Motores I

Os primeiros relatos sobre o surgimento dos motores afirmam que os motores de combustão tiveram início com a invenção das armas de fogo, pois a energia térmica da explosão transformava-se em trabalho. Na verdade, as primeiras tentativas de desenvolvimento de um motor ocorreram na segunda metade do século XVII, com o uso da pólvora para movimentar um pistão dentro de um cilindro.

Relatórios e documentos históricos nos mostram que,em esquema datado de 1508, em que Leonardo da Vinci propunha a elevação de peso por meio de fogo.

Na evolução do motor, Denis Papin, ajudante de Christian Huygens que havia idealizado o motor a pólvora, propôs o funcionamento da máquina a vapor. Esta evoluiu com Thomas Savery, Thomas Newcomen e James Watt. A máquina a vapor, assim, propiciou a Revolução Industrial da segunda metade do Século XVIII.

Em 1759, Henry Hood propôs a usar ar quente ao invés de vapor, ideia executada por George Caley em 1807. Outros motores a ar que operavam por combustão externa, onde o combustível era queimado fora dos cilindros foram desenvolvidos, destacando-se os motores de Robert Stirling elaborado no ano de 1816 e o modelo de John Ericson de 1826. Esses motores apresentavam um melhor rendimento por operarem com pressões superiores aos motores a vapor.

Jean Joseph Etienne Lenoir desenvolveu o primeiro motor com pistão em 1860. A combustão acontecia dos dois lados do pistão. O controle de entrada e saída dos gases acontecia por meio de válvulas de admissão e exaustão.

Figura 1

Seu funcionamento deixava o gás e ao ar serem introduzidos no pistão durante a primeira metade do seu deslocamento.A carga então era queimada mediante uma faísca, a pressão aumentava e assim os gases da combustão empurravam o pistão atém o fim do curso.

Na segunda batida do pistão, os gases de exaustão eram expelidos, enquanto uma nova combustão acontecia do outro lado do pistão. O ciclo era completado somente após nova batida do pistão, na fase de exaustão. 5000 desses motores foram construídos entre 1860 e 1865, com uma potência de até 6 hp. O maior valor obtido pela eficiência foi próximo a 5%.

Apresentado pela primeira vez na Exposição Industrial de Paris, em 1867,o motor concebido por Nicolaus Otto e Eugen Langen, Figura 2 , tinha características bem melhores de desempenho. O conceito desse motor era o "pistão livre", impulsionado pela explosão dos gases no cilindro, o pistão estava a um volante através de uma cremalheira e uma engrenagem. No retorno do pistão, se produzia um trabalho mecânico.

Figura 2 - Motor de Nicolaus Otto e Eugen Langen de 1867

O movimento do volante produzia, por sua vez, a abertura e fechamento de uma válvula de admissão e de ignição. Também neste caso não havia compressão dos gases antes da combustão, e sua eficiência correspondia a 11%.

Baseado nesse princípio, anteriormente, Alphonse Beau de Rochas, em 1862, já tinha desenvolvido um motor de quatro tempos com patente francesa. Esse modelo de motor apresentava um excelente desempenho justificado pelas seguintes características:

• Menor relação superfície/volume para o cilindro do pistão (cilindro com um diâmetro da mesma ordem de grandeza que seu comprimento).
• Processo de expansão mais veloz.
• Máxima expansão.
• Máxima pressão no começo do processo de expansão dos gases dentro do cilindro.

As duas condições iniciais visavam diminuir as perdas de calor a um mínimo,conservando a energia nos gases de combustão. A terceira e a quarta condição visavam obter o máximo de potência possível.

Beau de Rochas, também indicou o método de operação desejável num motor de combustão interna, o qual é utilizado até os dias de hoje, de acordo com as seguintes fases:

a) Admissão durante o deslocamento do pistão “para fora”.

b) Compressão durante o movimento do pistão “para dentro”.

c) Ignição da carga de combustível + ar no ponto morto superior do pistão, seguida por expansão durante o deslocamento seguinte do pistão, para fora.

d) Exaustão durante a corrida seguinte do pistão, para dentro.

Em 1876, o alemão Nicolaus Otto volta ao cenário e apresenta um motor de quatro cilindros que funcionava com os princípios estabelecidos por Beau de Rochas em 1962.Esse motor era bem mais compacto e leve, com aproximadamente 1/3 do peso do anterior e, uma eficiência próxima a 14%.Até 1890 tinham sido construídos 50.000 motores desse tipo na Europa e nos Estados Unidos. As características básicas dele são as mesmas encontradas nos motores de hoje.

