Principais componentes do motor de combustão interna

Caros amigos, entender o funcionamento do motor é sempre muito interessante, como também os elementos da sua construção para obtenção da melhor eficiência energética.

Vou iniciar pelos pistões, que devem desempenhar uma grande variedade de funções:

– Eles transmitem a força gerada pelo gás de combustão às bielas.

– Eles são usados como prolongamento para definir os percursos das bielas dentro do cilindro.

– Eles apoiam a força normal aplicada contra as paredes do cilindro, enquanto a pressão do cilindro é transportada para a barra de ligação.

– Junto com seus elementos de vedação, eles vedam a câmara de combustão da árvore de manivelas.

– Eles absorvem calor para transferência subsequente ao sistema de arrefecimento.

O design do pistão e a configuração do pino do êmbolo, utilizados para transferir as forças do gás de combustão à barra de ligação são determinados pelo formato da câmara de combustão, incluindo a geometria da coroa do pistão, enquanto outras variáveis incluem o processo de combustão selecionado e a pressão associada máxima.

A prioridade é operar o pistão o mais levemente possível em uma unidade capaz de suportar forças intensas durante a operação, em um ambiente com temperaturas que podem atingir os limites físicos dos materiais usados em sua fabricação.

A definição precisa das dimensões do pistão, pino do êmbolo e buchas do pino do êmbolo é essencial para atingir este objetivo.

Os materiais usados mais frequentemente para forros de cilindro e pistões são o ferro fundido cinzento e o alumínio.

As variações na folga do pistão dentro do cilindro devem ser minimizadas para reduzir o ruído (batida de pino) e melhorar a vedação, apesar de o pistão e forro do cilindro apresentarem diferentes coeficientes de expansão. Para isso, tiras de aço ou elementos similares são fundidos algumas vezes no pistão para limitar sua expansão.

Os anéis do pistão constituem o elemento de vedação entre a câmara de combustão e o eixo de manivelas. Os dois superiores – anéis de compressão – asseguram a vedação do gás.

Pelo menos um anel adicional (anel de controle de óleo ou anel raspador, geralmente com um design diferente), assegura a lubrificação correta do pistão e das vedações. Graças às forças iniciais extremas dos anéis, exercidas contra as paredes do cilindro, eles constituem uma fonte importante de atrito, dentro do motor com pistão alternativo.

Biela – A biela é o elemento de junção entre o pistão e o eixo de manivelas. Ela é submetida à compressão de tração e esforços de flexão, alojando ao mesmo tempo as buchas do pino do êmbolo e rolamentos da árvore de manivela.

O comprimento da biela é determinado pelo curso do pistão e raio do contrapeso, assim, a altura do motor também pode ser um fator importante.

Biela forjada e fraturada – Oferece maior resistência e perfeito alinhamento da capa de mancal. A peça apresenta uma redução em relação à biela fundida de mais de 30% no peso (de 400g para 270g), que proporciona um menor consumo de combustível.

Árvore de manivelas – A árvore de manivelas, com suas extensões de haste, converte o movimento alternado dos pistões – transmitido pelas bielas – em movimento rotativo, disponibilizando o torque efetivo na extremidade da árvore de manivelas.

As forças que agem na árvore de manivelas são caracterizadas por periodicidades altamente variáveis e variam muito conforme a localização.

Estes torques e momentos de flexão e as vibrações secundárias geradas por eles representam fatores de tensão intensos e altamente complexos para a própria árvore de manivelas. Em função disso, suas propriedades estruturais e padrões de resposta de vibrações repousam em cálculos precisos e dimensões definidas cuidadosamente.

Assim, o cálculo e o dimensionamento são ainda mais complicados por causa da instalação de um grande número de múltiplos mancais radiais, como uma medida de precaução.

O número de mancais da árvore de manivelas é determinado primariamente pelo fator de carga global e pela velocidade máxima do motor, para acomodar suas pressões operacionais intensas, todas as árvores de manivelas de motores a Diesel incorporam um mancal radial principal entre cada raio de manivela e em cada extremidade da árvore de manivelas. Este arranjo também pode ser encontrado em motores de alta velocidade com ignição por centelha, projetados para altos rendimentos específicos.

As árvores de manivelas em alguns motores menores com ignição por centelha, projetados para operação em fatores de carga mais baixos, prolongam, algumas vezes, o intervalo entre mancais principais a cada dois raios de manivela da árvore de manivelas, por razões de custo. O número de contrapesos também depende dos critérios citados acima.

