamental a lubrificação do conjunto. Se considerarmos que no momento da partida as partes superiores do motor estão praticamente secas e a marcha lenta convencional de motor a diesel de caminhão é de 700rpm nos podemos calcular que: a cada um minuto o motor da 700 giros, ou seja 700(giros) divididos por 60(segundos) é igual a 11,666; ou seja, a cada segundo o motor da 11,666 voltas (na marcha lenta). Se um óleo demorar 9 segundos para atingir as partes superiores do motor, este motor terá dado 105 voltas sem uma lubrificação adequada. Isto é bem mais grave se nós nos repotarmos a um turbocompressor que gira no mínimo 4 vezes mais que o motor.

A suma disso é que a lubrificação deve ser feita por um óleo adequado segundo a classificação SAE(viscosidades) e a classificação API(tipo de motor e aditivação). Sempre respeitando a vida útil do lubrificante dentro do motor e suas condições de uso.

Sistema SCR

Redução catalítica seletiva, ou simplismente SCR.
Esta é a mais "nova" providência tomada pelas montadoras de motores diesel no Brasil para atender a fase VII do Proconve((Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores) que corresponde ao Euro V(regulamentação na europa).
Os gases da combustão passam pelo agente catalisador depois de receber uma injeção de solução de uréia(diferentes nomes comerciais são dados a esta substância). A amônia produzida pela injeção da uréia reage dentro do catalisador com os gases queimados produzir uma mistura significativemente menos agressiva ao meio ambiente.
O sistema de redução catalítica seletiva não é uma novidade a nível mundial. Já se utilizava em larga escala desde os idos da década de 1980 nos EUA. O Brasil todavia só adotou o SCR para automotores em 2012.
Existem outros métodos  de controles de emissões usados no Brasil em caminhões que atendem ao proconve VII como o sistema de recirculação de gases do escape(EGR). Em poucas palavras: você força a passagem de ar mais de uma vez pela câmara repetindo a queima.

Esta outra imagem demonstra o fluxo dos gases e a reação dentro do catalisador

Não quero avaliar o ganho e prejuízo de cada sistema pois há vários pontos a serem considerados, como: valor de manutenção, custo da uréia, vida útil do motor. Entretanto uma coisa fica evidente, por mais que tenha havido dificuldades de algumas montadoras para implementação e adaptação do sistema SCR, ainda assim ele cumpre com mais folga as exigências do Euro V, fazendo-o o menos agressivo ao ambiente.
Posteriormente falaremos sobre o controle de emissões monitorado pelo ECM das diferentes montadoras.


Encontrei informações muito utéis no site http://www.cumminsfiltration.com.br/pdfs/product_lit/americas_brochures/MB10033-PT.pdf

"É TUDO QUESTÃO DE ESTEQUIOMETRIA"

"É TUDO QUESTÃO DE ESTEQUIOMETRIA"

Este quadro exemplica o funcionamento de uma injeção eletrônica diesel convencional. Tanto o fluxo do combustível como o monitoramento dos sensores e acionamento dos atuadores tudo é eletrônicamente gerenciado pelo unidade de controle eletrônico, vulgarmente conhecida como módulo do motor(ainda que nem sempre esteja no motor). 

Todavia quero repitir a afirmação: "É tudo questão de estequiometria". Nunca existiu um defeito de força que não fosse um problema de estequiometria(até em motores com ECM). 

Vejamos: Filtro de ar obstruido causa restrição de massa de ar e logo mistura rica. Ou num caso de mistura pobre com filtro de combustível obstruído temos perda de força causada pelo mistura incorreta. 

Até ai é tudo muito obvio, mas se levarmos este raciocício para motores eletrônicos. 

Comentarei apenas um exemplo(sem citar nomes) mas o raciocínio pode ser estentido a todo motor eletrônico diesel. É muito comum em veículos diesel o sistema de recirculação de gases do escape(valvula EGR). Comum em vans de diversas montadoras. Só que que até pouco tempo no Brasil não tinhamos um combustível diesel de qualidade satisfatória. Resultava que um diesel de queima imperfeita(ou seja, aquele que produz um teor alto de materiais particulados e poluentes) tornava-se em gases aquecidos, todavia carregados de substâncias prejudicias ao interior do motor. Mas os problemas não se limitavam ao interior do veículo, mas a toda a admissão de ar. E neste percurso encontra-se o sensor T-Map((Sensor de Pressão e Temperatura do ar). A carbonização entope o seu orifício impedindo-o de ler corretamente. Logo o módulo é enganado pois o valor lido não corresponde a pressão nem temperatura de ar admitido(nem isto significa que o sensor está com avaria) O débito de injeção é diferente do ideal para a massa de ar realemte succionado para o cilindro. Ou seja, estequiometria! 

Ainda que a real causa seja um sensor lendo incorretamente, ou um atuador executando errôneamente seu papel, ainda assim isto resultará numa mistura incorreta . 

Ciências á nível prático e com resultados imediatos

Foi-se o tempo em que conceitos basilares da física se restringiam apenas a construção de um motor, nos cálculos de relação de um câmbio, ou na engenharia de construção inicial de um equipamento. Hoje em dia se tornou essencial a formação e informação do técnico de reparo de motores para que se tenha sucesso no reparo ou garantia de longevidade do equipamento na manutenção.

Termodinâmica, inglês técnico, interpretação de manuais, matemática aplicada, metrologia e por ai vai. Cada vez mais cresce a grade curricular de um curso técnico de mecânica. Mas será que tudo está em conformidade com o dia a dia do profissional ou cai em desuso logo depois da sua formação. Não quero ser hipócrita e dizer que estamos todos os dias calculando cilindrada cúbicas de cada motor que reparamos, mas quando nos deparamos com uma motor aberto e vemos o pistão travado a parede um cilindro entendemos a importância de sua troca de calor(seja pelos "jet's" ou pelo liquido de arrefecimento). O que pretendo dizer com isso é que nós lidamos com a físico prática diariamente e quando entendemos o seu caminho nartual é mais fácil explicar e aplicar seus conceitos em diagnósticos e reparos.

Minha ambição com este blog é fazer um ponto de encontro pra quem pensa a profissão de mecânico de um jeito diferente. O profissional não pode ser reduzido a um simples trocador de peças.

Se você quiser participar com postagens, comentários, perguntas ou informações se torne um colaborador. Lembre-se a sua informação contribua na nossa formação.