Nesses primeiros tipos de motor, não havia uma compressão prévia da carga de combustível + ar, embora diversos pesquisadores vissem vantagem em introduzir essa etapa no processo.

Em 1880, vários engenheiros, Dugald Clerk, e James Robson, na Inglaterra e Karl Benz, na Alemanha, criaram com sucesso o motor de dois tempos que tinha a vantagem de produzir potência em cada movimento do pistão.

Os motores de dois tempos, menores e mais simples, são indicados para pequenas potências, embora esse tipo de motor também seja utilizado em máquinas de grande porte.

Em 1885, James Atkinson, na Inglaterra, construiu um motor com um movimento do pistão menor para os processos de admissão e compressão e maior para os de expansão e exaustão. Isso levava a uma eficiência maior, mas o motor era mecanicamente mais frágil.

Na década entre 1880 a 1890, foram feitos avanços nos sistemas de ignição e de carburação. A razão de compressão dos motores não podia ser muito elevada devido à qualidade dos combustíveis. Para uma relação de pressões maior que 4:1, aconteciam detonações no processo de combustão.

No final da década estavam disponíveis os primeiros motores a gasolina para automóveis.

Segundo Stone o início da exploração comercial do petróleo por Drake em 1859 impulsionou o uso de combustíveis líquidos, o que facilitou o armazenamento e contribuiu de forma decisiva para o desenvolvimento dos motores de combustão.

No período entre 1890 e 1900, foram construídos grandes motores de 6 cilindros, de 1,3 m de diâmetro que utilizavam gás de alto forno como combustível. Tinham 600 hp e 90 rev/min.

Na Inglaterra, foram feitas restrições à utilização de gás de baixo poder calorífico. Esse fato impulsionou a utilização do querosene.

Em 1892, o engenheiro alemão Rudolf Diesel registrou a patente do motor que leva seu nome até hoje, com ignição por compressão, onde não existia centelha elétrica para inflamar a mistura. A característica fundamental desse motor é que o combustível é injetado dentro de uma câmara de combustão que já contém o ar aquecido e pressurizado.

A combustão da mistura se produz pela compressão (combustão espontânea) devido às condições combinadas de pressão e temperatura elevadas, e não por uma centelha, como ocorre no caso dos motores do ciclo Otto.

Os motores Diesel apresentavam um ótimo rendimento, embora necessitassem de um complexo sistema de injeção em alta pressão de combustível, problema que só foi resolvido eficientemente por Robert Bosch na década de 20.

O engenheiro alemão Felix Wankel desenvolveu o motor de combustão interna com pistão rotativo, o motor Wankel, que funcionou com sucesso pela primeira vez em 1957.

O desenvolvimento dos motores foi acompanhado pelo respectivo avanço dos sistemas auxiliares que o compõem. Segundo Lopes; Furlani; Silva podem-se destacar:

• Sistema de alimentação de combustível desenvolvido por Maybach em 1892, que foi o percussor dos carburadores.
•  Sistema de ignição por alta tensão desenvolvido por Robert Bosch em 1902 (BAUER, 2000), que substituiu a ignição por chama. Nele o controle do início da chama era precário.
• Sistema de distribuição por válvulas, cames e balancins desenvolvidos por Morey do exército americano em 1826.
• Sistema de arrefecimento a água, desenvolvido também por Morey.

Segundo Lopes; Furlani; Silva mesmo decorridos mais de 100 anos, da invenção do motor de combustão, o seu desenvolvimento continua em ritmo crescente. Entre os anos 20 e 60 desenvolveu-se um rendimento dessa tecnologia semelhante à que ocorreu nos últimos cinco anos. Importante desenvolvimento ocorreu no campo da emissão de poluentes; os motores atuais, graças ao controle eletrônico e a outros dispositivos emitem cem vezes menos poluentes do que há três décadas.

Os combustíveis sempre tiveram maior impacto no desenvolvimento dos motores de combustão interna. Antes de 1905, embora as taxas de compressão fossem baixas (4:1 ou menores que essa relação), para evitar problemas de detonação, o combustível muito volátil proporcionava fácil partida e boa performance em climas frios

Para suprir a grande demanda por combustível, entre 1907 e 1915, novos processos de refino de petróleo foram realizados, produzindo-se gasolina com alto ponto de fulgor, o que causava problemas de performance no tempo frio. Felizmente, os motores de partida elétrica surgiram no tempo certo, por volta de 1912.