Os fatores de tensão e carga também são considerados para a seleção de materiais e processos de fabricação. Árvores de manivelas submetidas a altas tensões são normalmente forjadas.

Em motores menores e com menos tensões, as árvores de manivelas fundidas, que apresentam a dupla vantagem de menor peso e menores custos, estão se tornando cada vez mais populares.

Bloco do motor e cárter – A unidade do bloco de motor e cárter suporta o mecanismo de transferência de força entre o cabeçote do cilindro e o conjunto da árvore de manivelas. Ela apoia os mancais de suporte do conjunto da árvore de manivelas e incorpora (ou apoia) os forros do cilindro.

Também estão incluídas: uma camisa d’água separada e câmaras de galerias de óleo vedadas. O bloco também é utilizado como superfície de montagem e suporte para a maioria das unidades auxiliares do motor.

O bloco fundido e a unidade da árvore de manivelas constituem a configuração padrão para as aplicações automotivas. Os parafusos do cabeçote do cilindro opõem as forças de gás para facilitar uma transferência de força com linearidade máxima e tendência mínima de flexão através das paredes de suporte e para os mancais principais.

Para maior resistência, o cárter é frequentemente prolongado abaixo do eixo central da árvore de manivelas. Os pistões em motores com ignição por centelha quase sempre operam em cilindros integrais, usinados com a fundição do bloco. Em motores a Diesel, forros secos ou molhados, fabricados com materiais especiais resistentes a desgaste são usados normalmente.

Enquanto quase todos os blocos para motores de caminhão continuam a ser fabricados com ferro fundido cinzento, os blocos de alumínio para carros de passeio estão se tornando cada vez mais populares, devido a seu potencial de redução de peso.

Cabeçote do cilindro – O cabeçote do cilindro veda a extremidade superior do bloco e cilindro(s). Ele aloja as válvulas de troca de gás, assim como as velas e/ou injetores de combustível. Junto com o pistão, ele também assegura o formato desejado da câmara de combustão.

Na grande maioria dos motores de carro de passeio, o comando de válvulas também é montado no cabeçote do cilindro.

Mecânica Online

Semana Nacional do Trânsito – Entre os dias 18 e 25 de setembro é realizada a Semana Nacional do Trânsito 2020, que acontece todos os anos desde a implantação do Código Nacional de Trânsito, em 1997. Neste ano, a campanha em parceria com o Observatório Nacional de Segurança Viária – ONSV pelo Programa Laço Amarelo, tem como tema “Perceba o Risco, Proteja a Vida”, dando sequência às ações educativas e de conscientização para um trânsito mais seguro.

Inovação – A Bosch também foi reconhecida pela 100 Open Startups, plataforma patrocinada por empresas globais que em conjunto avaliam e classificam startups de todo o mundo, como Top 1 Indústria Automotiva, por ser a empresa do setor brasileiro que mais realizou inovação aberta com startups em 2020. Referência para o mercado, esse ranking utiliza diferentes critérios para avaliar as relações de negócio entre startups e as grandes empresas.

50 anos – A BMW M Motorsport comemora, em 2020, junto ao famoso circuito das 24 horas de Nürburgring, na Alemanha, um cinquentenário emblemático. Há cinco décadas, a marca estreava com vitória no mesmo dia em que o “Inferno Verde” era inaugurado. Como nenhum grande evento comemorativo é possível no momento, a BMW M Motorsport homenageia este marco em sua história com uma pintura especial do BMW M2 CS Racing, a qual traz os nomes de todos os pilotos que estiveram envolvidos nas 19 vitórias gerais da BMW, de 1970 a 2010.

Parabéns – A Hyundai comemorou a marca de 400 mil participantes no programa de relacionamento Hyundai Sempre, hoje o maior do setor automotivo nacional.

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Tarcisio Dias é profissional e técnico em Mecânica, além de Engenheiro Mecânico com habilitação em Mecatrônica e Radialista, desenvolve o site Mecânica Online® (www.mecanicaonline.com.br) que apresenta o único centro de treinamento online sobre mecânica na internet (www.cursosmecanicaonline.com.br), uma oportunidade para entender como as novas tecnologias são úteis para os automóveis cada vez mais eficientes.

Coluna Mecânica Online® – Aborda aspectos de manutenção, tecnologias e inovações mecânicas nos transportes em geral. Menção honrosa na categoria internet do 7º e 13º Prêmio SAE Brasil de Jornalismo, promovido pela Sociedade de Engenheiros da Mobilidade. Distribuição gratuita todos os dias 10, 20 e 30 do mês.
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