Após a 1ª Guerra Mundial, houve um grande avanço na produção de combustíveis. A General Motors descobre o efeito antidetonante do Pbtetraetil e já, em 1923, tornou-se disponível como aditivo. Além disso, o processo de refino também produzia gasolina de melhor qualidade.

Durante a 2ª Guerra Mundial, devido à dificuldade de se obterem combustíveis derivados do petróleo, popularizaram-se os pequenos gaseificadores móveis chamados de gasogênios.

No mundo, chegaram a ser usados aproximadamente 1 milhão de veículos no final da 2ª Guerra Mundial. No Brasil cerca de 20 mil veículos usaram os gasogênios.Esses veículos utilizavam pedaços de madeira, carvão e turfa como combustível. Com a volta do suprimento barato de petróleo essa tecnologia foi abandonada.

Atualmente, a indústria mecânica está em constante aprimoramento e melhoria da qualidade e eficiência dos motores que produz, buscando mudanças importantes nos projetos e na operação dos motores de combustão, principalmente na necessidade de controle das emissões e otimização do consumo de combustível, conforme mostra a figura a seguir.

Figura 3

São denominados componentes, as partes auxiliares que trabalham em conjunto para o funcionamento do motor.Os principais componentes das partes fundamentais são responsáveis pelo fornecimento das condições favoráveis para que o processo de transformação da energia química dos combustíveis nos motores se realize de forma eficiente e contínua.

Os principais componentes de um motor de combustão interna se dividem em dois grupos, os componentes fixos compostos pelos seguintes elementos: bloco do motor, cabeçote e o cárter; e componentes móveis:pistão ou êmbolo, camisas, biela, árvore de manivelas ou virabrequim, válvulas de admissão, válvulas de escape e árvore de comando de válvulas, guias e sede das válvulas, porcas, molas, bucha do balancim, parafuso regulador, mancais, tuchos, casquilhos ou bronzinas, compensadores de massa, volante, juntas, etc.

O bloco, mostrado na Figura 4, é considerado a principal estrutura ou o corpo do motor. Nele, direta ou indiretamente, são acoplados os componentes que compõem o motor.

A construção do bloco envolve requisitos tecnológicos que levam em consideração o modelo do motor,as altas temperaturas, as precisões de trabalho e as características do material, tais como dilatação e contração.Após a fundição,o bloco passa por processo térmico de normalização e, após, é encaminhado para usinagem.

O bloco é usinado para permitir a passagem do óleo e da água que irão fazer parte dos sistemas de lubrificação e de arrefecimento respectivamente e da montagem dos demais componentes que irão ser acoplados a ele:árvore do comando de válvulas ,cabeçote, cárter, etc.

Os materiais que são utilizados no bloco do motor incluem o ferro fundido, alumínio fundido, alumínio forjado e aço forjado usualmente soldado. O tipo apropriado depende, principalmente, das considerações do tipo de motor e dos custos de fabricação.

Motores modernos utilizam o alumínio e ligas em lugar do ferro fundido, apresentado na Figura 4 , obtendo como principais resultados melhor dissipação de calor e redução de peso. Alguns blocos possuem cilindros que são removíveis em formato de tubos os quais formam as paredes do cilindro no bloco propriamente dito, denominados "camisas",conforme mostra a Figura 5.As camisas podem ser úmidas, quando o líquido de arrefecimento está em contato direto com a camisa e que entre si trocam calor,ou secas, quando o líquido de arrefecimento não está em contato direto com a camisa. (Figura 6)

Figura 4 - Bloco do motor

Figura 5 - Camisa do cilindro

Figura 6 - Tipos de camisas utilizadas nos motores

Na parte inferior do bloco estão os alojamentos dos mancais centrais, onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim.Nos motores com movimento do virabrequim horizontal (Fusca) de cilindros opostos, o eixo de manivelas acha-se no centro do bloco.

Este, por sua vez, é composto de duas partes justapostas, afixadas por parafusos, como se vê na Figura 5

Em motores refrigerados a ar os cilindros são separados e circundados por aletas, conforme a Figura 5,cuja finalidade é aumentar a superfície de transferência de calor.

Quando os cilindros são fixos no bloco, formando uma só peça, dizemos que o bloco é integral, também chamado de monobloco. O bloco integral, quando comparado aos de cilindros substituíveis (camisados), apresenta desvantagem de só poder ser submetido a um número limitado de retíficas em seus cilindros, devido à diminuição da espessura de suas paredes.

Em casos extremos, quando o bloco integral não suportar mais retíficas, pode-se efetuar o encamisamento, isto é, o bloco é retifi cado e um cilindro de menor diâmetro é prensado dentro dele, como se fosse um cilindro substituível.

Figura 7 - Bloco do motor com detalhe do encamisamento

O cabeçote tem a função de tampar os cilindros, conforme se vê na Figura 8, formando a câmara de combustão na parte superior do bloco do motor. Nele, ocorrem altas pressões por conta do pistão que comprime a mistura, no caso do ciclo Otto, ou o ar, no caso dos motores de ciclo Diesel. Geralmente, possui orifícios com roscas onde são fixadas as velas de ignição ou os bicos injetores e alojadas as válvulas de admissão e escape ou descarga.A união do bloco com o cabeçote, em razão da total vedação, requer uma junta de amianto revestida de metal.

Os motores refrigerados a água usam cabeçotes de ferro fundido ou ligas de alumínio, quando há necessidade de redução de peso ou para melhorar a condução de calor, uma vez que impedem a formação de pontos quentes nas paredes internas do cabeçote.

Figura 8 Cabeçote – motor 4 cilindros

Em alguns motores o cabeçote abriga o eixo de cames ou comando de válvulas responsável pela abertura e fechamento das válvulas.O cabeçote é um dos elementos que são mais suscetíveis a problemas no projeto dos motores. Geralmente combina problemas estruturais, fluxo de calor e escoamento de fluido em uma forma complexa.

Figura 9: Admissão e descarga do ar no cabeçote

Parte inferior do bloco. Cobre os componentes inferiores do motor e serve de depósito para o óleo lubrificante.O cárter de um motor é constituído de ferro ou alumínio fundidos. Forma a parte principal do bloco do motor que contém o virabrequim e a bomba de óleo.

As extremidades do cárter têm, frequentemente, garras destinadas à fixação do motor. As paredes extremas e as divisórias internas suportam os mancais do virabrequim.

A parte inferior do cárter forma o depósito de óleo lubrificante. É constituída por chapa de liga de alumínio (Figura 10).

Figura 10 - Cárter e junta de vedação

A união do bloco com o cárter, em razão da necessidade de total vedação, requer uma junta com material que evite vazamentos por razão do aquecimento e dilatação dos metais.

Válvulas

São elementos metálicos responsáveis pela vedação da abertura de admissão do ar e pela vedação dos orifícios de saída dos gases da combustão (Figura 11).Existem dois tipos de válvulas: válvulas de admissão e válvulas de escape. A primeira abre-se para permitir a entrada da mistura combustível/ar (ou ar puro, conforme o caso) no interior dos cilindros. A outra, de escape, abre-se para dar saída aos gases queimados na combustão.

Alguns motores possuem válvulas laterais, ou seja, válvulas dispostas ao lado dos cilindros. Essa disposição clássica assegura um funcionamento silencioso.

Figura 11 - Disposição das válvulas de admissão e escape no cabeçote

Motores com válvulas suspensas possuem válvulas colocadas sobre os cilindros. Essa disposição permite uma forma mais racional da câmara de combustão, favorece a potência do motor e um rendimento térmico superior. A posição das válvulas suspensas determina melhor rendimento aos altos regimes e convém aos motores potentes de relação volumétrica elevada.

Figura 12 - Mecanismo de acionamento das válvulas no cabeçote

As válvulas suspensas mostradas na Figura 14  podem ser acionadas:

• Por hastes e balancins com eixo de cames no cárter.
• Por balancins com eixo de cames suspenso.
• Por eixo de cames suspenso com impulsos diretos sobre as válvulas.

A ligação do virabrequim e do eixo de cames é feita por meio de engrenagens, por corrente (corrente silenciosa), ou através de uma correia de borracha com arames de aço ou alma de aço denominada correia dentada.. A fixação direta das válvulas permite obter uma abertura rápida, particularmente, em regimes muito altos, sendo reduzida ao mínimo a inércia das peças de movimento alternado.

O conjunto responsável pelo acionamento das válvulas, compreende o tucho e uma haste que o interliga ao balancim, apoiando-se diretamente sobre a válvula como mostra a Figura 13.No momento em que o eixo comando de válvulas gira, o ressalto deste ou came aciona o tucho que, por sua vez, move a haste, fazendo com que o balancim transmita o movimento à válvula, abrindo-a. Há um conjunto destes (tucho, haste, balancim) para cada ressalto, um para cada válvula, tanto de admissão quanto de escape, conforme se observa na Figura 15.

Figura 13 : Posição da válvula e seus componentes

Os pinhões de distribuição são os elementos responsáveis pela transmissão do movimento do virabrequim ao eixo de cames. Nos motores de 4 tempos, a relação de rotação da árvore de manivelas para a árvore do comando de válvulas ou eixo de cames é de 2:1, isto é, a cada duas voltas da árvore de manivelas, o eixo de cames realiza somente uma. Isso ocorre devido ao fato de o motor necessitar de duas voltas no virabrequim para completar a realização de um ciclo.

Figura 14 - Duplo comando de válvulas alojados no cabeçote

O eixo de cames, ou comando de válvulas, é um eixo que tem solidário a ele ressaltos ou excêntricos destinados a agir sobre os elementos impulsionadores das válvulas, balancins, haste e tuchos em tempos precisos.A forma e a posição dos cames determinam, diretamente, as características de potência e de regime do motor.

A função desse eixo é abrir as válvulas de admissão e escape, respectivamente, nos tempos de admissão e escapamento.É acionado pelo eixo de manivelas, através de engrenagens, corrente ou por correia dentada. É dotado de ressaltos que elevam o conjunto: tucho, haste e balancim; abrindo as válvulas no momento oportuno, tal como aparece na Figura 15.

Figura 15 - Eixos, tuchos e válvulas

A fim de que a válvula vede bem e, para permitir ajustagens, desgaste, expansão e contração devido a mudanças de temperatura, é necessária sempre alguma folga. Essa folga deve ser a mínima necessária para assegurar que a válvula fique ajustada na sede. Uma folga razoável deve ser aceita para erros de ajustagem, prevendo nessas condições, a dilatação dos materiais e a manutenção da lubrificação.

É fundamental considerar as consequências de uma defeituosa folga nas válvulas: as folgas pequenas provocarão, na admissão, má compressão e explosões nos condutos de admissão.

Nas válvulas de descarga, as consequências serão danosas para a integridade do sistema, uma vez que, além de má compressão, poderão provocar a queima da válvula ou a consequente deformação.

As folgas excessivas na admissão terão como resultado admissão deficiente, enquanto na descarga o escape incompleto dos gases queimados. Nas duas situações o resultado será o baixo rendimento do motor.Os tuchos presentes no comando de válvulas, têm a função de transmitir o movimento do came à vareta ou haste impulsora.

Os balancins têm a função de inverter o sentido do movimento gerado pelo came. A mola da válvula tem como função fechar a válvula, mantendo-a pressionada contra a sua sede. Quanto às cargas as quais as molas estão sujeitas, a mínima carga (com a válvula fechada) deve ser alta o bastante para manter a válvula firmemente em sua sede durante o período em que permanece fechada.

Nos dias atuais, as válvulas de haste são universalmente usadas nos motores de quatro tempos. São elas que regulam a entrada e saída de gases no cilindro. As válvulas de admissão são de aço, de aço ao níquel ou cromo-níquel para suportar temperaturas de trabalho entre 250 e 300°C.

As válvulas de descarga são de uma liga de aço, de forte teor de níquel, de cromo e de tungstênio. Elas suportam passagem de gases a temperaturas elevadas de 700 a 750°C.À plena potência, elas se apresentam em vermelho escuro, incandescentes. As válvulas são resfriadas por contato com o assento e com a guia.

A cabeça da válvula comporta uma superfície de apoio retificada cujo ângulo pode ser de 30º ou 45°. Um ângulo de 45° permite uma melhor centragem da válvula sobre o seu assento cada vez que se dá o encaixe.

Essas particularidades fazem com que se dê preferência a projetos com o ângulo de 45° para as válvulas de escape, mais facilmente deformáveis a altas temperaturas, e o ângulo de 30° às válvulas de admissão que devem, sobretudo, favorecer a entrada dos gases novos no cilindro.

É o componente que é responsável por transmitir e ampliar a energia que resultante da expansão dos gases após a sua combustão. Nele, se apresenta a parte móvel da câmara de combustão. Ele recebe a força de expansão dos gases queimados, transmitido-a a biela, por intermédio de um pino de aço (pino do pistão), conforme mostra a Figura 16.

Os pistões são de fundição maleável, de liga de alumínio ou de aço, o que lhes confere mais leveza. Geralmente apresentam três canaletas para alojamento dos anéis que são usinadas na parte do pistão onde há mais material e menor diâmetro. Os efeitos de inércia no final do curso são menores; há, portanto, menos vibração e uma menor frenagem em altos regimes de rotação.

Figura 16 - Denominação das partes constituintes de um pistão

Os pistões de liga de alumínio são igualmente melhores condutores de calor. Essa qualidade é primordial quando se trata de motores cujo regime de rotação ultrapassa as 3500 rpm.O pistão de um motor de combustão interna funciona em condições particularmente desfavoráveis. Para regimes de rotações de 3600 rpm, ele para 120 vezes por segundo. Entre cada parada, ele atinge uma velocidade de 70 km por hora.

No momento da sua explosão, ele recebe um impulso de mais ou menos 20000 N (2000 kg) 30 vezes por segundo. Sua temperatura sobe a 350°C, no centro da cabeça, e cerca de 150 a 200°C na extremidade final da saia.

Em marcha, a dilatação dos pistões é grande. As folgas médias têm um diâmetro maior para os pistões de liga de alumínio devido à maior dilatação dessa liga em relação à fundição ou ao aço. Nos pistões de aço, maus condutores de calor, a temperatura eleva-se mais do que nos pistões de liga de alumínio.

Em temperatura ambiente, o pistão deve ser ajustado no seu cilindro com uma certa folga, para que, mesmo depois de ter atingido a sua temperatura de marcha, ainda deslize livremente.

As folgas de dilatação ocorridas na fabricação do pistão dependem das seguintes situações:

• Do diâmetro do cilindro.
•  Dos metais que compõem o pistão.
•  Da forma do pistão.
•  Do regime de rotação do motor.
•  Do sistema de refrigeração e de sua eficácia.
•  Das condições de emprego do motor.
•  Do tipo de combustível.

Os pistões ou êmbolos em movimento definem seu curso pelo deslocamento máximo superior e máximo inferior: Ponto Morto Superior (PMS) e o Ponto Morto Inferior (PMI).É nessas posições que o êmbolo muda de sentido de movimento, estando no seu máximo (PMS) ou no seu mínimo (PMI), conforme a Figura 17.

Figura 17 - Curso do pistão (PMS --> PMI)

O funcionamento do motor leva a um desgaste natural progressivo dos cilindros. Esse desgaste é irregular e dá ao cilindro uma ovalização e uma conicidade. O maior desgaste verifica-se no PMS. Nesse local, a lubrificação é normalmente insuficiente, enquanto a pressão e a temperatura estão no seu máximo. No PMI, essas condições são exatamente opostas, e o desgaste é quase nulo.

O desgaste é, em grande parte, devido aos arranques ou aceleração com o motor frio. A condensação da gasolina e a insuficiência de óleo fazem com que durante os primeiros minutos de funcionamento, os pistões funcionem completamente a seco.

Em grande desgaste dos cilindros, existe um consumo exagerado de óleo lubrificante e de combustível, além de depósito de sujeira nas velas ou bicos, marcha ruidosa e diminuição da potência.

Figura 18 - Elementos móveis: pistão, biela, casquilho e pino do pistão

Os anéis de segmento, apresentados na Figura 19, são componentes montados nos pistões que trabalham em contato com as camisas. Apresentam três funções básicas como a vedação da compressão e combustão, o controle do óleo lubrificante e a transferência do calor para o sistema de arrefecimento.

A maioria dos anéis de segmento é feita de ferro fundido-cinza dada a sua excelente resistência ao desgaste em todos os diâmetros de cilindro.Os anéis de segmento evitam ainda o vazamento dos gases e mantêm o fluxo de óleo na câmara de combustão com vazão mínima necessária para a adequada lubrificação dos anéis e do pistão.

Nos motores modernos, a vazão de óleo através dos anéis é extremamente pequena e aproxima-se de zero para motores de pequeno e médio portes. Todos os anéis participam do controle do fl uxo de óleo, mas existe um anel cuja função principal é essa: são os anéis de controle de óleo, enquanto os outros são anéis de compressão, mostrados na Figura 19.

Figura 19 - Anéis de segmento

Considera-se desejável para os anéis:

a) A largura da face pequena.
b) Utilização do menor número possível de anéis, para diminuir o atrito.

Figura 20 - Posição dos anéis no pistão

São consideradas o braço de ligação entre os pistões e o eixo de manivelas; recebem o impulso dos pistões, transmitindo-o ao eixo de manivelas ou virabrequim. É importante salientar que o conjunto biela-virabrequim transforma o movimento retilíneo dos pistões em movimento rotativo do virabrequim.

As bielas são constituídas por aço-liga estampado e, por vezes, de alumínio. A tampa da biela, junto à cabeça, é fixa por parafusos de aço ou cromo-níquel tratado, o que lhe confere grande resistência. Seu formato apresenta detalhes denominados pelo pé, corpo e cabeça da biela mostrados na Figura 21. O pé de biela articula-se no pino de pistão por intermédio de uma bucha de bronze fosforoso chavetada.

O corpo da biela é tubular ou de seção em duplo T. As bielas inteiramente usinadas asseguram um melhor equilíbrio do motor e menores vibrações.A cabeça de biela gira no pino por intermédio de mancais de duas partes. Os metais que são utilizados dependem do gênero de motores, das cargas da biela e da velocidade de rotação

Figura 21 - Detalhes da Biela 

Bronzinas ou casquilhos são buchas bipartidas, geralmente trimetálicas, de aço-cobre-estanho, que diminuem o atrito entre o eixo e seu apoio, suportando cargas elevadas. As bronzinas possuem ressaltos para assegurar um posicionamento correto na montagem e impedir seu deslocamento lateral, bem como orifícios que permitem facilitar a lubrificação.

Figura 22 - Biela, pistão e bronzinas

O virabrequim é um elemento componente do sistema de força do motor, também conhecido por Eixo de Manivelas (EDM) ou Árvore de Manivelas (ADM). É considerado o eixo motor propriamente dito, o qual, na maioria das vezes, é instalado na parte inferior do bloco, recebendo ainda as bielas que lhe imprimem movimento.

As cargas aparentes de um virabrequim resultam em tensões devido á flexão,torção e cisalhamento em todo seu comprimento. A geometria complexa envolvida tornaria impossíveis cálculos precisos de tensão, ainda que as cargas fossem conhecidas com precisão.

A linha do eixo é o conjunto de munhões, ponto fixos de assentamento dos mancais de fixação do monobloco, nos quais gira o virabrequim apoiado no bloco do motor .(Figura 23).Os moentes são as partes do virabrequim onde se apoiam as bielas.

O interior do virabrequim contém ainda dutos especiais por onde circulam o óleo necessário à lubrificação dos munhões e dos moentes, apresentados na Figura 23.

Figura 23 - Localização dos moentes e munhões do virabrequim

A Figura 24 apresenta a posição de instalação do volante. É constituído por fundição ou de aço moldado, o volante destina-se a regularizar e equilibrar a rotação do virabrequim. No momento da explosão, o volante absorve a energia desenvolvida e a restitui nos tempos não motores. Os motores de um cilindro exigem um volante grande, enquanto os de vários cilindros são equipados com volantes tanto mais leves quanto mais elevado for o número de cilindros.

Figura 24 : Localização do volante no virabrequim

Os mancais são utilizados para reduzir o atrito e servir de apoio às partes móveis giratórias do motor, aos moentes e aos munhões. Se dividem em dois tipos principais: os fixos, alojados nos munhões e no bloco do motor; e os móveis, montados nos moentes e bielas. Podem ser ainda de deslizamento ou de rolamento (com roletes, esferas, agulhas).

O mancal, quando constituído por duas partes iguais, para facilitar a montagem, é designado por mancal de duas meias-buchas e é composto por duas partes, uma externa chamada capa e outra interna composta por metal antifricção que pode ser uma liga de estanho, de cobre e de antimônio. Essa liga permite um deslizamento muito suave, favorecendo o funcionamento silencioso do motor.

Figura 25 - Mancais

Os mancais de bronze, ou seja, liga de estanho e de cobre – são particularmente montados nos motores Diesel. A boa resistência mecânica desse material é conveniente a esse gênero de motores, cujo conjunto de biela é submetido a fortes cargas.